Mechanika materiałów i konstrukcji. Tom 1

Andrzej Jaworski, Grzegorz Krzesiński, Marek Bijak-Żochowski (red.), Tomasz Zagrajek

Podstawą tej publikacji są wydane przez Oficynę Wydawniczą PW książki tychże autorów: "Podstawy mechaniki ciała stałego" (praca zb. pod red. Andrzeja Jaworskiego, Warszawa 1999) oraz "Wytrzymałość konstrukcji" (praca zb. pod red. Marka Bijak-Żochowskiego, Warszawa 2004) Podręcznik powstał w wyniku połączenia "Wytrzymałości konstrukcji" (Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2004) i wydanych w 1999 roku w tejże Oficynie "Podstaw mechaniki ciała stałego". Wprowadzono w nim wiele poprawek, zmian i uzupełnień, usuwając jednocześnie występujące powtórzenia. Wydaje się, że bezpośrednie włączenie do podręcznika wytrzymałości podstaw nauki, na której wytrzymałość się opiera, pozwoli na łatwiejsze zrozumienie omawianych zagadnień. Książka jest adresowana do studentów wyższych uczelni technicznych i inżynierów zajmujących się problemami statyki i wytrzymałości. Podstawowy zakres wykładu został wzbogacony o problemy nieliniowe (geometrycznie i materiałowo) i dynamiczne (drgania, uderzenie, fale sprężyste). Omówiono także materiały kompozytowe. Autorzy postanowili podstawowy tok wykładu przedstawić w ujęciu analitycznym, nie rezygnując z pokazania rozwiązań numerycznych trudniejszych przykładów. Metodom numerycznym poświęcono obszerną część podręcznika, w której omówiono sposoby rozwiązywania, głównie przy użyciu MES, wszystkich rodzajów ustrojów i struktur, które były omawiane w ramach części poprzednich. Podobieństwo, a czasami identyczność podejścia numerycznego do różnych zagadnień uzasadnia ich wspólną prezentację.

Mechanika materiałów i konstrukcji. Tom 2

Andrzej Jaworski, Grzegorz Krzesiński, Marek Bijak-Żochowski (red.), Tomasz Zagrajek

Podstawą tej publikacji są wydane przez Oficynę Wydawniczą PW książki tychże autorów: "Podstawy mechaniki ciała stałego" (praca zb. pod red. Andrzeja Jaworskiego, Warszawa 1999) oraz "Wytrzymałość konstrukcji" (praca zb. pod red. Marka Bijak-Żochowskiego, Warszawa 2004) Podręcznik powstał w wyniku połączenia "Wytrzymałości konstrukcji" (Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2004) i wydanych w 1999 roku w tejże Oficynie "Podstaw mechaniki ciała stałego". Wprowadzono w nim wiele poprawek, zmian i uzupełnień, usuwając jednocześnie występujące powtórzenia. Wydaje się, że bezpośrednie włączenie do podręcznika wytrzymałości podstaw nauki, na której wytrzymałość się opiera, pozwoli na łatwiejsze zrozumienie omawianych zagadnień. Książka jest adresowana do studentów wyższych uczelni technicznych i inżynierów zajmujących się problemami statyki i wytrzymałości. Podstawowy zakres wykładu został wzbogacony o problemy nieliniowe (geometrycznie i materiałowo) i dynamiczne (drgania, uderzenie, fale sprężyste). Omówiono także materiały kompozytowe. Autorzy postanowili podstawowy tok wykładu przedstawić w ujęciu analitycznym, nie rezygnując z pokazania rozwiązań numerycznych trudniejszych przykładów. Metodom numerycznym poświęcono obszerną część podręcznika, w której omówiono sposoby rozwiązywania, głównie przy użyciu MES, wszystkich rodzajów ustrojów i struktur, które były omawiane w ramach części poprzednich. Podobieństwo, a czasami identyczność podejścia numerycznego do różnych zagadnień uzasadnia ich wspólną prezentację.

