Analiza funkcjonalna, obliczenia inżynierskie, optymalizacja

Metoda elementów skończonych

Metoda elementów skończonych jest procedurą numeryczną, która może być używana do modelowania zachowania układów konstrukcyjnych, termicznych i innych. Dokonuje ona tego poprzez redukcję różniczkowych równań cząstkowych dla układu do zbioru liniowych równań algebraicznych. Równania te są następnie rozwiązywane przy użyciu procedur w algebrze liniowej, które są dobrze opanowane.

Dla większości rzeczywistych układów, rozwiązania dokładne problemów inżynierskich nie są dostępne. Wraz z postępem w dziedzinie komputerów i metod numerycznych, które wykorzystują wielką moc obliczeniową najnowszych systemów komputerowych, metoda elementów skończonych stała się bardzo wydajnym narzędziem do modelowania zachowania różnych układów. Zanim nie nastąpił rozwój technologii komputerowej, wiele z tych układów mogło być zamodelowane tylko przy użyciu metod przybliżonych.

Gdy metoda elementów skończonych jest stosowana numerycznie do układu ciągłego [jak większość rzeczywistych układów w przyrodzie], to układ taki musi zostać zdyskretyzowany [podzielony na obiekty] do elementów, z którymi można się uporać metodami numerycznymi. Proces podziału układu na elementy jest powszechnie znany jako tworzenie siatki [meshing]. Wybór elementów jest dowolny i dlatego dla tego samego układu istnieje nieskończona liczba siatek, które mogą być użyte przez różnych analityków.

Zalety Creo Simulate

Oprogramowanie PTC Creo Simulate używa do obliczeń swoich rozwiązań elementów skończonych „typu p” [generator AutoGEM]. Jedną z kluczowych zalet elementów skończonych „typu p” jest to, że pozwalają one na adaptacyjność rozwiązania bez wymaganego zagęszczania siatki. W przypadku standardowych elementów skończonych „typu h”, po uzyskaniu rozwiązania, jedynym sposobem poprawy jego jakości jest powtarzanie obliczeń przy użyciu gęstszej siatki – proces ten jest powszechnie odbierany jako czasochłonny, złożony i problematyczny na kilka sposobów. W przeciwieństwie do nich, w przypadku elementów „typu p”, używane do przybliżenia rozwiązania maksymalne rzędy wielomianu funkcji kształtu w miarę potrzeb mogą być zwiększone lokalnie. Proces rozwiązywania może być następnie powtórzony na tej samej siatce z nowymi zwiększonymi rzędami wielomianu. Taki krok adaptacyjności [często zwany w programie Creo Simulate przejściem – pass] może być powtarzany, w razie potrzeby, w celu osiągnięcia nawet większej dokładności.

PTC Creo Simulate używa wersji p metody elementów skończonych i jest w pełni "adaptacyjny". Wersja p reprezentuje przemieszczenia lub temperatury wewnątrz każdego elementu, używając jako funkcji kształtu wielomianów wysokiego rzędu, w przeciwieństwie do funkcji liniowych, a czasami kwadratowych lub sześciennych używanych w konwencjonalnych elementach skończonych [wersja h]. Pojedynczy element geometryczny może reprezentować bardziej złożony stan odkształcenia lub temperatury niż pojedynczy, konwencjonalny element skończony. Użycie elementów wyższego rzędu prowadzi do przyrostu wymiarów macierzy elementu i w konsekwencji wymagana jest większa liczba obliczeń, ma jednak tę zaletę, że do uzyskania tego samego stopnia dokładności wymagana jest mniejsza liczba elementów wyższego rzędu. Innymi słowy, aby określić czy rozwiązanie jest zbieżne, może wystarczyć wykonanie tylko jednej analizy. Ponadto, użycie elementów wyższego rzędu daje bardziej dokładne wyniki w zastosowaniach gdzie gradient przemieszczenia nie może być przybliżony przez wielomiany niższego rzędu.

Intergralność modułów konstrukcyjnych i symulacyjnych oprogramowania PTC Creo pozwala na bardzo elastyczną i efektywną pracę konstruktora, szczególnie na etapie wdrażania nowych projektów przemysłowych. Wdrożenie aplikacji z rodziny PTC Creo Simulate ma jeszcze jedną dużą zaletę – nie wymaga zaawansowanej wiedzy matematycznej i wieloletniego doświadczenia, co jest standardem w przypadku zastosowań typowych narzędzi MES. Może więc z nich korzystać każdy inżynier w rozwiązywaniu codziennych zadań obliczeniowych i optymalizacyjnych.

