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.

Geoinżynieria. Metody modyfikacji podłoża gruntowego

Stanisław Pisarczyk

W skrypcie omówiono główne metody ulepszania podłoża gruntowego, tj. zagęszczanie, wymianę, prekonsolidację, cementację i stabilizację oraz zbrojenie i umocnienia biotechniczne zboczy i skarp.   Skrypt stanowi znaczące uzupełnienie literatury dotyczącej problemów fundamentowania, geotechniki i budownictwa ziemnego. Mogą z niego korzystać studenci Wydziału Inżynierii Środowiska i Wydziału Inżynierii Lądowej oraz studenci innych politechnik i akademii rolniczych. Zawarte w skrypcie wiadomości mogą być wykorzystywane również przez inżynierów-projektantów i wykonawców oraz pełniących nadzory budowlane.

Chemistry for Environmental Engineering. Laboratory

Agata Piotrowska, Jan Bogacki, Małgorzata Kucharska

This script was created as an auxiliary material for chemistry laboratory classes conducted at Warsaw University of Technology, Faculty of Building Services, Hydro and Environmental Engineering. The intent was to gather and present in the form of a prescript basic information on the principles of preparing and conducting chemical experiments. Script contains descriptions of elementary methods, apparatus and measurement. The script is designed for Environmental Engineering students, as didactic material for @Chemistry laboratory course.

Balistyka wewnętrzna lufowych układów bezodrzutowych w ujęciu teorii bilansów

Zbigniew Wrzesiński

Współczesne pole walki wymaga od projektantów i wytwórców broni ciągłej modernizacji istniejącego sprzętu uzbrojenia, modernizacji zmierzającej w kierunku miniaturyzacji jego wymiarów a co za tym idzie zmniejszenia jego masy, jak również doskonalenia systemów automatycznego przechwytywania celu dla precyzji jego osiągania. Kierując się tymi przesłankami, w monografi i podjęto próbę stworzenia narzędzia analitycznego, umożliwiającego szybką cyfrową symulację rozwiązania problemu głównego balistyki wewnętrznej (PGBW) lufowych układów bezodrzutowych, służących jako urządzenia startowe dla przeciwpancernych pocisków rakietowych automatycznie przechwytujących cel. Symulacje cyfrowe balistyki wewnętrznej lufowych układów bezodrzutowych zastosowanych jako urządzenia startowe dla przeciwpancernych pocisków rakietowych stanowią podstawę dla poszukiwania optymalnego rozwiązania balistyki wewnętrznej z punktu widzenia dynamiki układu będącego zestawem „urządzenie startowe–rakieta przeciwpancerna–człowiek”. Osiągnięcie optymalnego rozwiązania PGBW dla tak postanowionej funkcji celu prowadzi do możliwości miniaturyzacji projektowanego sprzętu, a co się z tym wiąże – do zmniejszenia masy urządzenia startowego dla założonych maksymalnych wymagań taktycznych pola walki. Do opisu przyjętego modelu fi zycznego balistyki wewnętrznej konsekwentnie stosowano wyniki teorii bilansów wielkości ekstensywnych zaprezentowane w rozdziale pierwszym monografi i. Umożliwiło to precyzyjne opisanie modelu fi zycznego balistyki wewnętrznej lufowych układów bezodrzutowych. Znajomość rozwiązania problemu głównego balistyki wewnętrznej (PGBW) lufowych układów bezodrzutowych umożliwia obliczenie siły odrzutu i energii odrzutu działających na swobodny lufowy układ bezodrzutowy zastosowany jako urządzenie startowe dla rakietowych pocisków przeciwpancernych przechwytujących cel.

