Vyzkoušejte Autodesk Simulation Multiphysics 2012

Autodesk již delší dobu vyvíjí intenzivní aktivity v oblasti FEM technologií (výpočty založené na metodách konečných prvků). Dlouhou dobu byly tyto analýzy spojovány především s oblastí mechanických návrhů. S akvizicí produktů Algor Simulation 2012 se ovšem Autodesk posunul výrazně do kategorie řešení multifyzikálních úloh. Dnešní článek věnuji všem, kteří hledají počáteční inspiraci na seznámení se s touto velmi zajímavou kategorií software.

Pro ukázkový příklad je zvolena oblast analýzy proudění tekutin (fluid simulation), která je blízká řadě technických oborů. Záměrně je zvolena také velmi ilustrativní ukázka jednoduché rozbočky do které vstupuje tekutina o určité rychlosti a následně z při zachování objemu vystupuje logicky s rychlostí nižší.

Vytvořená eliptická rozbočka potrubí v Autodesk Fusion

Pro analýzu si v první řadě vytvoříme model vnitřního objemu potrubí. Ten odpovídá tvaru objemu proudící tekutiny. Model je ilustrativně vytvořen v Autodesk Fusion ovšem pouze z důvodu, že v danou chvíli nebyl jiný software k dispozici. Jinak dokáže Autodesk Simulation načíst všechny základní formáty 3D dat Autodesku. Pro výměnu s jinými produkty doporučuji především SAT.

Volba typu simulace proudění tekutin

Model po načtení do aplikace a volbě správného typu simulace (lze přepnout dodatečně) necháme převést na síť konečných prvků (tetragony). Aplikace provede základní síťování, které lze v kritických oblastech upravit (zjemnit).

Vygenerovaná síť konečných prvků

Postup při analýze má svůj logický postup, který kopíruje poměrně reálný průběh děje. Tento postup je v simulačním nástroji zachytáván pomocí prohlížeče obdobně jak tomu je při modelování součástí v Autodesk Inventoru.

Nastavení okrajových a materiálových podmínek

Další velmi důležitou fází analýzy je definice vlastností. V našem případě se jedná o tekutinu a pro zjednodušení zvolíme proudění vody za standardní teploty a tlaku.

Definice vektoru rychlosti proudění

Dalším krokem, který je v oblasti FEM výpočtů naprosto kritický je volba okrajových podmínek. Pro proudění tekutin se v našem případě jedná o definici vstupních a výstupních vektorů proudnic a specifikaci vpusti a výpusti.

Definice průřezů vpusti a výpusti

Další okrajovou podmínkou je definice proudění a jeho průběhu v čase, protože se jedná v našem případě o proměnlivé hodnoty (něco jako utahování a povolování kohoutku od vodovodu).

Nastavení parametrů proudění v jednotlivých segmentech

Po zadání okrajových podmínek můžeme spustit analýzu. Rychlost výpočtu je závislá na složitosti modelu a výkonu systému. U takto jednoduché úlohy, kdy je síť prvků poměrně hrubá se ovšem nemusíme obávat rychlého dosažení výsledku simulace. 

Rychlost proudění na vpusti při analýze

Výsledem je viditelný na výše a níže uvedeném obrázku. Aplikace velmi názorně a ilustrativně zobrazuje rychlost proudění. Logicky je na rozdvojeném výstupu nižší. Hodnoty jsou patrné z barevné legendy.

Rychlost proudění na výpustích

Moderní FEM aplikace umožňují nejen prezentovat výsledky na statických obrázcích, ale také dokáží analyzovat děj v čase. Fluid analýza v Autodesk Simulation Multiphysics navíc dokáže každý zvolený bod proudění analyzovat a trasovat. Tato metoda se nazývá Streamlines (proudnice). 

Přiřazení proudnic do jednotlivých bodů

V aplikaci lze zobrazit jednu, případně několik stovek proudnic, vše je více či méně volbou optimálního nastavení v závislosti na výkonu použitého hardware.

Zobrazení proudnic v jednotlivých oblastech

Závěrem článku bych si posteskl nad nedostatkem informací a tutoriálů, který bohužel komplikuje vlastní osvojení software. Problematika FEM technologií není především v oblasti správné volby okrajových podmínek a interpretace výsledků příliš snadná. Jedinou možností se pak stává vyhledání ukázkových příkladů na YouTube. Jistě velmi pěknou alternativou k našemu příkladu je následující video:

http://www.youtube.com/watch?v=oL_DOxFagvI

Ilustruje prakticky výše uvedené řešení.

Ukázková simulace proudění v Autodesk Simulation Multiphysics