12130004 | Jaarboeke 2017 | Universiteit van Pretoria
Program: BIng Meganiese Ingenieurswese
12130004 Fakulteit Ingenieurswese, Bou-omgewing en Inligtingtegnologie Duur van studie: 4 jaar Totale krediete: 576
Let wel: Vir die Lugvaartkunde-opsie moet die onderwerpe van beide die Projek- en Ontwerp-module lugvaartverwant wees.
Studente wat nie SWK 122 Meganika 122 in hul eerste studiejaar geslaag het nie, kan die module in die eerste semester van die daaropvolgende jaar neem.
Kommunikeer effektief, beide mondelings en op skrif, met ingenieursgehore en die breër gemeenskap. Geskrewe kommunikasie deur middel van toepaslike strukture, moderne of elektroniese kommunikasiemiddele; styl en taal vir die doel en die gehoor; gebruik effektiewe grafiese ondersteuning; gebruik inligtingsverskaffingsmetodes wat deur ander betrokke by ingenieurswese gebruik gaan word; voldoen aan die vereistes van die gehoor. Effektiewe mondelinge kommunikasie deur middel van die toepaslike struktuur, styl en taal; toepaslike visuele materiaal, kom vloot oor; voldoening aan die vereistes van die gehoor. Gehore kan wees mede-ingenieurs, bestuur en ander wat toepaslike akademiese of professionele diskoers gebruik. Getikte verslae strek tussen kort (300-1000 woorde plus diagramme) tot lang (10 000 tot 15 000 woorde plus tabelle, diagramme, verwysings en aanhangsels) wees en dek materiaal op uittreevlak. Metodes om inligting te verskaf sluit die bekende metodes in die dissipline is, byvoorbeeld ingenieurstekeninge en vakspesifieke metodes. Plagiaatbeleid en implikasies.
Analise van staties-bepaalbare strukture om dwarssnitkragte, momente en spanningsverdelings te verkry. Dunwandige drukvate. Spannings- en vervormingstransformasies. Inleiding tot die spanningstensor. Afleiding van die spanningstransformasie vergelykings. Eiewaarde/vektoranalise van hoofspannings en vervormings. Mohr se sirkel. Falingskriteria. Vermoeidheidsterkte-ontwerp. Alle analisetegnieke hierbo word toegepas op die oop-uitkomste-ontwerp van komponente soos balke en aste.
Voorgeskrewe praktykopleiding in die bedryf gedurende of aan einde van tweede studiejaar. Die doel is blootstelling aan ingenieurstoerusting en -prosesse, werksomgewing van vakmanne en personeelverhoudinge. Duur minstens ses weke. Voer gevallestudie oor personeelbestuur uit en dien in saam met 'n bevredigende verslag oor die praktykopleiding binne een week na registrasie by die Fakulteits- administrasie. Bywoning van twee (2) industriebesoeke in die eerste semester en twee (2) industriebesoeke in die tweede semester. Bywoning van ten minste ses (6) lesings deur gassprekers deur die loop van die jaar.
Die Derde Wet van Termodinamika: beskikbaarheid en nuttige werk. Ideale en werklike gasse. Samedrukbare stroming: behoudswette, karakteristieke van samedrukbare stroming, normale skokgolwe, mondstukke en diffusors. Kragsiklusse: klassifikasie, binnebrandenjinsiklusse (Otto en Diesel), dampsamedrukkingsiklusse (Brayton, Rankine), verkoelingsiklusse (Omgekeerde Carnot, Omgekeerde Brayton, ammoniak absorpsie) en hittepompsiklusse. Mengsels van gasse: ideale gasmengsels, water/lug mengsels en –prosesse (psigrometrie). Verhitting –en verkoelingslas berekenings, basiese verkoelings en -lugversorgingstelsels. Verbranding: brandstowwe, lug-brandstof verhoudings, verbrandingshitte, verbranding in binnebrandenjins.
Elektriese ingenieurswese 221
Oorgangsverskynsels in RC, RL en RLC stroombane: natuurlike respons en traprespons. Wisselstroom- (WS) stroombane: fasors, impedansies en drywing in WS-stroombane. Die toepassing van Ohm se wet, Kirchoff se stroomwet, matriksmetodes en Thevenin- en Norton-ekwivalente vir sinusvormige gestadigdetoestand-analises. Driefasestroombane: gebalanseerde driefasestroombane, ster-delta-konfigurasies en berekening van driefasedrywingsoordrag. Magnetiesgekoppelde stoombane: wedersydse induktansie, koppelfaktor, transformators, ideale transformators en outotransformators. Toepassing van stroombaanteorie op 'n induksiemotor: basiese beginsels van induksiemotors, ekwivalente stroombaan en analise daarvan, berekening van drywing en wringkrag deur die toepassing van Thevenin se wet. Sinoptiese inleiding tot ander tipes motors.
