Jak zoptymalizować pracę w systemach inżynierskich CAE?
Często słyszysz, że musisz przygotować model do obliczeń lub stworzyć coś pod CAE. Ale jak zoptymalizować pracę, aby w systemach inżynierskich mieć już model zoptymalizowany? Tutaj nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Po pierwsze każdy inżynier ma wymagania co do swojej pracy, po drugie, każdy system CAE ma inne narzędzia, którymi może sobie „obrobić” daną geometrię.
Hierarchia życia produktu jest taka, że najpierw konstruktor dostarcza gotową geometrię CAD, obliczeniowiec ją sprawdza w CAE, a technolog przygotowuje obróbkę CAM.
Konstruktor ma swoje zadanie i np. nie przygotowuje 2 lub więcej modeli dla technologa, aby miał model przed i po obróbce. To technolog za pomocą odstępnych narzędzi przygotowuje odpowiednio obróbkę zadając odpowiednie parametry prefabrykatu (odkuwka, odlew, blok).
W przypadku CAE jest podobnie. To system dostarcza szereg narzędzi do obróbki modelu pod obliczenia. Tak więc podział ról i obowiązków jest zachowany 🙂
Konstruktor opracowuje koncepcję nowego wyrobu, a analityk jest odpowiedzialny za jej sprawdzenie. Czy da się to jakość uprościć, aby ta sama konstrukcja mogła być policzona bez konieczności dokonywania żadnych zmian? Tak, to jest możliwe, ale nie jest to zalecana metoda. Każdy model CAD 3d w MES musi być dyskretyzowany, co oznacza, że na geometrię 3D nakładamy siatkę elementów skończonych – im więcej szczegółów geometrycznych tym większa jest siatka, a to wydłuża czas obliczeń. Dlatego w CAE zaleca się zoptymalizować geometrię pod obliczenia, aby były one wykonane szybko przy zachowaniu wysokiego poziomu dokładności wyników odzwierciedlających rzeczywisty model. Co to oznacza? Tylko i aż tyle, że możemy pominąć w modelach różne cechy geometryczne o znaczeniu technologicznym, np. fazy lub zaokrąglenia, otwory technologiczne, które nie mają wpływu na wynik, ale mogą spowodować gęste tworzenie siatki wydłużając czas obliczeń. Oczywiście ktoś może powiedzieć: „OK, ja mam mocny komputer i nie mam czasu na obróbkę geometrii”. Można model sprawdzić pod kątem wytrzymałości bez żadnych uproszczeń i być może przy pierwszym obliczeniu zajmie to mniej czasu, co przygotowanie modelu i obliczenia jednak, jeżeli na skutek wyników tej analizy zdecydujemy się na jakieś poprawki, to kolejne przeliczenie będzie zdecydowanie szybsze.
Przedstawiłem już, dlaczego powinno się przygotowywać model pod obliczenia, ale nie mówiłem jeszcze, jak to się odbywa, ile to trwa i jak tajemnej wiedzy potrzeba, aby wykonać te operacje.
Ponieważ zostało już przedstawione z jakich systemów CAE możemy korzystać, teraz powiem o narzędziach dostępnych w poszczególnych programach:
- Solid Edge Simulation – bazuje na natywnej geometrii CAD. Ponieważ cały czas jesteś w środowisku CAD, uproszczenia można zrobić w konfiguracji model uproszczony i tam dokonać odpowiedniego przygotowania. Daje to możliwość wyboru, z którego wariantu części skorzystać. W przypadku części blaszanych można skorzystać z automatycznego utworzenia powierzchni środkowych i model pod obliczenia przygotować korzystając z siatki 2D. Tak więc Solid Edge Simulation w bardzo dużym stopniu korzysta z geometrii bezpośrednio od konstruktora. Oczywiście ma narzędzia, aby przygotować sobie model pod obliczenia. W Solid Edge użytkownik skupia się w sumie na zadaniu warunków brzegowych. Czas obliczeń może być dłuższy, ale konstruktor nie będzie się zastanawiał co i w jaki sposób ma przygotować.
