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.

Zarządzanie bezpieczeństwem informacji organizacji

Jakub Kowalewski, Marian Kowalewski

W okresie cywilizacji informacyjnej oraz społeczeństwa informacyjnego w sposób masowy przetwarza się informację. Współcześnie znaczne ilości informacji przetwarzają różnorodne organizacje i stowarzyszenia zarówno w wymiarze międzynarodowym, jak i krajowym. Przetwarzane są także przez zwykłych obywateli. Informacja to wiedza o otaczającym nas świecie, występujących zjawiskach i istniejących procesach, które stymulują rozwój współczesnej rzeczywistości. Prowadzone badania oraz praktyka wskazują, że informacja w cywilizacji informacyjnej (poza dobrem, jakie sobą niesie) stwarza również zagrożenia. Środowisko cyberprzestrzeni, w jakim jest głównie przetwarzana, sprzyja zagrożeniom informacji. Przykładem takiego stanu są rezultaty powszechnie stosowanego Internetu oraz różnorodnych sieci teleinformatycznych, które przetwarzają informacje w publicznych chmurach obliczeniowych. By przeciwdziałać temu niekorzystnemu zjawisku w przetwarzaniu informacji, w sieciach i systemach teleinformatycznych, stosuje się szereg różnorodnych metod i sposobów ochrony informacji, rozwiązań standaryzacyjnych i normalizacyjnych po uregulowania prawne włącznie. Współcześnie występujące i dynamicznie rozwijające się zagrożenia informacji w cyberprzestrzeni, a także stosowane różnorodne rozwiązania ochrony przetwarzanej informacji wymagają działania uporządkowanego i sprzyjającego bezpieczeństwu informacji. Tego rodzaju działania realizowane są przez organizacje w ramach zarządzania bezpieczeństwem informacji. Zarządzanie bezpieczeństwem informacji jest szczególnym sposobem kierowania zasobami osobowymi i materialnymi organizacji, których treścią jest zapewnienie ochrony przetwarzanej informacji w imię osiągania celów biznesowych tej organizacji. W swej istocie dotyczy modelowania i organizowania oraz wdrażania rozwiązań z zakresu bezpieczeństwa informacji, kierowania i zarządzania procesami bezpieczeństwa informacji w celu przeciwdziałania zagrożeniom i zapewnienia jej poufności, integralności oraz dostępności. Niniejsza monografia kierowana jest do osób zajmujących się zarządzaniem bezpieczeństwem informacji w różnych organizacjach, zajmujących się modelowaniem bezpieczeństwa informacji oraz tych osób, które zajmujących się ochroną informacji. Monografia kierowana jest do środowiska naukowego związanego z bezpieczeństwem informacji oraz studentów poznających i studiujących problemy z tym związane.

Miejsce techniki w rozwoju gospodarki

Leszek Jasiński

Celem monografii jest przedstawienie wzajemnych zależności zachodzących między gospodarką a techniką, a w tym prognozowania zmian w technice, wydarzeń ze sfery techniki szczególnie istotnych dla długookresowego rozwoju gospodarczego oraz okoliczności przyspieszających procesy inwestycyjne w gospodarce. Omówiono: znaczenie techniki dla postępu cywilizacyjnego, obecność postępu technicznego w matematycznych modelach wzrostu gospodarczego, wpływ techniki na konkurencyjność gospodarki, gospodarkę opartą na wiedzy, politykę państwa w obszarze techniki, prognozowanie rozwoju techniki, skróconą historię techniki na tle przemian w gospodarce światowej, perspektywy wdrażania nowych technologii, statystyczny obraz udziału techniki we wzroście gospodarczym oraz wpływ nauk ścisłych na rozwój nauk ekonomicznych. Książka jest skierowana do ekonomistów zajmujących się analizą czynników wzrostu, wśród których znajduje się technika, inżynierów zainteresowanych następstwami rozwoju techniki w otoczeniu, jakim jest gospodarka i tworzące ją przedsiębiorstwo, oraz innych osób, dla których ważne są praktyczne problemy zastosowania osiągnięć technicznych.

Termodynamika

Zbigniew Wrzesiński

Skrypt zawiera najważniejsze pojęcia oraz metody rachunkowe stosowane w termodynamice fenomenologicznej i statystycznej. Pomyślany został jako wprowadzenie do podstawowego wykładu termodynamiki, jednak może być traktowany jako zamknięta całość, gdyż większość zagadnień opracowana została od podstaw. W wybranych problemach stosowane są pojęcia oraz metody mechaniki statystycznej i kwantowej. Zamieszczony w podręczniku materiał zawiera podstawowy zbiór zagadnień i praw termodynamiki opisanych głównie z wykorzystaniem teorii bilansów, co spowodowało konsekwentne posługiwanie się pojęciem zasobu wielkości ekstensywnych i ich gęstości. Omówione zostały przede wszystkim te problemy, które znajdują praktyczne zastosowanie w termodynamice i technice. Pominięto zagadnienia wymagające zaawansowanej znajomości innych działów fizyki i matematyki. Umożliwia to korzystanie z podręcznika studentom z różnych wydziałów. Tekst uzupełniony nowymi zagadnieniami dotyczącymi zjawisk transportu energii oraz termodynamiki kwantowej.

Compendium on ElectroMagnetic Compatibility

Jan Sroka

Electromagnetic compatibility is a capacious branch. This book is not claiming to cover all aspects of it. It is rather a narration about EMC from the sight angle of professional experience of the author, and it is versatile. At the origin, it was a scientific activity with numerical methods and simulations of electromagnetic fields at the WUT and teaching about theory of electromagnetic fields and electrical circuits.

Rola badań przyrodniczych i społecznych w racjonalnym gospodarowaniu przestrzenią

Alina Maciejewska

Tom VIII serii monografii naukowych Wydziału Geodezji i Kartografii Politechniki Warszawskiej "Gospodarka Przestrzenna" W monografii przedstawiono doświadczenia dydaktyczne związane z zagadnieniami z zakresu dziedzictwa kulturowego, społeczno-kulturowymi i przyrodniczymi w nauczaniu na kierunku studiów Gospodarka Przestrzenna. Książka przeznaczona jest dla uczelni wyższch kształcących na kierunkach Architektura i Urbanistyka, Architektura Krajobrazu, Gospodarka Przestrzenna oraz Ochrona Środowiska.

CYBERPRZEMOC szczególnym zagrożeniem społeczeństwa informacyjnego

Marian Kowalewski, Marek Jakubiak

Wśród zagrożeń w cyberprzestrzeni szczególnie groźne jest zagrożenie cyberprzemocy – zagrożenie, które nie zawsze się dostrzega i wielokrotnie wręcz lekceważy, a które coraz częściej dotyka nas wszystkich. Najogólniej ujmując, cyberprzemoc możemy sprowadzić do prześladowania, zastraszania, szantażowania, nękania, obrażania i wyśmiewania innych osób lub grup za pośrednictwem współczesnych technik i technologii ICT. Prezentowana publikacja jest zbiorem wyników badań pracowników naukowo-dydaktycznych Zakładu Nauk o Administracji i Bezpieczeństwa w Administracji z Wydziału Administracji i Nauk Społecznych Politechniki Warszawskiej, które są upowszechniane i wykładane w procesie dydaktycznym.

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.