Metoda Elementów Skończonych w mechanice materiałów i konstrukcji. Rozwiązywanie wybranych zagadnień za pomocą systemu ANSYS

Paweł Borkowski, Grzegorz Krzesiński, Piotr Marek, Tomasz Zagrajek

Niniejszy skrypt ma ułatwić Czytelnikowi opanowanie podstaw budowy i wykorzystywania modeli metody elementów skończonych (MES), a w szczególności zapoznanie się z metodami przeprowadzania obliczeń konstrukcji odkształcalnych za pomocą systemu programów ANSYS (ANSYS Inc., USA).   Pakiety profesjonalnych programów metody elementów skończonych składają się z wielu współpracujących ze sobą modułów i tworzą systemy obliczeniowe, pozwalające na analizy różnych problemów opisywanych równaniami różniczkowymi cząstkowymi, dotyczących mechaniki konstrukcji odkształcalnych, przepływu ciepła, mechaniki płynów, pól elektromagnetycznych itd. W mechanice konstrukcji metoda elementów skończonych stosowana jest niemal do wszystkich typów stawianych praktycznie zadań.   Programy obliczeniowe MES zawierają algorytmy ułatwiające budowę modelu geometrycznego i umożliwiające wprowadzenie opisu modelu z najbardziej popularnych systemów CAD. Wyposażane są także w algorytmy automatycznej dyskretyzacji i rozbudowane moduły graficznej prezentacji modelu i wyników obliczeń. W nowoczesnych programach MES dostępnych jest zwykle wiele metod rozwiązywania układów równań liniowych, równań nieliniowych, zagadnień własnych itp. Do najbardziej znanych systemów metody elementów skończonych wykorzystywanych w mechanice konstrukcji należą ANSYS, NASTRAN, ABAQUS, COSMOS, FEMAP, MARC. Dostępnych jest także wiele komercyjnych programów wyspecjalizowanych, na przykład do analizy konstrukcji budowlanych, do obliczeń konstrukcji kompozytowych, rurociągów itd. Moduły obliczeniowe metody elementów skończonych dołączane są również do wielu programów CAD.   Budowa własnych programów metody elementów skończonych wymaga bardzo dobrego przygotowania w zakresie matematyki, metod numerycznych i teorii analizowanych problemów. Warto jednak podkreślić, że również dla efektywnego posługiwania się gotowymi, sprawdzonymi pakietami MES potrzebne jest rozumienie metody i jej podstaw matematycznych, a także dobra znajomość wykorzystywanych programów i badanych zjawisk. Wyniki obliczeń MES w każdym przypadku powinny być weryfikowane przez uproszczone szacunki analityczne i sprawdzenie jakościowej poprawności wybranych rezultatów cząstkowych (reakcje, ciągłość pola przemieszczeń, zgodność z warunkami brzegowymi itp.).   Prezentowane opracowanie jest zmodyfikowaną i istotnie rozszerzoną wersją publikowanego wcześniej przez Oficynę Wydawniczą Politechniki Warszawskiej skryptu. Modele analizowane w tej publikacji budowane były za pomocą wersji (v.15) pakietu programów ANSYS, powszechnie wykorzystywanego zarówno w badaniach naukowych, jak i w praktyce inżynierskiej. Od wielu lat ANSYS jest stosowany w Politechnice Warszawskiej i innych polskich uczelniach. Zamierzeniem autorów było jednak przedstawienie zasad praktycznego wykorzystania MES w obliczeniach inżynierskich i interpretacji wyników, a nie wprowadzanie Czytelnika w szczegóły użytkowania wybranego programu. Tematy zadań opisywanych w skrypcie odpowiadają potrzebom i profilowi wykształcenia studentów na kierunkach prowadzonych przez Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej. Omawiane ćwiczenia stanowią w większości praktyczne uzupełnienie wykładu metody elementów skończonych. W każdym ćwiczeniu przypomniane są podstawy opisu teoretycznego analizowanych zagadnień tak, by ułatwić zrozumienie zasad budowy modelu MES, a także interpretację i dyskusję wyników. Niektóre z prezentowanych zadań mogą być wykorzystywane do samodzielnego przygotowania się do analizy bardziej zaawansowanych problemów, rozwiązywanych na przykład w ramach prac przejściowych i dyplomowych.

