Mechanika s Inventorem 1. Úvodní pojednání CAD data FEM výpočty Petr SCHILLING, autor přednášky Ing. Kateřina VLČKOVÁ, obsahová korekce Optimalizace Tomáš MATOVIČ, publikace 1
Obsah přednášky: Cíl projektu 3 Význam mechanických analýz 4 Úskalí mechanických analýz 8 Využití MKP v technické praxi 9 Výstupy a závěrečná diskuse 16 2
Cíl projektu: zvýšení atraktivity předmětu Mechanika (MEC) zvyšování dovedností studentů v uplatňování ICT prostředků v rámci technických aplikací analytické řešení středoškolských úloh mechaniky názorně a vhodně doplněné ICT metodami řešení vedení ke správné definici technických problémů mechanických modelů, bez změny jejich povahy správná interpretace výsledků řešení výstup: moderní a poutavá výuka a publikovaný výukový výstup 3
Význam mechanických analýz CAD data CAD data Optimalizace FEM výpočty zpravidla 3D model skutečné geometrie či připravovaného výrobku pro potřebu analýz vznikají na základě myšlenek konstruktéra či zadáním designéra výstupem práce konstruktéra, ale datovým vstupem v předvýrobních etapách důležitým parametrem kvalita CAD dat virtuální svět idealizace 4
Význam mechanických analýz FEM výpočty MKP 3D CAD geometrie - vstupem CAD data Optimalizace FEM výpočty ověření návrhu před výrobou samotného prototypu výstupem práce konstruktéra (díly) a výpočtáře (sestavy a konstrukční celky) simulace multifyzikálních procesů v konstrukčních celcích důležitým parametrem míra idealizace výpočtové studie virtuální svět idealizace 5
Význam mechanických analýz Optimalizace CAD data Optimalizace FEM výpočty zpětný proces v průběhu předvýrobní etapy modifikace datového vstupu - 3D CAD geometrie za účelem optimalizace výstupů FEM analýz projevem optimalizovaný tvar dílu či konstrukčního celku s ohledem na vhodnější využití vlastností materiálu lze provádět i opakovaně virtuální svět idealizace 6
Význam mechanických analýz Spočívá: v simulování fyzikálních a multifyzikálních procesů na virtuálních součástech, jejich sestavách a konstrukčních celcích v testování virtuálních prototypů (3D CAD geometrie) ve značném snížení nutnosti výroby velkého množství fyzických prototypů ve snížení finančních nákladů na výrobu prototypů ve snížení finančních nákladů vhodnějším využitím vlastností materiálů 7
Úskalí mechanických analýz Spočívá: v míře idealizace výpočtové studie výpočtový model v nutnosti správné definice parametrů výpočtové studie možnost naprostého znehodnocení získaných výsledků v obtížnosti při odhalování chyb ve znalostech a zkušenostech výpočtáře v nutnosti použití příslušného aplikačního software či modulu ve správné interpretaci získaných výstupů 8
Využití MPK v technické praxi 40ti letá historie růst spojen s rozšiřováním možností metody roste s růstem výpočetního výkonu počítačů 9
Využití MPK v technické praxi Dopravní technika nejširší uplatnění automobilový průmysl: karoserie, motor, převodovka, elektrické vybavení atd. kontrolní a optimalizační výpočty cílem: zkrácení času na vývoj, snížení nákladů, zvýšení bezpečnosti atd. široké uplatnění při stavbě lodí Letectví a kosmický výzkum historicky první oblast nasazení respektive MKP vyvinuta pro tuto oblast simulace prostředí a stavů působících v průběhu funkce na letecké a kosmické systémy 10
Využití MPK v technické praxi Energetika zvláštní bezpečnostní předpisy statické, dynamické a teplotní výpočty vývoj: čerpadel, potrubních rozvodů, kotlů, výměníků, turbín, budov a jejich technického vybavení vyhodnocení únavy a životnosti, kontrola seizmických stavů a simulace havarijních stavů jaderná energetika: bezpečnostní výpočty simulace havarijních stavů: teroristické útoky, chyba obsluhy či přírodní katastrofy 11
Využití MPK v technické praxi Strojírenství statické, dynamické a teplotní výpočty strojů a zařízení vyhodnocování: deformací a napjatosti, tuhosti, stability určování životnosti optimalizace tvaru, materiálu a technologie Chemický průmysl výroba plastů speciální materiálové modely, typy elementů či zatížení (radiace, UV záření, atd.) simulace pádů či nárazů 12
Využití MPK v technické praxi Elektrotechnika výpočty a simulace nízkofrekvenčních a vysokofrekvenčních elektromagnetických polí pro: generátory, transformátory, cívky, indikční pece, elektromotory, magnetické zobrazovací jednotky, cyklotrony, senzory atd. Mikroelektronika a elektronika nejmladší oblast nasazení MKP výpočty elektronických systémů simulace elektrostatických, elektromagnetických a teplotních polí speciální modely pro komponenty: semikonduktory, snímače a senzory 13
Využití MPK v technické praxi Procesní inženýrství simulace: proudění, proudění s teplem u kapalin a plynů, únos pevných částic, mísení jednotlivých složek a chemických reakcí, hoření atd. Stavebnictví nejstarší oblast nasazení MKP statické a dynamické výpočty staveb výpočty v současnosti rozšířeny o problematiku: proudění, šíření znečištění, akustiku, explozní zatížení atd. nelineární a speciální materiálové modely: beton, kovy, dřevo, kompozitní materiály, plasty, keramiky a skla 14
Využití MPK v technické praxi Speciální a vojenská technika první MKP program vytvořen v USA pro vojenský projekt hlavní oblast použití FEM analýz simulace a výpočty odolnosti i účinků zbraní simulace penetrací, explozí a destrukcí Biomechanika medicínské a lékařské účely simulace zubních implantátů, vývoj kardiostimulátorů, kloubních náhrad nejnověji: modelování odezev na chirurgické zákroky, tepelné šoky v rámci onkologické léčby 15
Výstupy přednášky a závěrečná diskuse seznámení s cíly projektu Mechanika s Inventorem vysvětlení významu a úskalí metody MKP výpočtů (FEM analýz) seznámení s aplikacemi metody MKP v technické praxi Závěrečná diskuse, dotazy 16