Inleiding tot kontinuummeganika. Kinematika van vervorming en die vervormingstensor. Lagrange- en Euler-beskrywings. Die spanningstensor en ewewigsvergelykings. Hooke se wet vir isotropiese materiale. Sterk vorm van die grenswaardeprobleem van sterkteleer. Swak vorm van die grenswaardeprobleem. Afleiding van die eindige element vergelykings deur middel van geweegde residue. Ontwikkeling van 2D-elemente.
Oop-uitkomste-substelselontwerp met gebruikmaking van die volgende elemente: Balke, aste, boute, laers, klinknaels, sweisnate, vere, koppelings, koppelaars, remme, ratte en ratstelsels. Statiese en vermoeidheidsontwerpbeginsels. Kode-ontwerp: Drukvate, struktuurstaalontwerp, hysstelsels en toue, sweiskode (SANS).
Staties bepaalbare kragstelsels. Staties bepaalbare spanningstelsels. Spanningsvervormings-verwantskappe. Staties onbepaalbare spanningstelsels. Torsie. Buigspanning, helling en defleksie van balke. Staties onbepaalbare balke. Energiemetodes. Knikkingonstabiliteit. Spannings- en vervormingstransformasies. Eksperimentele vervormingmeetmetodes. Vloeikriteria en spannings-konsentrasies. Elementêre platisiteit. Breukmeganika. Vermoeidheid. Variëring van spanning en vervorming. Dikwandige silinders.
Vibrasie en geraas 320
Inleiding tot vibrasie: basiese konsepte, klassifikasie, modeleringselemente. Enkelvryheidsgraadstelsels: ongedempte en gedempte vryvibrasie, ongedempte en gedempte harmoniese beweging, nie-periodiese opwekking, numeriese integrasie. Multivryheidsgraadselsels: diskretisering, eieprobleem, koördinaatkoppeling. Vibrasiebeheer: balansering, isolasie, absorbeerders. Vibrasie en klankmeting: seinanalise, modale toetsing, vibrasiemonitering. Kontinuumstelsels: snaar, staaf, stang. Klank en geraas: karakteristieke, meting, wetgewing.
Simulasiegebaseerde ontwerp 323
Berekeningsdinamika van meganismes, koppelinge/stange en nokke. Strukturele berekenings-analise met gebruikmaking van eindige element sagteware. Stelselingenieurswese en funksionele analise. Oop-uitkomste- multidissiplinêre ontwerp en ontwerpverbetering van produkte en stelsels.
Inleiding: Vloeistowwe en gasse, druk, viskositeit, temperatuur, warmte. Inleiding tot Navier-Stokes- en kontinuïteitsvergelykings. Definisies en eienskappe van vloeiers, vloeierstatika, vloeierdinamika, Bernoulli-vergelykings. Vloeimetings. Dimensionele analise: krag, sleur, Reynolds-getal, kragkoëffisiënt, drywing. Stroming in pype en kanale: wrywingskoëffisiënt en Reynolds-getal, drukval; laminêre, turbulente en oorgangstroming, stroming oor liggame: sleur en hefkrag. Eksperimentele tegnieke in vloeiermeganika. Inleiding tot basiese termodinamiese warmte-oordragkonsepte, geleiding (gestadigde en ongestadigde toestande), vinne, toepassings.
Inleiding tot kontinuummeganika, kontinuiteitsvergelyking, momentumvergelyking, Navier-Stokes vergelyking, energievergelyking, randvoorwaardes in termiese vloeistelsels, eindige verskil metode, inleiding tot eindige volume metode (EVM), EVM vir diffusieprobleme, EVM vir konveksie-diffusie probleme, inleiding tot druk-volume koppeling in EVM. SIMPLE algoritme, seleksie en assessering van die toepaslikheid en beperkings van die metode, korrekte toepassing van die metode met kommersiële sagteware, kritieke evaluasie en assessering van resultate.