Metody badań właściwości elektrycznych izolatorów świec zapłonowych funkcjonujących w warunkach zabrudzeniowych

Bernard Fryśkowski

W monografii zaprezentowano rzadko poruszany w literaturze naukowej temat funkcjonowania świec zapłonowych w warunkach bocznikowania elektrod wskutek zanieczyszczenia zewnętrznej powierzchni górnej części izolatora, znajdującej się poza komorą spalania.   Treść monografii została podzielona na sześć rozdziałów, spośród których rozdziały trzeci, czwarty i piąty zawierają opracowane modele matematyczne, metody pomiarowe oraz wyniki analiz i badań stanowiące oryginalny dorobek autora.   Rozdział pierwszy jest wprowadzeniem, w którym wyszczególniono przedmiot i cel pracy oraz jej strukturę. W oparciu o treść analiz zawartych w dokumentach będących rezultatem aktualnych prac organów administracji rządowej uzasadniono celowość prowadzenia badań w zakresie konstrukcji świec zapłonowych jako elementów mających bezpośredni wpływ na działanie, parametry eksploatacyjne i niezawodność silników o zapłonie iskrowym.   W rozdziale drugim omówiono zagadnienie rozwoju technologii produkcji izolatorów świec zapłonowych i dokonano przeglądu literatury wraz z charakterystyką obecnego stanu wiedzy na temat właściwości, metod wytwarzania i badań izolatorów świec zapłonowych. Zawarto też wiadomości dotyczące materiałów ceramicznych wykorzystywanych w procesie produkcji izolatorów oraz opis powszechnie stosowanych sposobów ich kształtowania i obróbki. Podano również przykłady nowoczesnych rozwiązań w zakresie technologii wytwarzania izolatorów, objętych niejednokrotnie ochroną patentową, oraz opisano charakterystyki warunków pracy izolatorów świec zapłonowych, metody kontroli ich jakości na etapie produkcji i problemy diagnozowania uszkodzeń występujących w trakcie eksploatacji.   Przedmiotem rozdziału trzeciego są procedury modelowania matematycznego rozkładu pola elektrycznego w izolatorach świec zapłonowych działających w warunkach zabrudzeniowych. Przedstawiono wykorzystane w pracy analityczne i numeryczne metody rozwiązania równań Laplace’a i Poissona, stanowiących podstawową formę matematycznego opisu rozkładu potencjału i natężenia pola elektrycznego wewnątrz i w najbliższym otoczeniu ceramicznego izolatora świecy zapłonowej zainstalowanej w cylindrze silnika. Rozpatrzono przypadki braku zanieczyszczeń i ich obecności na zewnętrznej powierzchni izolatora. Rozważania przeprowadzono dla dwóch typów obecnie produkowanych izolatorów świec zapłonowych – o gładkiej powierzchni zewnętrznej oraz mających ukształtowane bariery dla prądu upływu. W dalszej części przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych oraz omówienie przykładów prezentujących rozkład pola elektrycznego izolatorów świec zapłonowych otrzymany dzięki symulacji komputerowej.   W rozdziale czwartym zawarto rozważania dotyczące właściwości elektrycznych izolatorów świec zapłonowych. Zwrócono uwagę na fakt mniejszej wytrzymałości powierzchniowej izolatora w stosunku do wytrzymałości skrośnej, przy założeniu jednorodności materiału ceramicznego i braku wtrącin. Przedstawiono także modele rezystancji skrośnej, powierzchniowej i zabrudzeniowej, na podstawie których przeprowadzono obliczenia natężenia prądu upływu wynikającego z obecności zanieczyszczeń przewodzących na zewnętrznej powierzchni ceramicznego izolatora świecy zapłonowej. Zaprezentowano również rezultaty badań rezystancji skrośnej, powierzchniowej i zabrudzeniowej przeprowadzonych dla świec zapłonowych nowych (nieużywanych) i zanieczyszczonych. Na ich podstawie dokonano weryfikacji wyników otrzymanych na drodze modelowania.   Przedmiotem rozważań zawartych w treści rozdziału piątego jest pojemność świec zapłonowych i jej wpływ na działanie układu zapłonowego. Przedstawiono wyniki modelowania i obliczeń pojemności świec zapłonowych, które poddano weryfikacji na podstawie rezultatów badań doświadczalnych. Wprowadzono nowe pojęcie pojemności powierzchniowej pozwalające scharakteryzować w sposób ilościowy stopień zanieczyszczenia powierzchni izolatora świecy. Zaproponowano metodę pomiaru pojemności świec zapłonowych, w tym pojemności powierzchniowej, za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego sigma-delta. Wykazano również przydatność tej metody w pomiarach przenikalności elektrycznej materiału ceramicznego izolatora.   Wnioski końcowe i podsumowanie zamieszczono w rozdziale szóstym. W uzupełnieniu podano wykaz literatury cytowanej w treści pracy.

