การจำลอง FEM

การจำลอง FEM เพิ่มประสิทธิภาพการพัฒนาผลิตภัณฑ์

วิธีส่วนประกอบไฟไนต์เป็นวิธีที่พิสูจน์แล้วว่าสามารถลดเวลาในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ได้ วิธีนี้เป็นวิธีการที่ใช้การวิเคราะห์เชิงตัวเลขเพื่อช่วยผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีความทนทานและมีความยืดหยุ่นสูง นอกจากนี้ยังช่วยให้มั่นใจได้ถึงความปลอดภัยในการทำงานที่ดีที่สุด

การจำลอง FEM คืออะไร

การจำลอง FEM แสดงให้เห็นว่าส่วนประกอบหรือวัสดุตอบสนองต่ออิทธิพลบางอย่างอย่างไร ขึ้นอยู่กับวิธีส่วนประกอบไฟไนต์ (FEM) โดยวิธีการคำนวณเชิงตัวเลขนี้ ส่วนประกอบหรือชุดประกอบทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็นส่วนประกอบ (พื้นที่ย่อย) ในจำนวนจำกัด สิ่งนี้ทำให้สามารถคำนวณพฤติกรรมเชิงกลของแต่ละพื้นที่ย่อย และในที่สุดก็คือส่วนประกอบทั้งหมด การจำลอง FEM ขึ้นอยู่กับอัลกอริทึมพิเศษที่กำหนดค่าโดยประมาณโดยใช้การรวมกันที่ซับซ้อนของสมการเชิงอนุพันธ์ ต้องใช้คอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพพร้อมพลังการประมวลผลสูงสำหรับการจำลอง FEM ซอฟต์แวร์ FEM มักใช้ร่วมกับแอปพลิเคชัน CAD ผลลัพธ์ของการจำลอง FEM สามารถนำมาใช้สำหรับความหลากหลายของพื้นที่ที่มีปัญหาทางกายภาพต่างๆ การประยุกต์ใช้งานที่พบมากที่สุด คือการวิเคราะห์ความแข็งแรงของส่วนประกอบที่เป็นของแข็งที่มีรูปทรงซับซ้อน

การจำลอง FEM นั้นคุ้มค่าในแง่ของเวลาและค่าใช้จ่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงต้นแบบหรือผลิตภัณฑ์ที่มีราคาแพงในการผลิต และจะต้องใช้ความพยายามอย่างมากในการทดสอบ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ชิ้นส่วนต่างๆ ที่จะผลิตขึ้นด้วยโครงสร้างน้ำหนักเบาจะได้รับประโยชน์จากพลวัตที่มากขึ้น ซึ่งสามารถทำได้ด้วยการจำลอง FEM, การใช้ทรัพยากรที่ลดลง และประสิทธิภาพด้านพลังงานที่เหมาะสมที่สุด

การวิเคราะห์ส่วนประกอบไฟไนต์ใช้สำหรับงานทางเทคนิคใน

เทคโนโลยีทางการแพทย์
วิศวกรรมการบินและอวกาศ
การก่อสร้าง
การสร้างยานพาหนะ
วิศวกรรมเครื่องกลและโรงงาน
อุตสาหกรรมสินค้าอุปโภคบริโภค
วิศวกรรมศาสตร์

ดังนั้นขั้นตอนจึงเหมาะสมที่จะ

ทำเมื่อไม่สามารถคำนวณเชิงวิเคราะห์ได้
เปรียบเทียบการออกแบบหลายๆ อย่างเข้าด้วยกัน
เข้าใจพฤติกรรมทั่วไปของส่วนประกอบหรือระบบ
ตรวจจับและแก้ไขจุดวิกฤต
รับรู้และหลีกเลี่ยงการขยายใหญ่เกินไป
ค้นหาอิทธิพลที่สำคัญที่สุดต่อพฤติกรรมของส่วนประกอบ
ตรวจสอบส่วนประกอบที่ยากต่อการทดสอบทางคณิตศาสตร์

ภาวะเอกฐาน (singularities) คืออะไร

ภาวะเอกฐานเป็นจุดวิกฤตที่เกิดขึ้นเนื่องจากความไม่ต่อเนื่องในรูปทรงเรขาคณิต วัสดุ หรือเงื่อนไขขอบเขต และซึ่งต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษในแบบจำลองส่วนประกอบไฟไนต์ ในจุดเหล่านี้ จำเป็นต้องมีการปรับแต่งเมชให้แข็งแรงเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้ ในกลศาสตร์โครงสร้าง มักเกิดจุดเครียดเฉพาะที่หลายครั้งในจุดเหล่านี้ โดยค่าและขอบเขตของจุดเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความละเอียดของเมชที่แยกออกจากกันเป็นอย่างมาก ภาวะเอกฐานอาจมีสาเหตุที่แตกต่างกัน:

มุม (ภาวะเอกฐานของมุม)
การรับโหลด
การสัมผัสระหว่างส่วนประกอบที่แตกต่างกัน
การผสมผสานของวัสดุที่แตกต่างกัน

ZEISS INSPECT Correlate

ด้วย ZEISS INSPECT Correlate คุณสามารถวิเคราะห์กระบวนการแบบไดนามิก เช่น การเคลื่อนย้าย การหมุน หรือการเปลี่ยนแปลงมุม ใช้งานง่ายและมาพร้อมกับฟังก์ชั่นที่ใช้งานได้จริง ซอฟต์แวร์สนับสนุนคุณอย่างเหมาะสมในการใช้งานทดสอบ 3 มิติ

เพิ่มเติม

FEM เมชใดที่เหมาะกับความทนทานในการใช้งาน

เพื่อกำหนดความแข็งแรงต่อความล้าของส่วนประกอบ จำเป็นต้องมีคุณภาพเมชที่สูง เพื่อแสดงความเครียดที่เกิดขึ้นได้อย่างแม่นยำ FEM เมช จะต้องละเอียดที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้สำหรับการคำนวณแบบคงที่หรือแบบเป็นวงจร ตามหลักการทั่วไปในกลศาสตร์โครงสร้าง: อย่างน้อย 5 ถึง 6 ส่วนประกอบสี่เหลี่ยมบนส่วนโค้ง 90 องศา ส่วนประกอบยังต้องมีการเชื่อมต่อเครือข่ายอย่างละเอียดในทั้ง 3 ทิศทางเชิงพื้นที่ เพื่อคำนวณอายุการใช้งาน เพราะมีการประเมินแรงดันไฟฟ้าตกในทิศทางความลึกด้วย

หลักการขอวิธีส่วนประกอบไฟไนต์คืออะไร

ด้วยวิธีส่วนประกอบไฟไนต์ ส่วนประกอบที่ได้รับการวิเคราะห์จะถูกแบ่งออกเป็นส่วนย่อยๆ จำนวนมากที่มีรูปทรง 2 มิติหรือ 3 มิติที่เรียบง่าย ด้วยโครงสร้างทางเรขาคณิตที่เรียบง่าย พฤติกรรมทางกายภาพของส่วนประกอบไฟไนต์เหล่านี้จึงสามารถคำนวณได้อย่างง่ายดายโดยใช้ฟังก์ชันแนวทางพิเศษ พฤติกรรมของส่วนประกอบทั้งหมดสามารถอนุมานได้จากปฏิกิริยาของวัตถุบางส่วนเหล่านี้ต่อโหลด แรง และเงื่อนไขขอบเขต และจากการแผ่รังสีของปฏิกิริยาและภาระจากส่วนประกอบหนึ่งไปยังอีกส่วนประกอบหนึ่ง เพื่อให้ได้ค่าโดยประมาณที่แม่นยำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ จึงมีการใช้ส่วนประกอบที่มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ แต่ก็สามารถใช้ฟังก์ชันการเข้าถึงที่มีค่าสูงขึ้นเรื่อยๆ ได้เช่นกัน

วิธีการคำนวณ FEM

เพื่อที่จะสามารถดำเนินการคำนวณบนพื้นฐานของวิธีส่วนประกอบไฟไนต์ได้ จำเป็นต้องอ่านรูปทรงเรขาคณิตของส่วนประกอบจากโปรแกรม CAD ก่อน จากนั้นรายการที่จำเป็นจะถูกสร้างในพรีโปรเซสเซอร์ FEM จากนั้นป้อนพารามิเตอร์เมช เช่น ประเภทของส่วนประกอบ ขนาดส่วนประกอบ คุณสมบัติของวัสดุ เงื่อนไขขอบเขต และโหลดที่กระทำต่อส่วนประกอบ เช่น อุณหภูมิหรือแรงดัน หลังจากแบ่งส่วนประกอบออกเป็นชิ้นเล็กๆ แล้ว ก็จะสร้างเมชที่ละเอียดเพียงพอ ฟังก์ชันแนวทางพิเศษถูกกำหนดไว้สำหรับส่วนประกอบที่อธิบายพฤติกรรมของต่ออิทธิพลและเงื่อนไขขอบเขต นี่คือสมการเชิงอนุพันธ์ที่อธิบายกฎทางกายภาพที่เกี่ยวข้อง สมการเชิงอนุพันธ์เหล่านี้ เมื่อรวมเข้ากับเงื่อนไขขอบเขต เงื่อนไขเริ่มต้น และเงื่อนไขการเปลี่ยนผ่านของส่วนประกอบทั้งหมด จะทำให้ได้ระบบสมการที่สมบูรณ์ จากนั้น จะได้รับการแก้ไขโดยประมาณโดยใช้ตัวแก้สมการที่นำมาใช้ในซอฟต์แวร์การจำลอง FEM ในการวิเคราะห์ทางกล การย้ายที่ (การเปลี่ยนรูป) เป็นปริมาณผลลัพธ์ปฐมภูมิ ค่าความเครียดและความตึงสามารถวัดได้จากสิ่งนี้ ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับพฤติกรรมของส่วนประกอบบางส่วน ช่วยให้สามารถคาดการณ์ปฏิกิริยาของส่วนประกอบทั้งหมดได้ ท้ายที่สุด การวิเคราะห์ส่วนประกอบไฟไนต์จะต้องได้รับการตรวจสอบความถูกต้อง วิธีเชิงตัวเลขอนุญาตให้มีการทำงานทางกายภาพแบบรวมกันได้ และถือเป็นเครื่องมือที่มีความอเนกประสงค์ ด้วยความช่วยเหลือนี้ จึงสามารถหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดที่มีค่าใช้จ่ายสูงในต้นแบบจริงได้ล่วงหน้า นอกจากนี้ การประเมินการจำลอง FEM ยังช่วยลดเวลาในการพัฒนา วิธีส่วนประกอบไฟไนต์ช่วยให้สามารถคำนวณได้หลายอย่าง เช่น