'n Omvattende ontwerp wat al die ontwerpaspekte van funksionaliteit, analise, vermoë om te integreer, vervaardigbaarheid en instandhoubaarheid dek. Koste en betroubaarheid is faktore wat ook ingesluit word.
Die module behels die bestuur van die uitvoering van 'n projek wat kennis en begrip van 'n spesifieke verskynsel genereer, spesifieke gevolgtrekkings maak en 'n aanbevole plan van optrede daarstel. Die projek word onderneem onder die toesig van 'n personeellid terwyl die student verantwoordelikheid vir die bestuur en uitvoering van die projek aanvaar. Hierdie module volg op MSC 412 en behandel dieselfde onderwerp in dieselfde jaar. Die student behoort vaardigheid te toon in die ontwerp en uitvoer van navorsing en die uitvoering van eksperimente en die nakoming van goed gedefinieerde tydlyne of projekskedules en afhandeling van werk volgens ‘n werkverdelingstruktuur. 'n Aanvaarbare proses bestaan uit, maar is nie beperk tot: (a) die verstaan van die probleem (b) die ontwikkeling van ‘n werkverdelingstruktuur,(c) die uitvoer van die nodige analises; (d) die kies en gebruik van toepaslike toerusting of sagteware; (e) die bou en instrumentering van 'n eksperimentele opstelling; (f) neem van metings; (g) die analisering en interpretasie van data en die maak van afleidings uit die data; (h) die maak van gevolgtrekkings op grond van die resultate; (i) die kommunikasie van die doel, proses en uitkomste in 'n tegniese verslag, voorlegging en ‘n plakkaataanbieding.
Navier-Stokes en kontinuïteitsvergelykings, Euler-vergelykings, momemtum- vergelykings. Geleiding in twee dimensies. Gelykvormigheid en dimensionele analise. Konveksie: geforseerde en natuurlike konveksie (ekstern en intern). Verdamping en kondensasie. Termiese straling. Hitteruilers: klassifikasie, parrallelle en teengestelde stroming hitteruilers; dubbelverby-, multiverby- en kruisstroom-hitteruilers; LMTD metode, Effektiwiteit-NTU-metode, seleksie van hitteruilers. Eksperimentele tegnieke in warmte- oordrag.
Gedurende of aan die einde van die derde studiejaar deurloop studente in Meganiese Ingenieurswese voorgeskrewe praktykopleiding in die bedryf. Die doel is uitvoering van klein projekte op ingenieursassistentvlak met blootstelling aan die verskeidenheid funksies in die organisasie wat daarmee verband hou. Die duur is minstens ses weke. 'n Gevallestudie oor beroepsveiligheid moet in hierdie tydperk gedoen word en saam met ‘n bevredigende verslag oor die praktykopleiding binne een week na registrasie, by die departement ingedien word. Bywoning van twee (2) industriebesoeke in die eerste semester en twee (2) industriebesoeke in die tweede semester. Bywoning van ten minste ses (6) lesings deur gassprekers deur die loop van die jaar.
Die module behels die bestuur van die uitvoering van 'n projek wat kennis en begrip van 'n spesifieke verskynsel genereer, spesifieke gevolgtrekkings maak en 'n aanbevole plan van optrede daarstel. Die projek word gedoen onder die toesig van 'n personeellid terwyl die student verantwoordelikheid vir die bestuur en uitvoering van die projek aanvaar. Die student behoort vaardigheid te toon in die ontwerp en uitvoer van navorsing en die uitvoering van eksperimente en die nakoming van goed gedefinieerde tydlyne of projekskedules en afhandeling van werk volgens ‘n werkverdelingstruktuur. 'n Aanvaarbare proses bestaan uit, maar is nie beperk tot: (a) die beplanning en doen van navorsing en die uitvoering van eksperimente; (b) die uitvoering van 'n literatuursoektog en kritiese evaluering van materiaal. Die student behoort vaardigheid te toon in die betrokkenheid met onafhanklike leer deur middel van goed ontwikkelde vaardighede deur: (a) die besinning oor eie leer en die bepaling van leervereistes en -strategieë; (b) die verkryging en evaluering van inligting; (c) die bepaling van leervereistes en strategieë; (d) die verkryging, begrip en toepassing van kennis wat verkry word buite formele onderrig; (e) die kritiese evaluering van aannames en die ontwikkeling van nuwe denke asook gereelde verslagdoening oor vordering.
