Autodesk Simulation – hodnocení kvality sítě

Odhad kvality sítě dokáže zkušený výpočtář provést okem. Pro začínající uživatele je ovšem nezbytné si nejdříve osvojit základní pravidla ohledně toho, jak má kvalitní síť vypadat. V mnoha případech totiž opravdu dokážeme i od oka říci, že síť je nedostačující. Obecně bohužel nelze říci, jak veliký bude například rozdíl ve výsledcích pro špatnou síť vůči kvalitní, nicméně postačuje vědět, že tam rozdíl být může. Síť se špatnou topologií navíc vede k zdlouhavější konvergenci výsledků, což může v krajním případě způsobit až úplnou neschopnost dosáhnout výsledku (divergenci).

Algoritmy, které mají na starost tvorbu sítě, dokáži ve většině případů vytvořit poměrně kvalitní síť. Zejména výchozí nastavení před zásahem uživatele má ovšem za výsledek poměrně hrubou síť. Ideální síť sama o sobě je dnes vlastně hledáním kompromisu mezi hustotou a rychlým výpočtem. Tyhle dvě vlastnosti jsou totiž vůči sobě závislé (čím jemnější síť – tím delší výpočet).

Jedním z dalších aspektů kvality sítě je její topologie. Kvalitní elementy z hlediska topologie by měly znamenat co nejvíce pravidelné útvary. Například u triangulární sítě to znamená, že síť je tím kvalitnější, čím jsou její elementy podobnější rovnoramennému trojúhelníku. V Autodesku Simulation máme k dispozici i nástroj, který umožňuje vykreslit tzv. aspect ratio. Tj. vlastnost, která nám poskytne exaktní hodnotu kvality každého elementu.

Obr. 1 – aspect ratio – kvalita elementu

Mechanismus výpočtu se pro konkrétní aplikace a konkrétní typy elementů liší. Pro trojúhelníkový element (obr. 1) jej lze definovat jako poměr mezi opsanou a vepsanou kružnicí. (AR=D1/D2 dle obr. 1). Tento poměr by měl co nejblíže hodnotě 1. Čím více se vzdaluje od jedničky, tím horší je kvalita elementu. Během výpočtu se totiž zvětšuje zaokrouhlovací chyba. Pojďme se nyní podívat na konkrétní možnosti vykreslení tohoto parametru.

Prvním krokem je v produktu Simulation vytvoření povrchové sítě. To bylo pro objemová tělesa popsáno např. v tomto článku. Nutným dalším krokem je vytvoření objemové sítě (obr. 2). To provedeme pomocí kliknutí pravým tlačítkem na název součásti ve stromě a volbě položky Create solid mesh z kontextové nabídky. Následující okno jen potvrdíme a počkáme na vytvoření sítě – tento proces může v závislosti na nastavení chvíli trvat – bude pravděpodobně časově náročnější než tvorba povrchové sítě.

Obr. 2 – vytvoření objemové sítě

Pro účely kontroly sítě je nezbytné spustit simulaci, byť je bez okrajových podmínek. Klíčové je tedy pouze „odemknout“ položku results nad prohlížečem (obr. 3). K tomu již chybí pouze definice materiálu. Ve stromu tedy klikneme pravým tlačítkem na položku material a doslova „nějaký“ vybereme. Pro potřeby kontroly kvality sítě je konkrétní materiál irelevantní.

Obr. 3 – materiál

Nyní již můžeme spustit prázdnou simulaci a odemknout položku results. Panel nástrojů -> analysis -> analysis -> run simulation dle obr. 4. Po proběhnutí analýzy lze očekávat jisté chybové hlášky z důvodu absence okrajových podmínek. Ty lze ignorovat, jelikož o příčině víme.

Obr. 4 – spuštění simulace

Po dokončení se prostředí automaticky přepne do části results a model pravděpodobně vykazuje nulové hodnoty – je celý modrý (obr. 5).

Obr. 5 – automatické vykreslení prvního výsledku – nulové hodnoty

Pro vykreslení hodnot Aspect Ratio pro konkrétní elementy musíme tuto položku aktivovat z panelu nástrojů. Panel nástrojů -> results contours -> other results -> element properties -> aspect ratio dle obr. 6.  

Obr. 6 – Aspect ratio jako jeden z ostatních výsledků analýzy

Na panelu nástrojů se nyní vykresluje hodnota pro každý element a vyhodnotit ji lze pomocí škály barev na levé straně (obr.7).

Obr. 7 – vykreslení AR

Pro exaktní porovnání doporučuji deaktivovat položku smooth results na panelu nástrojů -> results contours ->settings -> smooth results dle obr. 8. Každý element bude poté zbarven čistě dle škály a nebude obsahovat žádné přechody.

Obr. 8 – vypnutí vyhlazování výsledků

Dále je vhodné zapnout současné zobrazení elementů a vykreslení výsledků – panel nástrojů -> view -> appearance -> visual style -> shaded with mesh dle obr. 9.

Obr. 9 – zapnutí zobrazování hran elementů

Se zmíněným nastavením je již zobrazení výsledků vypovídající pro každý element zvlášť a lze je interpretovat (obr. 10).

Mějme na mysli, že vyhodnocení hodnoty AR je pro objemovou síť – tím lze vysvětlit případné nejasnosti pro případy velmi odlišných hodnot AR pro téměř stejně vypadající elementy. Jejich třetí rozměr je totiž většinou skryt uvnitř součásti a my nemáme na první pohled představu o jeho geometrii.

Obr. 10 – zobrazení hodnot AR dle barev pro konkrétní elementy

V tomto článku jsme si tedy popsali nástroj, který nám umožní hodnoty zobrazit. V některém z příštích článků se podíváme na to, jak lze tyto hodnoty aktivně vylepšit.