Metody eksperymentalne w mechanice i budowie maszyn

Paweł Pyrzanowski

Opracowanie przybliża ogólne zagadnienia związane z zastosowaniem metod eksperymentalnych w praktyce inżyniera i naukowca zajmującego się problemami mechaniki oraz budowy i eksploatacji maszyn. W szczególny sposób przedstawiono współczesne metody pomiaru przemieszczeń i odkształceń – zarówno punktowe, jak i polowe, kładąc nacisk na możliwe źródła błędów i sposoby ich eliminacji lub zmniejszania ich wpływu na wyniki badań. Autor kierował się przy tym swoimi wieloletnimi doświadczeniami pracy na uczelni, w tym w realizacji projektów badawczych, oraz współpracy z przemysłem. W kolejnych rozdziałach opisano ogólne zagadnienia związane z przygotowaniem i prowadzeniem badań eksperymentalnych; zaprezentowano podstawowe metody badawcze w zagadnieniach związanych z mechaniką i budową maszyn, ze szczególnym uwzględnieniem pomiarów przemieszczeń i odkształceń, które należą do najczęściej wykonywanych badań eksperymentalnych; omówiono bardzo istotne w obecnych czasach zagadnienia związane z cyfrowymi technikami obróbki sygnału, w tym podstawy przetwarzania analogowo-cyfrowego i filtrom cyfrowym, a także zagadnienia związane z kartami pomiarowymi, wyjaśniając główne ich parametry i pozwalając na ich optymalny wybór i użytkowanie.

Metrologia z podstawami specyfikacji geometrii wyrobów (GPS)