Termo- en vloeiermasjiene 420
(i) Termodinamika: Inleidende termodinamika m.b.t. drywingskringlope. Energiestelsels en -beskouings, energie-omsetting. Kernkrag.
(ii) Stoomontwikkelaars: werkvloeiers, vlamketels, waterpypketels, hitteruilerketels, drywingskernreaktore. Voerwater. Industriële gebruike van stoom.
(iii) Verbrandingstegniek: tipes brandstowwe (olie, steenkool, gas), verbrandingsmetodes daarvan. As en die eienskappe daarvan. Lugbesoedeling.
(iv) Stoomwerktuie: turbomasjienteorie; tipes turbines – eienskappe en gebruike. Lemme, rotors, afdigting, balansering. Parallelle bedryf van turbogenerators in ‘n kragnetwerk.
(v) Binnebrandenjins: Vonkontsteking en drukontsteking.
(i) Klassifikasie: kinetiese en positiefverplasende pompe en kompressors. Onsamedrukbare en samedrukbare vloei. Pomp-, kompressor- en waaierteorie.
(ii) Toerusting: werking, eienskappe, kenkrommes en gebruike van bekende pompe en kompressors.
(iii) Toepassings: spesifieke spoed, kavitasie, waterslag. Pompskakelings; pypstelselskakelings. Pomp van vaste stowwe. Druklugstelsels.
(iv) Turbomasjiene; turbomasjienteorie. Impuls- en reaksieturbines. Analitiese ontledings. Kenkrommes; toepassings; inskakeling van hidroturbines by kragstelsels.
Inleiding tot beheersisteme. Modellering van dinamiese stelsels. Oordragfunksies. Blok diagramme en -diagramalgebra. Linearisering van nie-lineêre stelsels. Steuringseine. Gestadigde toestand akkuraatheid. Beheerstelselkarakteristieke. Ontleding van beheersisteme m.b.v. Laplace-transformasies. Wortellokusse. Bodediagramme. Ontwerp van kompenseerders met behulp van bodediagramme en wortellokus-ontwerptegnieke. Inleiding tot gemonsterde beheerstelsels. Die Z-transform. Implementering van beheerders op 'n rekenaar. Beheerlaboratorium.
Inleiding tot elemente van rekenaargesteunde ontwerp. Formulering van die optimum ontwerpprobleem. Konsepte in optimering. Lineêre en diskrete programmerings-metodes. Numeriese metodes vir gebruik op beperkte en onbeperkte optimum ontwerp. Model reduseringstegnieke. Toepassing op interaktiewe en praktiese ontwerp-optimering.
Numeriese metodes 420
Oplos van stelsels lineêre algebraïese vergelykings. Gebruik van beide iteratiewe en direkte metodes word behandel. Oplossings word toegepas op klein- en grootskaalse stelsels. Oplossing van stelsels nie-lineêre vergelykings. Eiewaardeprobleme. Numeriese benaderingstrategieë. Numeriese integrasie en differensiasie. Numeriese oplossing van beginwaardeprobleme vir gewone differesiaalvergelykings, randwaardeprobleme vir gewone differensiaalvergelykings en parsiële differenisiaalvergelykings.
Basiese kernfisika: definisies en konsepte (kernreaksie, bindingsenergie, dwarssnit, regulateur, reflektor, ens.). Basiese reaktorfisika: diffusievergelyking en randwaardes, groepdiffusiemetodes, reaktorkinetika. Tipe reaktors: drukwaterreaktors, kookwaterreaktors, gasverkoeldereaktors. Kernbrandstofsiklus (insluitende kernafval). Reaktormateriale: brandstof, remstof, koelmiddels, reflektors, strukture, sisteme of komponente. Reaktorveiligheid: biologiese effekte van straling, stralingafskerming, beginsels van kernveiligheid onder meer met verwysing na meteorologie. Ongelukke.
Poreuse vloei 420
Vloei deur poreuse media is relevant tot verskeie toepassings, byvoorbeeld binnebrandenjins, termiese isolasie, verkoeling van elektroniese komponente, filtrering, beweging van water in geotermiese reservoirs, hittepype, ondergrondse verspreiding van chemiese afval, stoor van kernafval, geotermiese ingenieurswese, stoor van graan, verbeterde benutting van petroleumreservoirs en biologiese wetenskappe. Inleiding tot die fisiese modelle wat gebruik word in die studie van vloei en warmteoordrag in poreuse media. Verstaan van oordragmeganismes.