Creo Simulation Live

Creo Simulation Live to pierwsze na rynku narzędzie umożliwiające przeprowadzenie symulacji MES w czasie rzeczywistym, bezpośrednio w trakcie projektowania.

Firmy PTC i ANSYS nawiązały współpracę, która zaowocowała wprowadzeniem technologii ANSYS Discovery Live w Creo 4.0 | 5.0 | 6.0. ANSYS Discovery Live to innowacyjne podejście do procesu symulacji, które dzięki wykorzystaniu do obliczeń procesora karty graficznej [GPU] pozwala monitorować wyniki symulacji w czasie rzeczywistym.Konstruktorzy mogą teraz na bieżąco analizować wpływ wprowadzanych zmian na projektowany model, bez konieczności czasochłonnego oczekiwania na dane. Dotychczas przeprowadzanie analiz MES wymagało potężnej mocy obliczeniowej. Creo Simulation Live korzysta z innowacyjnej technologii solvera, opracowanej przez firmę ANSYS. Wykorzystanie do obliczeń równoległego przetwarzania na procesorze graficznym [GPU] zamiast na standardowym procesorze sprawia, że komputer nie traci wydajności, ponieważ moc obliczeniowa pochodzi z karty graficznej.

Zalety Creo Simulation Live

• dostęp do wyników symulacji na bieżąco
• sprawniejszy i bardziej efektywny proces projektowania
• natychmiastowa reakcja na zmiany właściwości fizycznych modelu, edycję geometrii itp.
• wygodna praca w znanym środowisku, na znanym interfejsie
• zintegrowane możliwości zaawansowanego rozwiązywania zagadnień
• analiza w kilka minut - bez konieczności przygotowania geometrii, tworzenia siatki i długiego czekania na wyniki
• wiarygodna symulacja już po zdefiniowaniu kilku podstawowych parametrów
• narzędzie nie wymaga wysoce specjalistycznej wiedzy z zakresu analizy elementów skończonych
• zredukowany koszt zaawansowanych analiz
• wykrywanie problemów na wczesnym etapie projektowania
• pewność, że narzędzie dostarcza dokładne dane, a decyzje projektowe są oparte na wiarygodnych analizach
• łatwiejsze i mniej kosztowne usuwanie błędów w projekcie

Creo Simulate | Creo Simulation Extension

Pakiet daje możliwość prowadzenia:

• analiz statycznych - w zakresie liniowym charakterystyk materiałowych [zagadnienia kontaktowe]
• analiz modalnych - częstotliwości i postacie drgań własnych
• analizy wyboczenia – ściskanie elementów „smukłych” [bryłowych lub powłokowych]
• analizy wrażliwości [Sensitivity Studies] – ocena wpływu poszczególnych wymiarów geometrycznych i parametrów na wyniki analiz
• analiz wykonalności i optymalizacji [Feasibility,Optimization] – poszukiwania optymalnych rozwiązań w ramach zadanego kryterium np. najmniejsza masa przy uwzględnieniu nieprzekraczalnych naprężeń czy odkształceń; proces optymalizacyjny mogą również definiować takie parametry jak: częstotliwość, temperatura, gradienty temperatury, strumień ciepła i inne
• wizualizacja wyników analiz za pomocą wykresów, map naprężeń, odkształceń, map temperatury, itp.

Creo Advanced Simulation Extension

Jest pakietem rozszerzającym możliwości analiz dostępnych w pakiecie Creo Simulate | PTC Creo Simulation Extension.

Dodatkowe funkcjonalności Creo Advanced Simulation Extension:

• naprężenia i odkształcenia przy dużych deformacjach modelu [nieliniowość geometryczna, nieliniowość materiałowa: hipersprężystość, materiały ulegające uplastycznieniu], Inertia Relief - odkształcenia bryły swobodnej
• analizy modalne i statyczne modelu ze zdefiniowanymi naprężeniami wstępnymi
• analizy dynamiczne: czasowa, częstotliwościowa, impulsowa, stochastyczna
• analizy termiczne materiałów w stanie nieustalonym

Dowiedz się więcej o Creo Simulate:

• PTC Creo Simulate [informacje na stronie PTC]
• Simulation Capabilities in Creo - broszura [ENG]
• Creo Simulate - broszura [ENG]