Ta strona jest wyświetlana w języku polskim przy użyciu automatycznego translatora. Czy chcesz wyświetlić ją w języku angielskim?

Czy tłumaczenie było pomocne? Tak Nie

Analiza metodą elementów skończonych

Analiza metodą elementów skończonych (MES) to wirtualne modelowanie i symulacja produktów i zespołów pod kątem wydajności konstrukcyjnej, akustycznej, elektromagnetycznej lub termicznej. MES to praktyczne zastosowanie metody elementów skończonych (MES).

Co to jest analiza elementów skończonych?

Analiza metodą elementów skończonych to modelowanie produktów i systemów w środowisku wirtualnym w celu znalezienia i rozwiązania potencjalnych (lub istniejących) problemów z wydajnością produktu. MES to praktyczne zastosowanie MES, które jest wykorzystywane przez inżynierów i naukowców do matematycznego modelowania i numerycznego rozwiązywania złożonych problemów strukturalnych, akustycznych, elektromagnetycznych, termicznych, płynów i multifizycznych. Oprogramowanie MES może być wykorzystywane w wielu gałęziach przemysłu, ale najczęściej jest używane w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, elektronicznym, maszynach przemysłowych, przemyśle morskim i produktach konsumenckich.

Model elementów skończonych (ES) składa się z układu punktów zwanych "węzłami", które tworzą kształt projektu. Z tymi węzłami połączone są elementy skończone, które tworzą siatkę elementów skończonych i zawierają właściwości materiałowe i konstrukcyjne modelu, określając, w jaki sposób będzie on reagował na określone warunki. Gęstość siatki elementów skończonych może być różna w całym materiale, w zależności od przewidywanej zmiany poziomów naprężeń w danym obszarze. Obszary, w których występują duże zmiany naprężeń, zwykle wymagają większej gęstości siatki niż te, w których zmienność naprężeń jest niewielka lub nie ma jej wcale. Interesujące punkty mogą obejmować punkty pęknięć wcześniej badanego materiału, zaokrąglenia, narożniki, złożone detale i obszary o wysokim naprężeniu.

A finite element analysis for structural dynamics of a gearbox for an electric vehicle powertrain visuals from the Simcenter 3D software.

Zobacz, jak inni wykorzystują MES do wprowadzania innowacji za pomocą Simcenter.

Przeczytaj magazyn Engineer Innovation

Odkryj korzyści

MES to dobrze ugruntowana metodologia, często stosowana w celu zastąpienia lub uzupełnienia metod eksperymentalnych i analitycznych w celu wspomagania projektowania inżynieryjnego i analizy produktów codziennego użytku. W porównaniu z prototypowaniem i eksperymentami, symulacje oparte na MES oferują następujące korzyści.

Zwiększ wydajność

Analiza metodą elementów skończonych umożliwia szybką analizę i badanie możliwości inżynieryjnych w celu zwiększenia wydajności produktu.

Skrócenie czasu

Analiza metodą elementów skończonych pomaga wprowadzić na rynek zoptymalizowane projekty produktów szybciej niż metoda "zbuduj i przetestuj".

Redukcja kosztów

Wykorzystując analizę elementów skończonych, można znacznie obniżyć koszty rozwoju produktu w porównaniu z tradycyjnymi procesami testowania opartymi na fizycznych prototypach.

Etapy procesu symulacji MES

Bez względu na użyte oprogramowanie, większość symulacji MES przebiega zgodnie z tymi uogólnionymi krokami.

Model 3D ramy samochodu z wizualizacją mapowania cieplnego z oprogramowania Simcenter 3D.

Przetwarzanie wstępne

Etap wstępnej obróbki polega na edycji geometrii i przygotowaniu jej do symulacji. W procesie zwanym siatką, narzędzie do przetwarzania wstępnego przekształca geometrię projektu w małe elementy skończone przed zastosowaniem właściwości materiału, obciążeń, wiązań i parametrów symulacji.

Pre-/postprocessing MES

Oprogramowanie do symulacji CFD rozpoczyna iteracyjne rozwiązywanie dyskretnych równań za pomocą solvera CFD.

