Twoim problemem jest to, że powszechną NICOŚĆ mylisz z osobistą PUSTKĄ
1. CAx – komputerowe wspomaganie (wszystkiego ;) ).CAD - Computer-Aided Design
CAE - Computer-Aided Engineering (also refers to Computer-Aided Electronics)
FEM: Finite Element Method
CFD: Computational Fluid Dynamics
Multibody simulations
CAID - Computer-Aided Industrial Design (Styling)
CAO - Computer-Aided Optimization
CAT - Computer-Aided Tolerancing (also refers to Computer-Aided Testing)
DMU - Digital Mock-up (cyfrowa makieta).
VR - Virtual Reality
KBE - Knowledge-based Engineering
Są to metody projektowania bazujące na doświadczeniu z podobnych wykonanych projektów w przeszłości. Celem KBE jest zaoszczędzenie czasu o kosztów rozwoju produktu osiągnięte przez ponowne używanie wiedzy i doświadczeń z wcześniejszych prac.
RP, RT, RPT - Rapid Prototyping/Tooling
CAPP - Computer-Aided Process Planning
NC, CNC - Numerically Controlled, Computerized Numerical Control
MES - Manufacturing Execution System
CAM - Computer-Aided Manufacturing (CAPP + CNC + MES)
CAQ - Computer-Aided Quality Assurance (zapewnienie jakości)
ERP - Enterprise Resource Planning
PDM - Product Data Management
PLM - Product Lifecycle Management
2. Metody dyskretyzacji.
Metody dyskretyzacji są sposobem rozwiązania równań różniczkowych lub układów równań różniczkowych (np. opisujących pewne zjawisko fizyczne). Metody dyskretyzacji transformują równania różniczkowe w równania algebraiczne , które mogą być z łatwością rozwiązane przy użyciu komputera. Dyskretność polega na tym, że rozwiązanie jest wyznaczone dla dyskretnych punków w dziedzinie/czasie a wielkości między tymi punktami są interpolowane.
· Metoda różnic skończonych.
Metoda różnic skończonych jest najbardziej bezpośrednią metodą rozwiązywania równań różniczkowych (numerycznie). Idea tej metody polega na zastąpieniu pochodnych występujących w równaniu różniczkowym, przez przybliżone skończone różnice. Dziedzina jest zatem dyskretyzowana, więc rozważane są jedynie wartości szukanej funkcji w dyskretnych punktach (punktach węzłowych). Problem rozwiązania równania różniczkowego jest zatem zredukowany do problemu rozwiązania zestawu równań algebraicznych.
· Metoda ważonych residuów.
Metoda ważonych residuów jest podwaliną metody elementów skończonych oraz metody elementów brzegowych.
Idea tej metody polega na użyciu odpowiedniej próbnej funkcji podejrzewanej o bycie rozwiązaniem równania różniczkowego oraz dalej na regulacji tej funkcji w celu uzyskania najlepszej aproksymacji.
3. Metoda elementów skończonych.W wielu zagadnieniach inżynierskich wymagane jest znalezieniu układu naprężeń i odkształceń w kontinuum sprężystym (np. obliczanie płyt, tarcz i innych elementów 3D). We wszystkich tych przypadkach liczba powiązań pomiędzy dowolnym „skończonym elementem” wydzielonym myślowo a jego otoczeniem jest nieograniczona. Metoda elementów skończonych polega na:
1. dokonanie podziału obszaru rozwiązania na podobszary w postaci prostych geometrycznie elementów, zwykle trójkątów lub prostokątów (czworokątów) dla zagadnienia 2D, albo czworościanów, graniastosłupów lub prostopadłościanów w problemach trójwymiarowych;
2. wybór punktów węzłowych dla wybranego rodzaju elementu, w których określane będą niewiadome wartości wielkości fizycznych. Iloczyn liczby punktów węzłowych i liczby niewiadomych w węźle stanowi wymiar układu równań algebraicznych;
3. wybór funkcji rozkładu niewiadomych wielkości fizycznych w elemencie w zależności od wartości węzłowych;
4. przekształcenie równań różniczkowych do układu równań algebraicznych poprzez zastosowanie funkcji wagowych;
5. ułożenie układu równań algebraicznych dla całego obszaru na podstawie informacji o topologii elementów i węzłów;
6. uwzględnienie w macierzy warunków brzegowych i początkowych poprzez modyfikację współczynników lub eliminację części równań;
7. rozwiązanie układu równań i znalezienie wartości poszukiwanych wielkości fizycznych w węzłach obszaru;
8. dla zagadnień nieliniowych lub niestacjonarnych powtarzanie etapów 6 i 7 aż do uzyskania żądanej dokładności lub osiągnięcia wymaganej liczby kroków czasowych.