- FLOEFD – system CAE do analiz cieplno-przepływowych CFD wbudowany w system CAD. Korzysta z narzędzi do obróbki geometrii z macierzystego CAD, czyli jeżeli posiadasz Solid Edge to pracujesz w tym systemie i korzystasz z narzędzi, które znasz. Dodatkowo, siatka w FLOEFD jest siatką kartezjańską, czyli składa się wyłącznie z sześcianów i jeżeli dany sześcian przecina naszą geometrię to program bierze do obliczeń daną objętość. Dodatkowo program dysponuje narzędziami, które pozwolą na szybkie wyznaczenie objętości przepływu. Rezultatem jest praktycznie brak konieczności przygotowywania modeli pod obliczenia. Jest to bardzo szybkie i wydajne narzędzie, dlatego jest dedykowane konstruktorom, aby nie zastanawiali się on co i jak mają przygotować.
- Femap – Program CAE dla inżynierów analityków. Posiada narzędzia do obróbki geometrii oraz bardzo dobry mechanizm tworzenia powierzchni środkowych na podstawie modeli 3D. Doskonałe narzędzia do podziału geometrii 3D pod siatki Hexa. Obróbka geometrii przydaje się, aby odpowiednio i szczegółowo przygotować siatkę. Już od wielu wersji Femap oferuje narzędzia do sterowania siatką, a w tle modyfikuje się geometria, więc analityk skupia się na siatce a nie geometrii, co ułatwia i przyśpiesza pracę.
- Simcenter 3D – System CAE oparty o interfejs NX, gdzie preprocesorem jest NX CAD, więc narzędzia do modelowania są najlepsze na rynku, ponieważ jest to typowy parametryczny system CAD. Dodatkowo Simcenter 3D posiada strukturę plików obliczeniowych, w której może być dodatkowo utworzony model idealizowany. Jest to model CAD (o typowym dla NX rozszerzeniem *.prt), ale zmiany dokonywane w nim nie wprowadzają żadnych modyfikacji w oryginalnym modelu, więc konstruktor może spać spokojnie, ponieważ nikt mu nie zmieni modelu, a produkcję pójdzie właściwy model 😉 Natomiast model idealizowany jest cały czas powiązany z oryginalnym plikiem, co oznacza, że w przypadku, gdy konstruktor dokona w nim zmian, to w części idealizowanej będą one widoczne. Podobnie jak w przypadku Femap mamy tu narzędzia, aby zamienić geometrię na powierzchnie środkowe, podział brył pod siatki Hexa itd. W Simcenter można również pracować na samej siatce, ale ze względu na silne powiązanie z geometrią CAD oraz możliwościami NX CAD wygodniej bazować dodatkowo na geometrii.
Podsumowując, w każdym systemie jesteś w stanie przygotować model pod obliczenia przygotowując odpowiednio model 3D. W zależności od stopnia zaawansowania systemu CAE te narzędzia i możliwości są większe. Najnowsze technologie i moc obliczeniowa pozwalają na analizę modeli bezpośrednio otrzymanej od konstruktora. W bardziej zaawansowanych systemach jak Femap czy Simcenter 3D otrzymujesz specjalizowane narzędzia, które służą przygotowaniu modeli do szybkiej i dokładnej dyskretyzacji.
Jeżeli jesteś początkującym analitykiem lub konstruktorem, który chce sprawdzić poprawność konstrukcji lub też jesteś analitykiem z doświadczeniem i chcesz szybko i dokładnie policzyć swoje modele to skontaktuj się z nami a dobierzemy odpowiednie narzędzia dla twoich potrzeb. Jeżeli już korzystasz z któregoś z wymienionych narzędzi to zapraszamy do kontaktu w celu wymiany doświadczeń bądź zwiększenia swojej wiedze poprzez szkolenia lub konsultacje w podczas których jesteśmy wstanie podzielić się wiedzą i doświadczeniem z obsługi zarówno programów jak i samej pracy i zagadnień CAE i obliczeń inżynierskich – formularz kontaktowy znajdziesz TUTAJ.
Jeśli chcesz być na bieżąco z naszymi nowościami oraz planowanymi szkoleniami, zapisz się do newslettera.
Autor: Michał Sroka