1. Home

Analiza metodą elementów skończonych

Analiza metodą elementów skończonych (MES) polega na wirtualnym modelowaniu i symulowaniu produktów i złożeń pod kątem ich parametrów strukturalnych, akustycznych, elektromagnetycznych i cieplnych. Analiza MES stanowi praktyczne zastosowanie metody elementów skończonych.

Na czym polega analiza metodą elementów skończonych?

Analiza metodą elementów skończonych polega na modelowaniu produktów i układów w środowisku wirtualnym w celu wykrycia i rozwiązania potencjalnych problemów z działaniem produktu. Analiza MES stanowi praktyczne zastosowanie metody elementów skończonych i jest używana przez inżynierów oraz naukowców do matematycznego modelowania i numerycznego rozwiązywania złożonych problemów konstrukcyjnych, akustycznych, elektromagnetycznych, termicznych, dotyczących przepływów płynów i wielodomenowych. Oprogramowania do analiz MES jest używane w wielu branżach, najczęściej jednak znajduje zastosowanie w branżach lotniczej, motoryzacyjnej, elektronicznej, maszynowej, morskiej oraz artykułów powszechnego użytku.

Model elementów skończonych (ES) składa się z układu punktów zwanych „węzłami”, które składają się na kształt projektu. Z tymi węzłami są połączone elementy skończone, które tworzą siatkę i zawierają właściwości materiałowe i strukturalne modelu, definiujące jego reakcję w określonych warunkach. Gęstość siatki elementów skończonych może być różna w całym materiale i zależy od przewidywanych zmian poziomów obciążeń w danym obszarze. Regiony, w których występują duże zmiany obciążeń, wymagają zwykle siatki o większej gęstości niż obszary z niewielkimi zmianami obciążeń lub stałymi obciążeniami. Obiektem zainteresowania mogą być punkty pęknięć we wcześniej badanym materiale, zaokrąglenia, naroża, złożone szczegóły i obszary poddawane wysokim obciążeniom.

Powiązane produkty: Simcenter 3D | Simcenter Nastran | Simcenter Femap | Simcenter MAGNET | Simcenter E-machine Design | Simcenter FLOEFD for NX

Wizualizacja analizy metodą elementów skończonych pod kątem dynamiki konstrukcji przekładni w układzie napędowym pojazdu elektrycznego w oprogramowaniu Simcenter 3D.
Wizualizacja z oprogramowania Simcenter Nastran, czołowego solwera stosującego metodę elementów skończonych (MES).

Przy użyciu analizy MES można poprawić działanie produktu

Sprawdź, jak inni wykorzystują analizę MES do tworzenia innowacyjnych rozwiązań w oprogramowaniu Simcenter.

Odkryj korzyści

Analiza MES to sprawdzona metoda, często stosowana zamiast lub jako uzupełnienie metod eksperymentalnych i analitycznych wspomagających inżynierię projektowania i analizę produktów codziennego użytku. W porównaniu z procesami polegającymi na prototypowaniu i eksperymentach symulacje oparte na analizach metodą elementów skończonych oferują następujące korzyści.

Lepsze parametry działania produktów

Analiza metodą elementów skończonych umożliwia szybkie analizowanie i badanie opcji inżynieryjnych w celu poprawienia działania produktu.

Skrócenie czasu

Analiza metodą elementów skończonych pozwala przyspieszyć wprowadzanie zoptymalizowanych produktów na rynek w porównaniu z metodą testowania prototypów.

Redukcja kosztów

Przy użyciu metody elementów skończonych można znacznie obniżyć koszty rozwoju produktu w porównaniu z tradycyjnymi procesami testowania fizycznych prototypów.

Etapy procesu symulacji MES

Niezależnie od używanego oprogramowania większość symulacji MES zawiera te ogólne kroki.

Model 3D ramy samochodu z wizualizacją map cieplnych w oprogramowaniu Simcenter 3D.

Przetwarzanie wstępne

Etap przetwarzania wstępnego obejmuje edycję geometrii i przygotowanie jej do symulacji. W procesie określanym mianem tworzenia siatki narzędzie do przetwarzania wstępnego przekształca geometrię projektu w małe elementy skończone przed zastosowaniem do nich właściwości materiału, obciążeń, relacji i parametrów symulacji.

Oprogramowanie do symulacji CFD rozpoczyna iteracyjne rozwiązywanie równań zdyskretyzowanych przy użyciu solwera CFD.