R=KU+Fp
gdzie:
R- macierz sił zewnętrznych działąjących na element w węzłach,
K- macierz sztywności elementu,
U- macierz przemieszczeń węzłów,
Fp- macierz sił węzłowych wywołanych odkształceniami
początkowymi np.wpływem temperatury,
Rozwiązanie powyższego równania pozwala otrzymać węzłowe przemieszczenia, a co za tym idzie odkształcenia i naprężenia we wszystkich elementach.
W analizach dynamicznych, należy również uwzględnić momenty bezwładności elementów i efekty tłumienia – co jest uwzględnione w poniższym równaniu:
R=KU+CU+MU+Fp
gdzie:
R- macierz sił zewnętrznych działąjących na element w węzłach,
K- macierz sztywności elementu,
U- macierz przemieszczeń węzłów,
Fp- macierz sił węzłowych wywołanych odkształceniami
początkowymi np.wpływem temperatury,
M- macierz mas,
C- macierz tłumienia,
Funkcje kształtu interpolują przemieszczenia wewnątrz elementu ue bezpośrednio z wartości przemieszczeń węzłowych.
Dla powyższego elementu gdzie x=x-x1 mierzone na kierunku osiowym od lewego
węzła 1, funkcje kształtu przyjmują postać:
Macierz sztywności dla jednorodnego, pryzmatycznego elementu belkowego o stałej sztywności (element 2-węzłowy):
4. Metoda elementów skończonych analizy nieliniowe.W analizach liniowych przyjęto, że odkształcenie elementu mieści się w obszarze zastosowania prawa Hooka – relacja między obciążeniem a odkształceniem jest liniowa F=KU. Sztywność jest linowo elastyczna, odkształcen ie jest takie że nie powoduje odkształceń plastycznych lub złamania elementu.
Zazwyczaj jednak F=/ KU.
Typowe źródła nieliniowości w analizie:
v Nieliniowości materiałowe:
Gdy naprężenia osiągają wartości spoza zakresu elastycznego, zachowanie materiałów można podzielić na 2 główne klasy:
o Niezależne od czasu
§ zachowanie elasto-plastyczne – dotyczy większości materiałów ciągliwych
§ zachowanie hiper-elastyczne – gumy i elastomery, np. model materiałowy Mooney-Rivlin, Neo-Hookean.
o Zależne od czasu (płynięcie materiału – relaksacja (temp. Może mieć na to wpływ – kleje), wiskoplastyczność – elastyczność+wiskotyczność np. szkło i tworzywa sztuczne, wiskoplastyczność – pełzanie + plastyczność).
· Nieliniowości geometryczne (duże deformacje, duże odkształcenia, wyboczenia)
Na sztywność składają się : sztywność materiałowa, sztywność wynikająca z naprężeń wstępnych oraz sztywność geometryczna – dodatkowa sztywność wynikająca z nieliniowej charakterystyki odkształcenie-przemieszczenie.
Rozwiązywanie tak sformułowanego problemu polega na stopniowym zwiększaniu obciążenia w małych krokach postępowych symulacji i wyznaczaniu przyrostu przemieszczeń oraz sztywności. Możliwe metody:
ü Total Lagrangian metod – odnosi wszystkie wartości do oryginalnego kształtu geometrii, np. adekwatna do dużych odkształceń elastycznych, pełzania, naprężenia termiczne.
ü Updated Lagrangian metod – współrzędne siatki ES są aktualizowane wraz z każdym krokiem postępowym symulacji ( adekwatna do dużych nieelastycznych odkształceń, np. formowanie elementów z metalu).
ü Eulerian metod – siatka ES jest unieruchomiona w przestrzeni, a materiał przepływa przez nią (adekwatna do symulowania procesu wytłaczania elementów oraz do symulacji mechaniki płynów.)
· Nieliniowości związane z warunkami brzegowymi (kontakt, otwieranie i zamykanie luk, siła podążająca).
Ze swojej natury kontakt jest nieliniowym warunkiem brzegowym. Podczas kontaktu obciążenia mechaniczne oraz cieplne są przekazywane przez powierzchnie kontaktu. Jeżeli obecna jest siła tarcia w kontakcie siły ścinające na styku powierzchni są przekazywane. W preprocessingu symulacji należy zatem przewidzieć miejsca możliwego kontaktu aby w każdej iteracji algorytm sprawdzał wystąpienie kolizji – możliwe jest zdefiniowanie kontaktu ciała z samym sobą.