Modelowanie bezpieczeństwa inteligentnych systemów transportowych

Adam Rosiński

Opracowanie powstało na podstawie rozwiązań telematyki transportu, które wsparto wyspecjalizowanymi aplikacjami. Stanowi więc połączenie technologii telekomunikacyjnych i rozwiązań informatycznych, których zadaniem jest uzyskanie określonych korzyści w obszarze szeroko rozumianego transportu (w tym drogowego, kolejowego, lotniczego, morskiego, śródlądowego). Jedną z istotniejszych korzyści jest zwiększenie bezpieczeństwa podróży (rozumianego zarówno jako safety i security). W rozdziale 1 przedstawiono ogólne zagadnienia związane z inteligentnymi systemami transportowymi, przy czym szczególną uwagę zwrócono na bezpieczeństwo. W rozdziale 2 scharakteryzowano szczegółowo inteligentne systemy transportowe i przybliżono aspekty dotyczące wymagań dla tych systemów zawarte w aktach prawnych - krajowych i stosowanych w Unii Europejskiej. Podsumowaniem tego rozdziału jest podanie korzyści z funkcjonowania inteligentnych systemów transportowych. W rozdziale 3 zamieszczono rozważania dotyczące wybranych aspektów bezpieczeństwa inteligentnych systemów transportowych. Zrealizowano to w dwóch kierunkach, czyli w zapewnieniu bezpieczeństwa osób i ładunków oraz w zapewnieniu bezpieczeństwa procesu transportowego. W każdym z podanych obszarów opisano poszczególne systemy wraz z podaniem zalet wdrażanych rozwiązań. W końcowej części tego rozdziału zamieszczono ogólne rozważania dotyczące bezpieczeństwa teleinformatycznego inteligentnych systemów transportowych. W rozdziale 4 przedstawiono wybrane aspekty modelowania poziomu bezpieczeństwa inteligentnych systemów transportowych. Dokonano analizy funkcjonowania inteligentnych systemów transportowych (w trzech obszarach - z uwzględnieniem przesyłania danych, zakłóceń elektromagnetycznych i działań z zakresu utrzymania), a następnie przedstawiono modele umożliwiające obliczenie wartości prawdopodobieństwa przebywania rozpatrywanych ITS w wyróżnionych stanach. Opracowane modele mogą być wykorzystane przez projektantów w celu wdrażania rozwiązań, które będą cechować się odpowiednim poziomem bezpieczeństwa realizowanych procesów transportowych. W rozdziale 5 zawarto podsumowanie i wnioski dotyczące funkcjonowania inteligentnych systemów transportowych oraz opracowanych modeli bezpieczeństwa ITS. Zaproponowano także kierunki dalszych badań.

Urban Design in Town Planning. Current Issues and Dilemmas from the Polish and European Perspective