Rozwiązywanie

Oprogramowanie do analiz MES rozpoczyna iteracyjne rozwiązywanie równań zdyskretyzowanych przy użyciu solwera. Ten etap może wymagać znacznych nakładów czasu lub mocy obliczeniowej. Opłacalnym rozwiązaniem tego problemu może być przetwarzanie w chmurze, stosowane przez coraz większą liczbę przedsiębiorstw do obsługi złożonych symulacji.

Wizualizacja analizy liniowej konstrukcji mechanicznej z oprogramowania Simcenter 3D.

Przetwarzanie końcowe

Po uzyskaniu rozwiązania kolejnym krokiem jest analiza i wizualizacja wyników symulacji w sposób jakościowy i ilościowy przy użyciu raportów, monitorów, wykresów, obrazów 2D/3D oraz animacji. Ten etap obejmuje również weryfikację wyników i sprawdzenie ich poprawności.

Rodzaje analiz MES

Analiza 1D (modele belek)
Analiza 1D dotyczy stosowania modeli zawierających wyłącznie elementy jednowymiarowe składające się tylko z dwóch węzłów, np. elementy belek. Ta metoda może być przydatna podczas wykonywanych na wczesnym etapie analiz konstrukcji, których modelowanie jest zazwyczaj skomplikowane, na przykład nadwozi samochodów lub konstrukcji statków powietrznych. Model belki 1D może ułatwić szybką ocenę dynamiki konstrukcji jeszcze przed przygotowaniem pełnej geometrii na potrzeby bardziej szczegółowej analizy.

Analiza 2D (modele powłokowe)
Inżynierowie nakładają na geometrię siatkę z elementami dwuwymiarowymi, takimi jak elementy czworokątne lub trójkątne w przypadku obiektów cienkościennych, jak np. części blaszane. Właściwości elementu definiują grubość obiektu cienkościennego, która zostanie użyta przez solwer do obliczenia naprężeń, odkształceń i innych parametrów. Preprocesory MES są wyposażone w algorytmy szybkiego tworzenia siatki, które ułatwiają tworzenie siatek powłoki dla geometrii.

Analiza 3D (modele bryłowe)
W przypadku brył, czyli litych elementów geometrycznych, jak np. blok silnika, do przedstawienia geometrii używa się trójwymiarowych elementów bryłowych, takich jak elementy tetraedryczne, ostrosłupowe i sześciokątne. Preprocesory MES oferują narzędzia niezbędne do tworzenia modeli siatek bryłowych.

Wielodomenowe analizy MES
Nowoczesne analizy MES nie sprowadzają się tylko do symulacji w jednej dziedzinie fizyki, lecz stały się znacznie bardziej wielodomenowe, umożliwiając łączenie ze sobą różnych zjawisk fizycznych, takich jak oddziaływania między płynem i konstrukcją, symulacje termomechaniczne, dynamika brył połączonych ze konstrukcjami w postaci brył elastycznych opartych na elementach skończonych, analizy elektromechaniczno-termiczne itp. Symulacja wielodomenowa ma fundamentalne znaczenie w kontekście produktów o rosnącej złożoności, które wymagają całościowego, interdyscyplinarnego podejścia inżynieryjnego do osiągnięcia maksymalnej wydajności działania.

Wypróbuj bezpłatnie oprogramowanie do analiz MES

Wizualizacje z oprogramowania Simcenter 3D przedstawiające model symulacji projektu ciągnika.

Wersja próbna oprogramowania Simcenter 3D

  • Szybkie przekształcanie geometrii CAD w geometrię gotową do symulacji
  • Efektywne tworzenie siatek dla modeli i wykonywanie obliczeń pod kątem analizy strukturalnej oraz szybkie uzyskiwanie informacji na temat działania projektu
  • Szybkie aktualizowanie modelu symulacji za pomocą oprogramowania Simcenter 3D o zmiany projektowe, co umożliwia ponowne przeprowadzenie symulacji w ciągu kilku sekund

Często zadawane pytania

Dowiedz się więcej

Obejrzyj

Webinar na żądanie | Ponowne wykorzystanie danych elementów skończonych do tworzenia modeli na poziomie układu

Webinar na żądanie | Usprawnianie projektowania statków dzięki symulacjom i zarządzaniu danymi

Posłuchaj

Podcast | Omówienie rozwoju procesu projektowania i symulacji silników elektrycznych z Adrianem Perregaux

Podcast | Wykonywalny cyfrowy bliźniak: smartwatch dla maszyn

Przeczytaj

Blogi | Poznaj wszystkie blogi poświęcone rozwiązaniu Simcenter MES

Symulacja mechaniki | Wielodomenowe prognozowanie działania konstrukcji mechanicznych przy użyciu oprogramowania CAE