Pevnostní analýza v AIP 3. díl – Omezení modulu Pevnostní analýza

Jak již bylo řečeno v úvodním článku tohoto seriálu, modul Pevnostní analýza v Inventoru je založen metodě konečných prvků (MKP). Tato metoda je v praxi velice oblíbená a na trhu je k dostání široká paleta komerčního software. Autodesk má také své želízko v ohni – Autodesk Simulation. Pokud však chceme provést pouze jednoduchou analýzu, která zapadá do konstrukčního procesu, vystačíme si s Inventorem Professional. Musíme mít však na paměti určitá omezení.

První omezení, které je třeba mít na paměti, se týká materiálového modelu. V Autodesk Inventoru do verze 2013 (a zatím to vypadá, že tomu bude i nadále) nelze simulovat nic jiného lineárně elastický, homogenní, izotropní materiál. Přesněji řečeno, lze simulovat pouze materiály a jejich chování, které lze popsat pomocí Hookova zákona.

S tímto zákonem se setkal každý strojař, potažmo konstruktér již na střední škole, kde bývá součástí osnov již od prvních ročníků. Tento zákon říká, že napětí je přímo úměrné přetvoření, resp. deformace je přímo úměrná napětí. Konstanta úměrnosti se obvykle značí E – modul pružnosti v tahu a spolu s µ jsou to charakteristické veličiny pro použitý materiál.

Obr. 1 – Tahový diagram pro konstrukční ocel. Simulace v Inventoru se pohybují pouze v oblasti O-U‘, tj. v oblasti, kde platí Hookův zákon.

Homogenní materiál znamená, že má v celém svém objemu stejné vlastnosti a s polohou se nemění. V praxi většinou uvažujeme vždy homogenní materiál, pokud zrovna nesimulujeme odlitky s vměstky nebo např. případy, kde je potřeba uvažovat polotekutý stav kovu. Nic z toho však v Inventoru simulovat nelze. Izotropní materiál je takový materiál, který má ve všech svých směrech stejné vlastnosti, jinak řečeno – nezáleží na směru zatěžování. Materiály, které nejsou izotropní, označujeme jako anizotropní a takovýmto materiálem je např. dřevo nebo drtivá většina plastů. Podmnožinou anizotropních materiálů jsou ortotropní materiály, ale z hlediska Inventoru je to jedno – nic jiného, než izotropní materiály v Inventoru simulovat nelze.

Obr. 2 – Náhled do materiálové knihovny Inventoru. Výstražný vykřičník se zobrazuje pouze u materiálů s nezadanými daty, ale pro simulaci nelze použít mnoho dalších materiálů, třeba fenolovou pryskyřici, která výstražnou značku nemá.

Další omezení se týká zatěžování jako takového. Každý výpočtář zná rozdíl mezi tzn. statickými a tranzientními úlohami. Ve statických úlohách zatěžující podmínky se s časem nemění – jsou statická. Oproti tomu, pokud uvažujeme časově závislé zatěžování, kdy síla či tlak v čase mění své hodnoty, jedná se o tranzientní analýzu, kterou však v Inventoru simulovat nelze. Jak je řešena problematika dynamické simulace, se dozvíte v některém z příštích článků.

Možná jedno z nejbolestnějších omezení modulu Pevností simulace – omezení paralelizace. Proces výpočtu běží pouze na jednom procesorovém jádře. Více se o této problematice dozvíte v samostatném článku.

Obr. 3 – Pohled na výpočetní proces Inventoru. Na 4jádrovém CPU se lze dostat pouze na 25 % vytížení. Na 8jádrovém CPU lze dosáhnout pouze 100/8 = 12,5 % atd.

Kromě jiného, uživatel má pouze limitované možnosti, jak ovlivňovat konečně prvkovou síť. V softwarech, které jsou určeny pouze pro MKP simulace, má uživatel síť plně pod kontrolou. V Inventoru je konečně prvková síť řízena primárně vnitřním výpočetním algoritmem, který uživatel ovlivňuje pouze pomocí několika málo parametrů. Taktéž nelze kontrolovat tvar konečného prvku ani použitý řešič atd.

Rada na závěr: Nesnažte se v Inventoru simulovat něco, co v Inventoru simulovat nelze!

V příštím článku se vrhneme na první simulaci.