The study of modern design and calculation methods of machines and mechanisms is very important for the students of engineering specialties. Due to the rapid development of computer technologies, now it is possible to use Computer-Aided Design (CAD) systems for optimal design in mechanical engineering. So, it is necessary for the students to learn both theoretical fundamentals and numerical calculation methods that can be implemented using modern CAD systems, in particular - in Mathcad, which is often used by engineers to solve problems in different fields.
In this textbook we will consider the structure and classification of mechanisms, the methodology of their kinematic and dynamie analysis, optimal design methods, which are common to mechanisms and machines of various purposes. This knowledge is necessary for engineers to create modern machines using different design criteria, to be able to correctly set a problem, solve it, analyze the results and, if necessary, choose the optimal solution.
Available literaturę in that field [2, 3, 6, 8, 10-12, 14,15] helps to study the theory, formulate the problem and choose methods for solving typical problems in mechanical engineering. However, that knowledge and skills do not exempt students from routine and sometimes complex calculations, which can lead to the loss of the essence of mechanical processes. In other words, it is necessary to learn not only the methods of solving problems of various complexity, but also to be able to analyze them so that these solutions do not hide the mechanical sense of processes and phenomena.
The textbook can also be considered as an introduetion to one of the most widespread mathematical Computer-Aided Design systems - Mathcad - for solving problems in different fields of engineering. The usage of Mathcad allows analyzing the behavior of mechanical systems according to the given task, which makes it possible to solve real engineering problems by the students who are not yet familiar with numerical methods and programming.
It is known that Mathcad package [5,9,13] is an effective tool for analytical transformations and numerical solutions of engineering and physical problems. The limits of its use extend from simple calculations to the complex problems in various fields of knowledge. By means of Mathcad, students and engineers can successfully solve various problems in mechanical engineering. The package has user-friendly mathematically oriented interface and convenient graphics tools.
The most effective way to learn calculation and design methods in mechanical engineering is not just to formally study the rules and techniąues, but to show them in action. Therefore, in the textbook, the main attention is paid to solving practical problems, specially selected with the following purposes: 1) as a self-study manuał to learn how to solve mathematically complex problems in engineering; 2) to show the capabilities of the Mathcad and to inerease interest among students and specialists in Mathcad for the solution of problem in mechanical engineering.
The textbook consists of eight chapters and appendix. The first seven chapters are dedicated to solving specific problems of the design of machines and mechanisms: each of these sections provides a brief overview of the theory and examples of solving relevant problems and calculation programs in Mathcad. The last chapter provides basie information about Mathcad and a brief overview of its methods that are used in mechanies: mathematical, graphical and also programming.

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.

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.

Jednym z zadań inżynierii materiałowej jest uzyskanie nowych materiałów o z góry określonych właściwościach. Wymaganiom tym może sprostać odpowiednio zaprojektowany kompozyt. Ważnym etapem tego procesu są badania eksperymentalne. O tym właśnie traktuje ta książka.
Autor przedstawia w niej ogólną charakterystykę materiałów kompozytowych i ich składników, mechanikę ich struktury wraz z opisem procesów niszczenia w czasie obciążenia, charakterystyki zachowania kompozytów w różnych stanach naprężenia, zagadnienia ich reologii, zmęczenia i odporności na pękanie oraz obciążenia udarowe. Opisuje badania kompozytów oraz podaje sposoby analizy statystycznej wyników badań.
Polecamy tę książkę studentom wydziałów inżynierii materiałowej i mechaniki oraz pracownikom ośrodków naukowych zajmujących się problematyką badawczą.

Prezentowana książka przybliża ogólne zagadnienia związane z zastosowaniem metod eksperymentalnych w praktyce inżyniera oraz 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 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.

Kucwaj Jan
Metody generowania i adaptacji siatek dla zagadnień brzegowych mechaniki