Inleiding tot lugdinamika en lugvaartkunde. Basiese fisiese groothede van ’n vloeiende gas. Toestandsvergelyking. Anatomie van ’n vliegtuig. Atmosferiologie. Basiese lugdinamika. Basiese samedrukbare stroming. Die Kutta-Joukowski-teorema. Inleiding tot viskeuse stroming. Laminêre en turbulente grenslae. Grenslaagsleur. Wegbreking. Draagvleuelnomenklatuur. Hefkrag-, sleurkrag-, en moment- koëffisiënte. Druk koëffisiënte. Draagvleueldata. Vlerkeienskappe. Sirkulasie, afstroom, en geïnduseerde sleurkrag. Spaneffektiwiteit. Staking. Hoë-hefkragstelsels. Sleurkrag. Skroefteorie. Basiese vliegtuig- en vlugwerkverrigting. Reikafstand, uithouvermoë, en loonvrag. Basiese statiese stabiliteit en beheer.
Bande: Konstruksie, kragte en momente, sykragopwekking, rolweerstand, dinamiese eienskappe, kragslot, glip, sagte terrein karakteristieke. Werkverrigting: bewegingsvergelykings, vraag en aanbod, kragte wat op ‘n voertuig inwerk, voorspelling van maksimum spoed, versnelling, remvermoë, hellingklimvermoë en brandstofverbruik. Voertuigsuspensiestelsels: konsepte, kinematika, dinamiese karakteristieke. Ritgemak: vere, dempers, suspensie modelle, die mens se ervaring van vibrasie. Hantering: stuurstelsels, lae-spoed-hantering, gestadigde-toestandhantering, dinamiese hantering, oor- en onderstuur, hanteringstoetse.
Sensors: limietskakelaars, enkodeerders, termokoppels, rekstrokies, CCD-kameras, verskeie sensors. Aktueerders: elektriese motors, pneumatiese en hidrouliese aktueerders, vormgeheue-allooie. Seinverwerking: komponent-interverbindings, versterkers, analoogfilters, modulators en demodulators, analoog-na-digitale omskakeling, monster-en-hou stroombane, multipleksers, sagteware en hardeware implementering van digitale filters en Wheatstone-brug. Beheer: H-brug en pulswydtemodulasie motorbeheer, stapper motors, nie-lineêre beheer van hidrouliese en pneumatise aktueerders, PLC’s, SCADA-stelsels, industriële veldbus, mikroprosesseerderbeheer.
Warmte- en massaoordrag 420
Konveksievewantskappe; konveksie, verdamping en termiese straling. Warmteruilers: tipes, hergenerators en ontwerp. Massaoordrag: Fick se wet, massadiffussie, massakonveksie, gelyktydige warmte- en massaoordrag, poreuse katalisators. Hoë massaoordragtempo-teorie. Massaruilers.
Hierdie module behels ’n omvattende studie van alle meganiese stelsels en prosesse van ’n fossielbrandstofkragstasie. Analise van stoomsiklusse, gekombineerde siklus kragopwekking, brandstowwe en verbranding, stoomgenerators en turbines, kondensators, voerwater en sirkulerende waterstelsels, steenkool- en ashantering, kompressorinstallasies, waterbehandeling, die belangrikheid van verhitting, ventilasie en lugreëling, beheer en instrumentasie, beheerfilosofieë en omgewingsoorwegings.
Inleiding: Definisie en oogmerke, statistiese konsepte. Wiskunde van failure: betroubaarheidsbeginsels. Pas van verdelings op lewensduurdata. Instandhoudingsbestuur: investeringbesluitneming, winsimpak van instandhouding. Instandhoudingstruktuur: voorkomend, tydgebaseer, toestandgebaseer, korrektief, uit-ontwerp. Data-analise: hernuwing, herstelbare stelsels, Laplace-tendenstoets, analise-metodiek. Optimering van instandhoudingstrategieë: Vervangings-/opknappingsouderdom, inspeksiefrekwensie, kapitale vervanging, simulasie. Betroubaarheidsgebaseerde instandhouding (BGI). Instandhoudingstelsels: komponente, struktuur, rekenaarmetodes. Tribologie: wrywingswette, smeringteorie, kontaminasiebeheer. Instandhoudingspraktyk: stelselbenadering, bestuursbenadering, modellering.