Krystyna Solarek

Cities have become the habitat for more than half of the world’s population. Cities are not only a desirable location for life activities but also the subject of great interest, scientific research and social activities as well as everyday fascinations. However, it can be observed that the more we talk about cities and their planning – about sustainable development, eco-development, new technologies, smart cities, participatory planning and various new urban policies, etc., the less space there is to deal with the topic of urban design. Indeed, urban design will not solve all city problems, but one must be aware that all city problems will not be solved without urban design. It is evident that city is as a complex, dynamic open system shows great possibilities of self-regulation and self-organization. However, people have been trying to influence this system for centuries through planning. The formation of certain rules and deepening knowledge of the functioning of urban organisms certainly contribute to improving quality, in this case the quality of life in cities. The organization is not an end in itself, but a tool for getting certain collective values. Town planners and urban designers, based on the broad knowledge they have, are probably the closest to achieving the assumed results (Mironowicz 2013). Urban design as an occupation is relatively new, but historically it has usually played a significant role in forming cities. Urban design, although it did not have that name yet, has for centuries been one of the most important arts – the one that has most strongly affected the lives of successive generations that has survived to this day – whether in a transformed or unchanged form, or in memory and historical records. In the simplest terms urban design is a link between architecture and spatial planning – a part of spatial planning with the basics and approach of architecture. This is a field where not all architects and few town-planners feel good and competent. It is art, technique, skill and process, as a result of which spatial structures are shaped. It gives them form, function and character appro­priate to the scale of the study or document. Urban designs, as the saved projects, no matter how long they were prepared, usually “last” only for a moment. But this does not mean that they do not matter to the development of cities. On the contrary – they change into land development plans, strategies and action programs, or projects for the specific areas, sometimes they are only an inspiration or hint for municipal authorities, and at other times the basis for creating master plans or a picture that allows participants to check the ideas presented. Among the various projects or competition urban concepts, the possibility of implementation usually has one vision – the others remain the experience of the designers or an inspiration for those who had the opportunity to look at them. Despite the apparent elusiveness of this “being”, which is the urban design, it has a key impact on the formation of spatial structure cities. This book doesn’t offer any detailed guideline of urban design, arranging the streets, squares and buildings that make up the public face of towns and cities. It is only to show how important it is to shape city structure using urban design, where it is possible, so as to build urban developments which are both structurally and functionally harmonious, logical, friendly, resilient, rational and… beautiful. This has been man’s desire since the very beginning and today it’s important to recall this with the reflection on the role and range of urban design in the times of participatory culture of the information era. The book is also intended to show where urban designs are the most useful today and what priorities can guide their creation if they are to be consistent with contemporary postulates. The study also draws attention to the biggest problems, difficulties and challenges that relate to design in the era of participation, parameterization, globalization and uncertainty. Most analyzes end with questions, although I try to answer some of them myself, without any certainty as to whether they are correct. The study also shows where, in a fascinating and broad urban theme, urban designers can find a place for themselves – how to translate new ideas and postulates for urban design. I would like to draw attention to some current issues and dilemmas of urban design related to both new models of economic development, features and needs of contemporary societies, as well as new planning tools. The lack of creative foundations for regional planning, the disappearance of urban design in local planning, and the underestimation of urban design in the education of architects and town planners are particularly noticeable in Poland, but also visible in other countries. And yet temporary problems, also those related to the impediments to the implementation of urban design, will probably end sometime. We must therefore prepare for the fact that urban design will still be needed. That’s why this publication seems to be important. The specificity of European cities and planning traditions have led me to narrow the field of analysis, therefore I do not discuss the urban problems of the whole world, the more so as the urbanization phenomena occurring, for example, in Asia or America, are very complicated. Nevertheless, I do make reference to selected world trends in urban planning. I devote a lot of space to the problems of urban design in Poland, which are partly convergent with those that concern other post-socialist countries, although much concerns only Polish specifics. I hope that showing them in the European context will bring this topic closer to those who do not know the realities of Polish spatial planning, and, on the other hand, that it will help Polish readers to see how and under what conditions urban design can be applied. The presented study consists of three main parts. Since I consider doubts, dilemmas and challenges related to urban design in the contemporary world, their titles are formulated as questions – such the questions that many urban designers ask in their professional work: “What is Urban Design?”, “What to Design?” and “How to Design?”. In the first part of the monograph I present various approaches to the topic of urban design, its status and role in shaping the spatial structure of cities. The second part of the book titled “What to Design” shows how different scales and ranges are related to urban design but, above all, draws attention to those topics that are currently the most up-to-date when undertaking planning studies. Therefore, it does not cover all the areas of activity dealt with by city planners, and some of them are only approximated by other consid­erations (for example, the issue of housing has not been separated, only included in some other thematic groups). In the third part, I consider the current new tasks for urban planners caused by civilizational changes, including social and technological changes, and the possible approaches to design in this situation, including using new techniques and tools. The book is dedicated to urbanists – scientists, designers and planners – not only Polish ones. It is also for all, who have contemporary city in mind, as it is a voice in a discussion about problems and challenges, some of which are universal. It is for those who do not know the Polish planning system nor Poland in general – so as they can expand their knowledge and awareness as well as convince themselves that we can participate in various joint activities. The book is also dedicated to Polish recipients – so that they will feel that we are participating in a joint project for shaping European cities, and although we do not always have success (because a lot has to change), we can not give up learning and teaching others, motivating and improving urban designers’ workshop - it may be useful again. In some parts of this book, I have developed threads that appeared in my earlier publications, which has been provided in the text with relevant information, but it mainly consists of new content. I have used my over 25 years of experience in urban design and town planning, but I have also based my research on the city structure and its individual problems. This influenced the subjective selection of illustrations and examples – the ones that I know best, including some of my own studies, prevail in the book.

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.

Struktura gospodarki. Systemy ekonomiczne i ich sektory

Leszek Jerzy Jasiński

Książka ta przyjmie postać monografii opisującej długookresowe zmiany struktur ekonomicznych w różnych krajach. Analiza struktur ma duże znaczenie dla zrozumienia i skutecznego oddziaływania na procesy zachodzące w poszczególnych krajach i w gospodarce światowej jako całości. Dzieje się tak głównie dlatego, że niepożądane zjawiska ekonomiczne, którym towarzyszą poważne następstwa społeczne, mają istotne źródło, między innymi, w niestabilności struktur współczesnych systemów gospodarczych.Punktem wyjścia dla autora będzie opis alternatywnych rozwiązań strukturalnych. Wewnętrzną konstrukcję każdej gospodarki można rozpatrywać z różnych punktów widzenia. I tak obok zasadniczego podziału na sektory towarowe znajduje uzasadnienie podział na sektory instytucjonalne, własnościowe, funkcjonalne i dochodowe. Następnie zostaną poddane analizie konsekwencje istnienia określonych struktur ekonomicznych, w postaci ich następstw dla procesów wzrostu gospodarczego, stanu zatrudnienia i kształtowania się różnic międzyregionalnych. Trzecim podstawowym tematem do omówienia w pracy będzie przebieg zmian strukturalnych, w szczególności ich zależność od poziomu techniki i organizacji, a także od nieustającej przebudowy podstawowych relacji występujących w gospodarce światowej. Publikacja będzie zatem służyć również analizom zjawisk pojawiających się na pograniczu gospodarki i techniki.