BM0842 Skaitlisko metožu pielietošana būvniecībā

Kods BM0842
Nosaukums Skaitlisko metožu pielietošana būvniecībā
Statuss Obligātais/Ierobežotās izvēles
Līmenis un tips Doktora, Akadēmiskais
Tematiskā joma Būvniecība
Struktūrvienība Būvniecības un mašīnzinību fakultāte
Mācībspēks Jānis Šliseris, Leonīds Pakrastiņš
Kredītpunkti 15.0
Daļas 2
Anotācija Studiju kursā tiek apgūtas skaitliskās metodes, ko izmanto inženiertehnisku un materiālzinātnes uzdevumu modelēšanā un analīzē – no fizikālā procesa matemātiskā apraksta un tā diskretizācijas līdz risinājuma algoritmiem, rezultātu verifikācijai, validācijai un interpretācijai. Īpaša uzmanība pievērsta galīgo elementu metodei un tās pielietojumam lineāru un nelineāru, statisku, dinamisku un saistītu (multifizikas) uzdevumu risināšanā. Apgūtās pieejas ir vispārīgas un izmantojamas dažādās nozarēs – būvkonstrukciju analīzē un projektēšanā, materiālzinātnē un kompozītmateriālu izpētē, ceļu būvmateriālu un segu modelēšanā, ģeotehnikā, būvfizikā un citās inženierzinātņu jomās..
Nodarbībās datorlaboratorijā studējošie izstrādā un analizē skaitliskos modeļus, izmantojot gan specializētu inženiertehnisko, gan atvērtā koda programmatūru, un veic individuālu modelēšanas pētījumu savas pētniecības tematikas ietvaros. Studiju kurss attīsta sistēmisko un kritisko domāšanu un spēju ar skaitliskās modelēšanas palīdzību pamatot resursefektīvus, ilgmūžīgus un zemas oglekļa emisijas risinājumus, tādējādi sekmējot ANO ilgtspējīgas attīstības mērķu (9., 11., 12. un 13. mērķis) sasniegšanu un Eiropas ilgtspējas kompetenču sistēmā GreenComp noteikto kompetenču attīstību..
Studiju kursa saturs
Saturs Pilna un nepilna laika klātienes studijas Nepilna laika neklātienes studijas
Kontaktstundas Patstāvīgais darbs Kontaktstundas Patstāvīgais darbs
Skaitliskās modelēšanas loma inženierzinātnēs un materiālzinātnē: modelēšanas process (fizikālais un matemātiskais modelis, diskretizācija, risinājums, verifikācija un validācija), kļūdu avoti. Pielietojuma piemēri būvkonstrukcijās, būvmateriālos, ceļu segās un ģeotehnikā. 6 8 0 0
Lineāru un nelineāru algebrisko vienādojumu un to sistēmu risināšanas metodes (tiešās un iteratīvās metodes, Ņūtona–Rafsona metode, loka garuma metode), uzdevumu nosacītība un skaitliskā stabilitāte. 14 24 0 0
Interpolācija, aproksimācija, skaitliskā integrēšana un diferencēšana. Eksperimentālo datu apstrāde un materiālu modeļu parametru noteikšana (regresija, optimizācija). 12 20 0 0
Deformējama cieta ķermeņa mehānikas pamatsakarības: spriegumi, deformācijas, materiālu konstitutīvie modeļi. Potenciālās enerģijas minimuma princips, variāciju principi un vājā formulējuma iegūšana. 16 24 0 0
Galīgo diferenču un galīgo tilpumu metodes robežuzdevumiem un nestacionāriem procesiem: siltuma un mitruma pārnese, difūzija porainos materiālos (betons, asfalts, koksne, grunts). 14 24 0 0
Galīgo elementu metodes būtība un algoritms: diskretizācija, formas funkcijas, elementu veidi (stieņa, sijas, plaknes, telpiskie, plātņu un čaulu elementi), stinguma matricas asamblēšana, robežnosacījumi. Lineāra statiskā analīze konstrukcijām un materiālu paraugiem. 18 28 0 0
Nelineāra galīgo elementu analīze: materiālu nelinearitāte (plasticitāte, bojājumu un plaisāšanas modeļi, viskoelasticitāte), ģeometriskā nelinearitāte, noturība un robežslodzes noteikšana. 16 24 0 0
Dinamikas uzdevumi: pašsvārstību frekvences un formas, piespiedu svārstības, skaitliskās integrēšanas shēmas laikā. Ciklisku (t.sk. transporta) slodžu ietekme un noguruma modelēšana. 10 16 0 0
Saistītie (multifizikas) uzdevumi: termomehāniskie un hidrotermiskie procesi, konstrukcijas un pamatnes mijiedarbība, sijas un plātnes uz elastīga pamata, daudzslāņu sistēmas (ceļu segas). 12 20 0 0
Daudzmērogu modelēšana un homogenizācija neviendabīgiem un kompozītmateriāliem (betons, šķiedru kompozīti, asfalta maisījumi, koksne). Diskrēto elementu un bezrežģa metožu pārskats. 12 20 0 0
Skaitlisko modeļu verifikācija un validācija, jutīguma un nenoteiktības analīze, optimizācija. Aizstājējmodeļi un mašīnmācīšanās metožu pielietojums skaitliskajā modelēšanā. 10 16 0 0