ISBN 0860-097X

Inspiracją do napisania niniejszego podręcznika stały się zajęcia z przedmiotu Metody komputerowe dla studentów studiów inżynierskich (dziennych i zaocznych) na Wydziale Inżynierii Lądowej. Potrzebę powstania takiego podręcznika zgłaszali od dawna zarówno studenci, jak i prowadzący zajęcia laboratoryjne.
Zasadnicze rozdziały podręcznika wiążą się z analizą układów prętowych. Spośród licznych typowych konstrukcji inżynierskich (omawianych w ramach wytrzymałości materiałów i mechaniki budowli) wybrano głównie belki i ramy. Dla najprostszego układu, jakim jest zginana belka przypomniano opis matematyczny ciągłego modelu fizycznego, aby przygotować podstawy do budowy opisu matematycznego dyskretnego układu. Problem początkowo-brzegowy został przedstawiony na elementarnym poziomie, w nawiązaniu do technicznej teorii belek zginanych (zadanie geometrycznie jednowymiarowe). W materiale uzupełniającym podano informacje o ramach przestrzennych i ustrojach powierzchniowych. W przedmiocie położono nacisk na przejście od ustrojów ciągłych do układów dyskretnych, aby model obliczeniowy był dostosowany do narzędzia jakim jest komputer. Z wielu metod komputerowych wybrano zasadniczo tylko metodę elementów skończonych (MES) i metodę różnic skończonych (MRS).

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.

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 głowic pomiarowych pięcioosiowych systemów współrzędnościowych

Skrypt jest przeznaczony dla studentów wydziałów mechanicznych i budowlanych uczelni politechnicznych. Opracowanie zawiera wykład teorii płyty sandwiczowej z laminowanymi warstwami zewnętrznymi i ortotropową warstwą środkową w ujęciu praktycznym. Celem tego ujęcia jest ułatwienie czytelnikowi – projektantowi konstrukcji sandwiczowych, efektywnego zaznajomienia się z prezentowaną teorią i jej zastosowaniem na etapie projektowania wstępnego. Zakres skryptu obejmuje m.in.: opis wybranych modeli kinematycznych płyty sandwiczowej; prezentacja lokalnych modeli fizycznych warstewek laminowanych, z których złożone są warstwy zewnętrzne oraz lokalnego modelu fizycznego warstwy środkowej płyty sandwiczowej; wyprowadzenia globalnych modeli fizycznych płyty sandwiczowej; wyprowadzenia przemieszczeniowych równań równowagi płyty sandwiczowej; opis sposobu aplikacji teorii oraz dane i wyniki obliczeń dla pięciu płyt sandwiczowych z laminowanymi warstwami zewnętrznymi z różnymi wzmocnieniami laminatu (aramidowymi, grafitowymi, szklanymi, węglowymi itp.).

Teoria belek i płyt warstwowych jest przedmiotem współczesnych badań. Oryginalność modelowania takich konstrukcji polegała na rezygnacji z klasycznej hipotezy Kirchhoffa–Love’a i wprowadzeniu hipotezy „linii łamanej”. Bardzo wnikliwie zbadano właściwości trójwarstwowych konstrukcji (sandwiczowych) o budowie złożonej z lekkiego rdzenia i dwóch cienkich okładzin. Charakteryzuje je ścinanie występujące w rdzeniu i brak tego efektu w okładzinach. Przedmiotowe belki (pasma płytowe) i siedmiowarstwowe płyty stanowią uogólnienie klasycznych konstrukcji trójwarstwowych. Składają się również z rdzenia i dwóch okładzin, przy czym każda z okładzin jest trójwarstwowa. Przedmiotowe konstrukcje wykazują efekt ścinania zarówno w głównym rdzeniu, jak i w okładzinach. W publikacji opisano m.in. różnice właściwości tych konstrukcji w porównaniu z klasycznymi trójwarstwowymi – zwiększenie odporności na działanie obciążeń w zakresie wytrzymałości i stateczności. Warstwowe konstrukcje o cienkościennej strukturze z trzema pofałdowanymi trapezowo rdzeniami są nowatorskimi konstrukcjami ortotropowymi.

Opisano szczegółowo wyprowadzenie równań równowagi statycznej przedmiotowych konstrukcji i ich analityczne rozwiązania, w tym teoretyczne badania zginania i wyboczenia. Uogólniono klasyczną teorię belek i płyt warstwowych. Przedmiotowe konstrukcje o cienkościennej strukturze z pofałdowanymi trapezowo rdzeniami, ułożonymi prostopadle względem siebie, stanowią nowe konstrukcje, których modele matematyczne szczegółowo przedstawiono w kolejnych rozdziałach. Modele te mogą być podstawą do za-projektowania belek i płyt o oczekiwanych właściwościach w zakresie wytrzymałości i stateczności.

Tora Grzegorz
Modelowanie mechanizmu platformowego aktywnego zawieszenia kabiny maszyny roboczej

ISBN   0860-097X
Wydawnictwo: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej

Zębala Wojciech
Modelowanie procesu skrawania

ISBN/ISSN: 978-83-7242-627-7