1

Mechanika s Inventorem1. Úvodní pojednání

Petr SCHILLING,

autor přednášky

Ing. Kateřina VLČKOVÁ,

obsahová korekce

Tomáš MATOVIČ,

publikace

FEMvýpočty

Optimalizace

CADdata

2

Obsah přednášky:

Cíl projektu 3

Význam mechanických analýz 4

Úskalí mechanických analýz 8

Využití MKP v technické praxi 9

Výstupy a závěrečná diskuse 16

3

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

4

Význam mechanických analýz

CAD data

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

FEMvýpočty

Optimalizace

CADdata

5

Význam mechanických analýz

FEM výpočty – MKP

3D CAD geometrie - vstupem

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

FEMvýpočty

Optimalizace

CADdata

6

Význam mechanických analýz

Optimalizace

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

FEMvýpočty

Optimalizace

CADdata

7

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

8

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

9

Využití MPK v technické praxi

40ti letá historie

růst spojen s rozšiřováním možností metody

roste s růstem výpočetního výkonu počítačů

10

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

11

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

12

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

13

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

14

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

15

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

16

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