Analiza funkcjonalna, obliczenia inżynierskie, optymalizacja

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.

Oprogramowanie Pro/MECHANICA 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 Pro/Mechanica przejściem – pass) może być powtarzany, w razie potrzeby, w celu osiągnięcia nawet większej dokładności.

Pro/MECHANICA 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 Pro/ENGINEER pozwala na bardzo elastyczną i efektywną pracę konstruktora, szczególnie na etapie wdrażania nowych projektów przemysłowych.

Wdrożenie aplikacji z rodziny Pro/MECHANICA 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. 

Pro/ENGINEER Mechanica Option
Pakiet daje możliwość prowadzenia:

• analiz statycznych - w zakresie liniowym charakterystych materiałowych (zagadnienia kontaktowe),
• analiz modalnych - częstotliwości i postacie drgań własnych,
• analiz termicznych - w stanie ustalonym, analiza zjawisk cieplnych, 
• 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.

TWOJA BIBLIOTEKA:

Pro/E Mechanica Option – ulotka (.PDF) – ang.
Rozwiązania CAE w systemie Pro/ENGINEER – broszura (.PDF) – ang.

Pro/ENGINEER Advanced Mechanica Option
Jest pakietem rozszerzającym możliwości analiz dostępnych w pakiecie Pro/ENGINEER Mechanica Option, o następujące zagadnienia:

• 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, czestotliwościowa, impulsowa, stochastyczna,
• analizy termiczne materiałów w stanie nieustalonym.

TWOJA BIBLIOTEKA:
Pro/E Advanced Mechanica Option – ulotka (.PDF) – ang.
Rozwiązania CAE w systemie Pro/ENGINEER – broszura (.PDF) – ang.

Pro/ENGINEER Fatigue Advisor
Aplikacja pozwalająca na prowadzenie analiz zmęczeniowych, w przypadku obciążeń zmiennych w czasie. Możliwa jest również optymalizacja konstrukcji np. poprzez określenie liczby cykli obciążenia, które konstrukcja musi wytrzymać, w określonym zakresie. Dostępne są też bardziej złożone analizy, będące jednocześnie kombinacją analizy zmęczeniowej oraz statycznej, dynamicznej i termicznej (w powiązaniu z innymi aplikacjami Pro/MECHANICA)

TWOJA BIBLIOTEKA:
Pro/E Fatigue Advisor – ulotka (.PDF) – ang.
Rozwiązania CAE w systemie Pro/ENGINEER – broszura (.PDF) – ang.

Pro/ENGINEER Mechanism Dynamics Option
Pakiet funkcjonalny umożliwiający włączenie do analizy elementów symulacji dynamicznej. Aplikacja działa bezpośrednio w oparciu o modele złożeń stworzone w Pro/E, przy zachowaniu ich pełnej parametryczności. Uwzględnia takie elementy konstrukcyjne, jak sprężyny, tłumiki drgań i inne. Dynamiczna symulacja obejmuje analizę sił i momentów działających w mechanizmie w poszczególnych sekwencjach jego ruchu. Mechanism Dynamics Option  pozwala na prowadzenie:

• analiz kinematycznych,
• analiz dynamicznych,
• analiz pozwalających określić: stan równowagi statycznej mechanizmu przy zadanych obciążeniach oraz układu sił równoważących mechanizm w wybranym stanie równowagi.

Wyniki analiz przedstawiane są w postaci wykresów, bądź dynamicznej wizualizacji. Pakiet jest dwukierunkowo zintegrowany z aplikacjami z rodziny Pro/MECHANICA oraz środowiskiem konstrukcyjnym systemu Pro/ENGINEER oraz jego modelerem behawioralnym. (Behavioral Modeler Extension – BMX).

TWOJA BIBLIOTEKA:
Pro/E Mechanism Dynamics Option - ulotka (.PDF) – ang.
Rozwiązania CAE w systemie Pro/ENGINEER – broszura (.PDF) – ang.

Pro/ENGINEER Plastic Advisor Option
Aplikacja bazująca na technologii MoldFlow, która jest de-facto standardem na rynku w dziedzinie symulacji wtrysku. Umożliwia analizę i wizualizację wybranych zagadnień związanych z symulacją procesu wtrysku tworzywa: kolejności wypełniania się elementów wnęki formy, tworzenie się pęcherzy powietrznych, powstawania zgrzein, itp. Użytkownik uzyskuje ponadto informację o takich ważnych parametrach procesu, jak czas zapełnienia wnęki formy, ciśnienie wtrysku, spadek ciśnienia we wnęce formy, rozkład temperatur.