Sławomir Białas, Zbigniew Humienny, Krzysztof Kiszka

Skrypt jest przeznaczony dla studentów Wydziału Samochodów i Maszyn Roboczych Politechniki Warszawskiej jako literatura podstawowa do przedmiotu „metrologia i zamienność” oraz do „laboratorium metrologii i zmienności”. Zgodnie z programem studiów skrypt oprócz tematyki ściśle metrologicznej zawiera także wiadomości z zakresu tolerancji wielkości geometrycznych (specyfikacji geometrii wyrobów – GPS) i teorii łańcuchów wymiarowych. Jest to ujęcie mające długą tradycję w polskim piśmiennictwie technicznym, a także w dydaktyce wydziałów mechanicznych politechnik krajowych.   Skrypt można wykorzystać na studiach kierunku Mechanika i Budowa Maszyn, poza specjalnościami ściśle metrologicznymi. Może być szczególnie użyteczny dla specjalności konstrukcyjnych. Dokumenty metrologii prawnej, podane w wykazach literatury uzupełniającej, są dostępne na oficjalnej stronie internetowej Głównego Urzędu Miar www.gum.gov.pl.   Rozdział 4 Tolerancje geometryczne został napisany od podstaw jako autorski przez Zbigniewa Humiennego. Pozostałe rozdziały skryptu zostały opracowane wspólnie przez trzech współautorów, przy czym częściowo wykorzystano materiał zawarty w skrypcie Metrologia techniczna z podstawami tolerowania wielkości geometrycznych dla mechaników autorstwa Sławomira Białasa (Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2006).   W drugim znowelizowanym wydaniu skryptu zaktualizowano rysunki i tekst w rozdziałach 2 i 4; m.in. pokazano ustalenia z najnowszych norm ISO 14405-1:2016, ISO 1101:2017, ISO 1660:2017, ISO 5458:2018, ISO 2692:2021, ISO 22081:2021 dotyczących specyfikacji geometrii wyrobów, które zostały opublikowane po pierwszym wydaniu skryptu. Ponadto w związku z wprowadzeniem od 20 maja 2019 roku nowych definicji jednostek miar Międzynarodowego Układu Jednostek Miar SI uaktualniono podrozdział 1.2. Dodano również dwa nowe podrozdziały 1.11 i 1.12. W pozostałych rozdziałach wprowadzono drobne zmiany i korekty terminologiczne oraz usunięto dostrzeżone błędy edytorskie.

Miniaturowe silniki turboodrzutowe

Marian Gieras

W monografii opisano najważniejsze parametry charakteryzujące działanie różnych typów lotniczych silników turbinowych. Przeprowadzono dyskusję nad tendencjami i kierunkami rozwojowymi silników lotniczych, zwracając szczególną uwagę na kwestię miniaturyzacji silników turboodrzutowych. Wnikliwej analizie poddano procesy zachodzące w integralnych częściach miniaturowych silników turboodrzutowych, takich jak: wlot, sprężarka, dyfuzor, komora spalania, zespół turbiny i dysza wylotowa. Obok klasycznego podejścia do projektowania, bazującego na znanych i sprawdzonych wyrażeniach teoretyczno-empirycznych, dużo uwagi poświęcono modelowaniu numerycznemu procesów zachodzących w poszczególnych częściach silnika. Wnioski uzyskane z analizy wyników symulacji numerycznych pozwalają na poszerzenie wiedzy na temat ciągle nie do końca poznanych zjawisk zachodzących w danym zespole miniaturowego silnika oraz na określenie wzajemnej zależności między wybranymi parametrami oraz określenie ich wpływu na przebieg badanego procesu.

Modelowanie i optymalizacja obróbki elektroerozyjnej materiałów trudnoobrabialnych

Rafał Świercz

Opracowanie jest wynikiem wieloletnich badań autora nad procesem erozji materiałów trudnoobrabialnych. Genezą powstania pracy było opracowanie podstaw technologii obróbki elektroerozyjnej nowych materiałów stosowanych na narzędzia w przetwórstwie tworzyw sztucznych oraz stopów żarowytrzymałych i żaroodpornych stosowanych w przemyśle lotniczym i energetyce. Przeprowadzono badania teoretyczno-doświadczalne, których celem było poznanie wpływu energii wyładowania elektrycznego i gęstości strumienia ciepła na wskaźniki technologiczne obróbki wyżej wymienionych materiałów. Istotną częścią prezentowanej monografii jest przedstawienie możliwości zastosowania płatków zredukowanego tlenku grafenu w dielektryku w celu poprawienia wskaźników technologicznych obróbki elektroerozyjnej.