Usunięcie

Oprogramowanie do symulacji MES rozpoczyna iteracyjne rozwiązywanie dyskretnych równań za pomocą solvera. Ten krok może wymagać znacznych nakładów czasowych lub obliczeniowych. W przypadku złożonych symulacji coraz więcej przedsiębiorstw zwraca się ku przetwarzaniu w chmurze jako opłacalnemu rozwiązaniu tego problemu.

Symulacja mechaniki

Liniowa analiza wizualizacji konstrukcji mechanicznej z oprogramowania Simcenter 3D.

Przetwarzanie końcowe

Po zakończeniu rozwiązywania kolejnym krokiem jest analiza i wizualizacja wyników symulacji jakościowo i ilościowo za pomocą raportów, monitorów, wykresów, obrazów 2D/3D i animacji. Na tym etapie uwzględniono również weryfikację i walidację wyników.

Pre-/postprocessing MES

Rodzaje analizy MES

Analiza 1D (modele belek)

Analiza 1D odnosi się do stosowania modeli utworzonych wyłącznie przez elementy jednowymiarowe składające się tylko z dwóch węzłów, takich jak elementy belkowe. Analiza 1D może być przydatna w analizie wczesnych etapów struktur, które są zwykle skomplikowane do modelowania, takich jak karoseria samochodu lub płatowiec. Model belki 1D może pomóc inżynierom w szybkiej ocenie dynamiki ciała, zanim pełna geometria będzie gotowa do głębszej analizy.

Analiza 2D (modele powłokowe)

Inżynierowie tworzą siatkę geometrii za pomocą elementów dwuwymiarowych, takich jak element czworokątny lub trójkątny w przypadku obiektów cienkościennych, takich jak części wykonane z blachy. Właściwości elementu definiują następnie grubość elementu powłoki, która zostanie użyta przez solver do obliczenia naprężeń, odkształceń i innych wyników. Preprocesory MES mają algorytmy szybkiego tworzenia siatki, które pomagają inżynierom tworzyć siatkę skorupy na geometrii.

Analiza 3D (modele bryłowe)

W przypadku solidnej, masywnej geometrii, takiej jak blok silnika, inżynierowie używają solidnych elementów 3-wymiarowych do reprezentowania geometrii. Elementy tetra, ostrosłupowe i sześciokątne są tworzone w całym korpusie bryłowym. Preprocesory MES są wyposażone w narzędzia potrzebne inżynierom do tworzenia modeli siatki bryłowej.

Wielofizyka MES

Nowoczesne MES to coś więcej niż tylko symulacja pojedynczej dziedziny fizyki. Obecnie MES stał się znacznie bardziej multidyscyplinarny, umożliwiając inżynierom łączenie ze sobą różnych dziedzin fizyki, takich jak interakcja płyn-struktura (FSI), symulacja termiczno-mechaniczna, dynamika wieloobiektowa z elastycznymi ciałami strukturalnymi opartymi na ES, elektromechaniczno-termiczna i inne. Symulacja wielofizyczna ma fundamentalne znaczenie w coraz bardziej złożonych produktach wymagających holistycznej inżynierii międzydomenowej w celu osiągnięcia maksymalnej wydajności.

Poznaj produkty związane z MES

Simcenter

Wypróbuj oprogramowanie MES za darmo

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

Webinarium na żądanie | Ponowne wykorzystanie starszych danych elementów skończonych do tworzenia modeli na poziomie systemu

Webinarium na żądanie | Usprawnienie projektowania statków dzięki symulacji i zarządzaniu danymi

Posłuchaj

Podcast | Rozwój projektowania i symulacji silników elektrycznych z Adrianem Perregaux

Podcast | Wykonywalne cyfrowe reprezentacje bliźniacze: Smartwatch do maszyn

Przeczytaj

Blogi | Odkryj wszystkie blogi Simcenter MES

Symulacja mechaniczna | Przewidywanie wydajności mechanicznej w wielu branżach za pomocą CAE