Skaitliskā modelēšana ilgtspējīgu risinājumu izstrādei: resursefektīvas konstrukcijas, zemas oglekļa emisijas un pārstrādāti materiāli, ilgmūžības un kalpošanas laika prognozēšana, sasaiste ar dzīves cikla novērtējumu (ANO IAM 9, 11, 12, 13). 10 16 0 0
Kopā: 150 240 0 0
Mērķis un uzdevumi, izteikti
kompetencēs un prasmēs
Studiju kursa mērķis ir veidot padziļinātu izpratni par skaitliskajām metodēm un attīstīt kompetenci tās patstāvīgi un kritiski pielietot pētniecībā un inženierpraksē – būvkonstrukciju, materiālzinātnes, ceļu būvmateriālu un segu, ģeotehnikas un citu inženierzinātņu uzdevumu risināšanā –, sekmējot ilgtspējīgu un resursefektīvu risinājumu izstrādi atbilstoši ANO ilgtspējīgas attīstības mērķiem. Studiju kursa uzdevumi: – veidot izpratni par skaitlisko metožu teorētiskajiem pamatiem, algoritmiem, precizitāti un pielietojamības robežām inženiertehnisku un materiālzinātnes uzdevumu risināšanā; – attīstīt prasmi formulēt robežuzdevumus un veidot aprēķina modeļus dažāda mēroga materiāliem, konstrukcijām un to sistēmām; – attīstīt prasmi izvēlēties un pielietot skaitliskās metodes un programmatūru lineāru, nelineāru, dinamisku un saistītu (multifizikas) uzdevumu risināšanai; – attīstīt spēju verificēt un validēt skaitliskos modeļus, novērtēt rezultātu precizitāti, jutīgumu un nenoteiktību; – attīstīt spēju izmantot skaitliskās modelēšanas rezultātus resursefektīvu, ilgmūžīgu un zemas oglekļa emisijas risinājumu izvērtēšanā, pilnveidojot GreenComp sistēmiskās domāšanas, kritiskās domāšanas, problēmu formulēšanas un nākotnes pratības kompetences; – attīstīt spēju patstāvīgi plānot un veikt skaitlisko pētījumu, argumentēti prezentēt un aizstāvēt tā rezultātus.
Sasniedzamie studiju
rezultāti un to vērtēšana
1. Izprot skaitlisko metožu teorētiskos pamatus, algoritmus, precizitāti un pielietojamības robežas inženiertehnisku un materiālzinātnes uzdevumu risināšanā. - Metodes: eksāmens (teorētiskie jautājumi). Kritēriji: terminoloģijas un teorētisko sakarību precizitāte; spēja salīdzināt metodes un pamatot to izvēli.
2. Spēj formulēt robežuzdevumu un izveidot aprēķina modeli (ģeometrija, materiālu modeļi, robežnosacījumi, slodzes) būvkonstrukcijām, būvmateriāliem, ceļu segām un citām inženiertehniskām sistēmām. - Metodes: praktiskie darbi, individuālais modelēšanas projekts. Kritēriji: modeļa atbilstība fizikālajam procesam; pieņēmumu pamatojums; robežnosacījumu un slodžu korektums.
3. Prot izvēlēties un pielietot skaitliskās metodes un programmatūru lineāru, nelineāru, dinamisku un saistītu (multifizikas) uzdevumu risināšanai. - Metodes: laboratorijas (datorlaboratorijas) darbi, praktiskie darbi, eksāmens (praktisks uzdevums). Kritēriji: metodes izvēles pamatojums; risinājuma pareizība un efektivitāte; rezultātu noformējums.
4. Spēj veikt skaitlisko modeļu verifikāciju un validāciju, novērtēt rezultātu precizitāti, jutīgumu un nenoteiktību, salīdzinot tos ar analītiskiem risinājumiem un eksperimentālajiem datiem. - Metodes: individuālā modelēšanas projekta pārskats, eksāmens. Kritēriji: konverģences un jutīguma analīzes pilnīgums; rezultātu salīdzinājuma korektums; secinājumu pamatotība.
5. Spēj izmantot skaitliskās modelēšanas rezultātus resursefektīvu, ilgmūžīgu un zemas oglekļa emisijas materiālu un konstrukciju risinājumu izvērtēšanā, sistēmiski un kritiski argumentējot to ietekmi uz ANO ilgtspējīgas attīstības mērķu sasniegšanu. - Metodes: individuālā modelēšanas projekta ilgtspējas izvērtējums (pārskats un prezentācija). Kritēriji: alternatīvu risinājumu salīdzinājums; argumentācijas sistēmiskums un kritiskums; sasaiste ar ANO IAM.
6. Spēj patstāvīgi plānot un veikt skaitlisko pētījumu savas pētniecības tematikā, argumentēti prezentēt un aizstāvēt tā rezultātus zinātniskā diskusijā. - Metodes: individuālā modelēšanas projekta prezentācija un aizstāvēšana. Kritēriji: pētījuma plānojuma loģika; prezentācijas skaidrība; atbilžu argumentācija.
Studiju rezultātu vērtēšanas kritēriji
Praktiskie un laboratorijas darbi - 40%
Individuālais modelēšanas projekts (pārskats un prezentācija) - 20%
Eksāmens - 40%
 
Priekšzināšanas Matemātika, būvmehānika, informātika. Maģistra grāds.
Studiju kursa plānojums
Daļa KP Stundas Pārbaudījumi
Lekcijas Prakt. d. Lab. Ieskaite Eksāmens Darbs
1 8.0 8.0 24.0 48.0 *
2 7.0 8.0 20.0 42.0 *

Pieteikties uz šo kursu

[Kursa apraksts PDF formātā]