Analizy uwzględniające nieliniowości są bardziej złożone od analiz liniowych. Zasada superpozycji nie obowiązuje. Inżynier musi przewidzieć możliwe źródła nieliniowości w modelu:
· Odkształcenia przestają być małe (np. gumy, elastomery – duże odkształcenia i wymagają analiz nieliniowych).
· Relacja odkształcenie przemieszczenie nie jest liniowa (np. duże obroty elementu przy małym przemieszczeniu.)Zmiany w kształcie podczas analizy nie mogą być pomijane. (np. wybocznie).
· Relacja odkształcenie – naprężenie może stać się nieliniowa (nawet w zakresie dopuszczalnych naprężeń, jest tak np. dla gum, elastomerów, metali).
· Z powodu zmian geometrycznych może zajść potrzeba aktualizacji macierzy sztywności (F=/KU).
2 najczęściej używane metody iteracyjnego rozwiązywania równań równowagi:
· FULL NEWTON-RAPHSON – metoda aktualizuje i rozwiązuje macierz sztywności w każdym kroku iteracji symulacji.
· Modified Newton-Raphson.
Hipotezy wytrzymałościowe:
Uproszczenie wieloosiowego stanu naprężenia do wielkości skalarnej. Popularne hipotezy wytrzymałościowe:
Hubera/von Missesa – odkształcenie plastyczne występuje gdy naprężenia zredukowane (wieloosiowy stan naprężenia), będą równe granicy plastyczności dla jednoosiowego rozciągania materiału.
Tresca - odkształcenie plastyczne występuje gdy maksymalne naprężenia ścinające (wieloosiowy stan naprężenia), będą równe/> granicy plastyczności dla jednoosiowego rozciągania materiału.
5. Metoda układów wieloczłonowych.
Analiza typu MULTIBODY jest używana do modelowania dynamicznego zachowania połączonych ze sobą ciał sztywnych (lub elastycznych), z których każde może być poddane dużym przemieszczeniom i rotacjom.
Podczas gdy pojedyncze obiekty lub części mechanicznego systemu poddawane są wnikliwym analizom z użyciem FEM, zachowanie całego systemu wieloczłonowego jest często analizowane z wykorzystaniem netody MULTIBODY, np.:
1. Inżynieria lotnicza (analiza ruchu helikoptera, symulacja lądowania – wyznaczenie obciążeń, zachowanie w różnych warunkach grawitacyjnych).
2. Biomechanika.
3. Symulowanie przekazania napędu – skrzynie biegów, łańcuchy – paski.
4. Symulowanie dynamiki zawieszenia samochodowego.
5. Robotyka – wyznaczenie wymaganych momentów generowanych przez napędy członów.
1. Analiza modalna.
2. Analiza odpowiedzi drgań wymuszonych w stanach nieustalonych.
3. Analiza odpowiedzi widmowej.
4. Analiza odpowiedzi częstotliwościowej.
5. Analiza odpowiedzi układu na wymuszenie przypadkowe.
Stopnie swobody – liczba niezależnych współrzędnych potrzebnych do jednoznacznego opisu przedmiotu w przestrzeni. Dla bryły sztywnej: 3 translacje i 3 obroty.
Warunki ograniczające (constraint condition) – poprzez nałożenie więzów pomiędzy kolejnymi członami będącymi w interakcji wprowadza się ograniczenia w ilości stopni swobody układu. Symulacji układu można dokonać jedynie gdy DOF = 0.
Do określenia dynamicznego zachowania systemu wykorzystywane są równania ruchu.:
q- współrzędne uogólnione, dla brył sztywnych :
M(q) – macierz mas (może zależeć od współrzędnych uogólnionych).
C – reprezentuje warunki więzowe,
Cq- pochodna warunków ograniczających w odniesieniu do współrzędnych, wykorzystywana do nakładania sił reakcji w więzach.
Qv – jest wykorzystywany do uwzględnienia siły Coriolisa i odśrodkowej w równaniach ruchu
6. Metody optymalizacji.Przystępując do procesu optymalizacji należy określić:
· Zmienne optymalizacji (jaka wielkość może być zmieniana, w jakim limicie?)
· Przewidywana Odpowiedź (jaki efekt optymalizacji będzie zadowalający?)
· Minimalizowany parametr (jaką wielkość należy minimalizować?)
· Ograniczenia (jakie są limity dla Przewidywanej Odpowiedzi? - np. należy przewidzieć niezmienność rozstawu otworów, które współpracują z innymi członami, „Manufacturing Constraints – np. wytłaczanie stałego przekroju).
ü Sizing optimization (wielkości) –
...