Opracowanie udanego i efektywnego modelu do analizy metodą elementów skończonych (MES) może być frustrującym doświadczeniem dla inżynierów projektantów. Model musi być prosty i łatwy do odtworzenia, a jednocześnie wystarczająco złożony, aby zapewnić prawidłowe wyniki badań. Stwarza to problem, w którym modele są często albo zbyt uproszczone i przybliżone, aby zapewnić dokładną analizę, albo model jest zbyt skomplikowany, aby można go było łatwo przetworzyć.
Ważnym krokiem w ulepszaniu modelu FEA jest uproszczenie modelu. Jednakże, model musi być uproszczony we właściwy sposób, aby zapewnić dokładną analizę.
Generowanie geometrii modelu jest jednym z najtrudniejszych aspektów analizy elementów skończonych (MES). Częstym błędem popełnianym przez początkujących użytkowników metody elementów skończonych jest założenie, że model CAD (Computer Aided Design) stworzony w procesie projektowania produktu może być bezpośrednio wykorzystany w analizie FEA. Modele CAD projektantów zazwyczaj zawierają ogromne ilości szczegółów i ich włączenie do metody elementów skończonych może zająć godziny lub dni przetwarzania.
Modele CAD pomagają projektantom wizualizować produkt, generować rysunki instruktażowe dla mechaników, pomagają inżynierom produkcji lub inżynierom pakowania określić, w jaki sposób produkt będzie bezpiecznie dostarczony do klienta oraz wykonać wiele innych czynności. Dla niektórych z tych działań, najdrobniejszy szczegół może być ważny i z tego powodu modele CAD projektantów mogą być bardzo skomplikowane.
Jednakże, wiele z tych szczegółów jest często niepotrzebnych w metodzie elementów skończonych. Co gorsza, włączenie niepotrzebnych szczegółów do modelu FEA może skutkować niskiej jakości siatkami, nieefektywnym czasem trwania symulacji i niedokładnymi wynikami. Dla analityka, zrozumienie kiedy i jak uprościć model, który został mu przekazany przez projektanta, jest kluczową umiejętnością dla efektywnej symulacji FEA.
Usuwanie niepotrzebnych cech obiektów
Prawdopodobnie najbardziej powszechnymi szczegółami, które mogą być natychmiast usunięte z większości modeli CAD są zaokrąglenia i spiłowania. Prawdziwie kwadratowe krawędzie rzadko występują w świecie rzeczywistym – krawędzie są zazwyczaj zaokrąglone i modele CAD często zawierają takie zaokrąglenia na wielu, jeśli nie wszystkich, bryłach geometrycznych. Jednakże, kwadratowe krawędzie są znacznie łatwiejsze do tworzenia siatki w świecie MES, a większość małych zaokrągleń nie będzie miała wpływu na obliczenia globalnego przemieszczenia. Narzędzia CAD zazwyczaj posiadają funkcję pomagającą w usuwaniu zaokrągleń/okrągleń, jak na przykład polecenie wypełnienia w programie ANSYS Spaceclaim. Odpowiednie wykorzystanie tych funkcji może szybko zmniejszyć złożoność modelu przy niewielkim wysiłku użytkownika.
Wprowadzanie efektywnych geometrii i ograniczeń
Innym powszechnym uproszczeniem jest usuwanie nieistotnych ciał lub zastępowanie ich efektywnymi geometriami lub ograniczeniami. Na przykład, większość zespołów mechanicznych zawiera elementy złączne, takie jak śruby i nity. Czasami może być konieczne uwzględnienie geometrii śruby w modelu; jednakże w wielu przypadkach geometria śruby może być zastąpiona znacznie uproszczoną geometrią 3D, elementami belki 1D lub nawet całkowicie usunięta i przybliżona za pomocą sztywnych ograniczeń kontaktowych lub stałych warunków brzegowych.
Na przykład, jeśli symulowane są wstrząsy mechaniczne na PCBA o wymiarach 12″ na 12″, bardzo małe komponenty, takie jak rezystory 0201, nie będą miały wpływu na globalną sztywność modelu i mogą być całkowicie usunięte. Większe komponenty, takie jak 16 PIN SOIC mogą wymagać modelowania, ale lut może być zastąpiony i przybliżony sztywnym kontaktem pomiędzy przewodami a płytką. ANSYS Sherlock jest narzędziem, które może pomóc w generowaniu modelu FEA-ready na podstawie informacji dostępnych na etapie projektowania PCBA, pobierając informacje ECAD przeznaczone do produkcji PCBA i automatyzując tworzenie uproszczonego, siatkowanego, gotowego do FEA modelu PCBA.
Dowiedz się więcej o tym, jak FEA może skorzystać z Sherlock Automated Design Analysis Software.
Blog:Jak poprawić model fea: prawidłowe generowanie siatki |