Цифровое моделирование физических объектов есть CAD программах, например в Компас 3D. Оно необходимо для понимания насколько устойчива/прочна будет ваша конечная модель. Например вы создали кронштейн, который должен выдержать нагрузку 10 кг, в теории да, но моделирование позволит убедиться в этом, так ли это или нет. Вы придаёте своей модели, реальные физические свойства.
Анализ методом конечных элементов, вычислительная гидродинамика и многотельная динамика являются наиболее распространенными методами моделирования.
Методы моделирования применяют один или несколько методов дискретизации для решения физических задач. Инженеры выбирают метод в зависимости от проблемы, которую им нужно решить, или свойств, которые им нужно проанализировать. Например, конечноэлементный анализ (FEA) обычно используется для структурного, модального и термического анализа, в то время как вычислительная гидродинамика (CFD) зарезервирована для задач потока жидкости.
Хотя многие программные платформы используют одну методику для решения конкретных задач, программное обеспечение для мультифизического моделирования использует несколько методик для решения нескольких задач одновременно. Программное обеспечение для мультифизического моделирования также учитывает взаимодействие различных физических явлений и то, как такое взаимодействие влияет на производительность системы, структуры или компонента. Хотя в этой статье методы FEA, CFD и динамики многих тел (MBD) обсуждаются по отдельности, программные инструменты для мультифизического моделирования часто объединяют все эти методики в одну платформу.
Что такое моделирование методом конечных элементов (FEA)?
FEA — это вычислительный метод анализа поведения сложных структур и компонентов в определенных условиях. Хотя термины FEA и FEM (метод конечных элементов) часто используются как взаимозаменяемые, FEM относится к методу дискретизации, а FEA относится к методу анализа, использующему FEM.
Моделирование методом конечных элементов широко используется в различных отраслях промышленности для различных целей, включая:
- Статический и динамический структурный анализ: оценка прочности и долговечности конструкций или компонентов в стационарных и изменяющихся условиях.
- Модальный анализ: понимание характеристик собственных колебаний конструкций или компонентов и прогнозирование их поведения в различных условиях.
- Термический анализ: изучение распределения тепла и термических напряжений в компонентах.
- Гидродинамика: моделирование потока жидкости и его взаимодействия с конструкциями (часто в сочетании с вычислительной гидродинамикой).
- Электромагнитный анализ: исследование электромагнитных полей в электрических устройствах.
- Биомеханика: понимание поведения биологических тканей для проектирования медицинских имплантатов.
Во время предварительной обработки FEA инженеры делят модель на конечное число меньших элементов, чтобы сформировать сетку . Они выбирают различные типы элементов, включая 1D, 2D или 3D элементы, в зависимости от геометрии модели и характера проблемы. Например, инженеры аэрокосмической отрасли могут использовать 1D элементы для каркаса фюзеляжа, 2D элементы для обшивки самолета (внешняя поверхность) и 3D элементы, часто элементы tet или hex, для шасси.
Затем инженеры указывают свойства материала для каждого материала, используемого в модели. Эти свойства включают модуль Юнга и коэффициент Пуассона, которые определяют, как материал деформируется под напряжением. Инженеры также определяют граничные условия, включая ограничения и нагрузки, приложенные к модели. Программное обеспечение FEA использует свойства материала и граничные условия для построения математических матриц для каждого элемента. Затем оно решает систему уравнений, тем самым прогнозируя реакцию материала на приложенные нагрузки.
В ходе постобработки инженеры анализируют результаты, такие как поля смещений, распределение напряжений и потенциальные точки отказа, чтобы оценить производительность и безопасность конструкции.
Что такое моделирование вычислительной гидродинамики (CFD)?
CFD — это метод моделирования, широко используемый для анализа поведения жидкостей (жидкостей и газов) и их взаимодействия с поверхностями. Основные уравнения, управляющие потоком жидкости, — это уравнения Навье-Стокса, выведенные из законов сохранения массы, импульса и энергии. Решатели CFD часто используют метод конечных объемов (FVM) для дискретизации этих уравнений, но метод конечных разностей (FDM) иногда используется для более простых задач. FEM также может использоваться, но он является вычислительно дорогим, поскольку задачи CFD, как правило, требуют большого количества элементов.
Программное обеспечение для моделирования CFD анализирует потоки жидкости, которые являются внешними или внутренними по отношению к модели. Внешние модели CFD часто используются для дополнения, информирования или замены физических испытаний в аэродинамической трубе и аэродинамических испытаний в аэрокосмической и автомобильной отраслях.
Что такое моделирование динамики многих тел (MBD)?
В мире моделирования CAE MBD относится к динамике многотельных систем, а не к определению на основе модели, проектированию на основе модели или разработке на основе модели. Определение на основе модели — это функция в различных программах CAD, PDM и PLM, которая позволяет пользователям аннотировать и связывать информацию о детали с 3D-моделью, делая ее единым источником истины для этой детали. Проектирование или разработка на основе модели имеют корни в проектировании систем и управлении процессами и включают создание сложной модели системы с использованием блок-схем, математических уравнений и простых симуляций.
Моделирование MBD оценивает механические системы, состоящие из жестких или эластичных частей. Используя уравнения движения, программное обеспечение численно оценивает кинематику каждой части в системе на основе ее массы, центра масс, инерции и свойств после приложения внутренних и внешних сил или крутящих моментов. Движения, которые может описывать моделирование MBD, включают поступательные и вращательные движения деталей самолета, строительного оборудования, роботов, транспортных средств или любой другой системы с движущимися частями. Некоторые оценки, которые инженеры могут выполнять с помощью MBD, включают изучение шума, вибрации и жесткости (NVH), производительности транспортного средства, электронных систем управления и многого другого.
Подобно проектированию на основе моделей и определению на основе моделей, моделирование MBD часто используется на ранних этапах цикла разработки продукта для виртуального тестирования производительности проекта до начала производства каких-либо физических активов.
Моделирование MBD также может использоваться в цифровых двойниках для мониторинга и оценки реальных активов. Однако, в отличие от цифровых двойников на основе моделей, которые традиционно оценивают промышленные системы, цифровые двойники MBD оценивают движение реальных систем.
«Центр 3d печати и 3d сканирования Фидллер» готов предложить своим клиентам значительно более широкие возможности для реализации самых сложных задач — от 3д сканирования до серийной 3д печати различными материалами.
Находимся в Краснодаре.
Наши работы можно увидеть в группе вконтакте тут — https://vk.com/3d_krd_123
Наш магазин — https://fidller.com/blog/
По всем вопросам можно связаться:
телеграм — https://t.me/fidller
почта — shope@fidller.com
телефон — +79531178495
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.