Pevnostní analýza v Autodesk Inventoru Professional 11 – 1. díl, Numerické metody ve strojírenské praxi

Obr. 1 – Analýza mechanické napjatosti ovládací páky lamelové spojky

Nejprve několik málo slov úvodem k historii metody. Metoda konečných prvků vznikla zhruba v polovině 20. století. Původně byla metoda konečných prvků, dále jen MKP, využívána pro konstrukce v hi-tech oborech, jako kosmický program (Apollo) nebo ve vojenském prostředí. Velké využití zaznamenala v případě analýzy leteckých konstrukcí, kde přispěla jak z hlediska pevnostního, tak z hlediska modální analýzy (analýza vlastních frekvencí).

S postupným rozvojem výpočetní techniky nastal i rozmach ve využívání numerických metod. V dnešní pokročilé a rušné době nalezneme MKP téměř ve všech větvích strojírenské praxe. Od výpočtů mechanické napjatosti, přes modální analýzu, analýzu teplotní napjatosti až k pokročilejším numerickým metodám (metoda konečných objemů, metoda sítí, Ritzova metoda, Galerkinova metoda atd.). Můžeme říci, že mezi výše zmíněnými metodami si MKP udržuje dominantní postavení. Pro ucelení obrazu o dnešních CAE technologiích je třeba zmínit, že se do popředí dostávají metody CFD (Computational of Fluid Dynamics), které jsou určeny pro výpočty dynamiky proudění tekutin.

Obr. 2 – Analýza lineárního vedení tepla

1. Stručný přehled některých oblastí využití MKP:

oLineární analýza mechanické napjatosti,

oNelineární analýza mechanické napjatosti,

oModální analýza,

oLineární vedení tepla,

oNelineární vedení tepla,

oAnalýza dynamického zatěžování,

oElektromagnetická analýza,

2. Rozdělení MKP softwarů dle odbornosti uživatele (uvádím příklady):

§Profesionální (velká) MKP řešení – ANSYS, NASTRAN

§Komplexní oborová MKP řešení – ANSYS Workbench

§MKP řešení pro konstruktéry – ANSYS modul pro AIP, Cosmos

Profesionální MKP systémy typu ANSYS Multiphysics

Profesionální systémy umožňují řešení široké škály problémů. Od analýzy mechanické napjatosti, přes vedení tepla až po výpočty mechaniky kontinua s možností vlastní specifikace jednotlivých částí výpočtu. Většinou vyžadují vysoce odborné znalosti uživatele, výkonný hardware a mají též vysokou pořizovací cenu.

Obr. 3 – Řešení napětí ve vrubu (Systém ANSYS)

Komplexní oborová řešení typu ANSYS Workbench

Většinou nabízejí velmi kvalitní řešení oborových problémů, v našem případě pevnostních či modálních analýz strojních uzlů. A to jak součástí, tak i celých sestav. Nejsou tak náročné jako v případě profesionálních systémů, avšak též vyžadují vysokou odbornost uživatele.

Obr. 4 – Ilustrativní modální analýza oběžného lopatkového kola

MKP řešení pro konstruktéry typu ANSYS pro Autodesk Inventor Professional 11

Tímto řešením se bude náš seriál zabývat, neboť právě do této kategorie MKP v Autodesk Inventoru spadá. Jedná se o moduly integrované do CAD systémů, které umožňují konstruktérovi vytvořit si náhled na průběh napětí v dané součásti. Tyto systémy jsou z větší části autonomní a uživatel zadává pouze velmi omezený počet vstupních údajů. Tím je práce zjednodušena, avšak většinou na úkor možností samotného řešiče. Modul je tedy schopen analyzovat pouze základní problémy a poskytnutá analýza má pouze náhledový charakter.

Obr. 5 – Pevnostní analýza víka tlakové nádoby (velikost deformace)

Následující článek bude věnován zevrubné charakteristice metody konečných prvků.