สถิติเชิงเส้นและไม่ใช่เชิงเส้น
เทอร์โมเมคคานิกส์
พลวัต
การจำลองการขึ้นรูป
ความเสถียรในการดำเนินงาน

แหล่งที่มาของข้อผิดพลาดที่เป็นไปได้

โดยทั่วไป ข้อผิดพลาดต่อไปนี้สามารถเกิดขึ้นได้ในการจำลอง FEM:

การวิเคราะห์ปัญหาอาจทำได้อย่างไม่ถูกต้อง เนื่องจากความรู้พื้นฐานไม่เพียงพอ
หากไม่ปฏิบัติตามกฎของการสร้าง FEM เมช จะทำให้ผลลัพธ์โดยประมาณเบี่ยงเบนไปมากขึ้น
ส่วนประกอบที่มีฟังก์ชันแนวทางที่ไม่เหมาะสมกับปัญหาจะถูกนำมาใช้
ใช้พารามิเตอร์วัสดุที่ไม่เพียงพอ
โหลดที่เกิดขึ้นไม่ได้ถูกนำมาพิจารณาหรือสันนิษฐานอย่างไม่ถูกต้อง
เงื่อนไขขอบเขตอื่นๆ ไม่ได้ถูกนำไปใช้หรือถูกนำไปใช้ในลักษณะที่เรียบง่าย

เพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้น จึงจำเป็นต้องตรวจสอบการจำลอง ซึ่งสามารถทำได้โดยการเปรียบเทียบการจำลองและผลลัพธ์ที่ได้จากการทดสอบ

การใช้งานและโครงสร้าง

วิธีส่วนประกอบไฟไนต์ถูกใช้สำหรับ:

การวิเคราะห์โครงสร้าง ใช้เพื่อกำหนดโหลดและการเสียรูปของวัสดุและส่วนประกอบ ตลอดจนวิเคราะห์การสัมผัส
การวิเคราะห์ความแข็ง การใช้สิ่งเหล่านี้ วิศวกร FEM สามารถกำหนดการเสียรูปของส่วนประกอบที่เกิดจากความดันหรือความเครียดได้
การคำนวณความแข็งแรง สิ่งเหล่านี้จะกำหนดว่าส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องนั้นมีความแข็งแกร่งที่เป็นไปตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้องหรือไม่
การวิเคราะห์วงจรชีวิต โดยมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ หากส่วนประกอบและชุดประกอบทั้งหมดไม่ทนทานเพียงพอ การเรียกคืนผลิตภัณฑ์จะส่งผลให้เกิดค่าใช้จ่ายจำนวนมาก
การคำนวณการคืบคลาน ด้วยความช่วยเหลือนี้ จะสามารถกำหนดอุณหภูมิและการการเสียรูปพลาสติกของวัสดุหรือส่วนประกอบจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและเวลาภายใต้โหลด (พฤติกรรมการคืบคลาน) ได้
การจำลองความร้อน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงผลกระทบทางกลของความร้อนต่อส่วนประกอบ ในการผลิตโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์ เช่น ระหว่างการบัดกรีเซลล์ อาจเกิดการขยายตัวและความเค้นทางกลที่เกิดจากความร้อน ซึ่งสามารถมองเห็นได้ด้วยความช่วยเหลือของซอฟต์แวร์การจำลอง FEM
การวิเคราะห์การสั่นสะเทือน ใช้เพื่อพิจารณาว่าการกระทำของโหลดกระตุ้นความถี่ตามธรรมชาติของส่วนประกอบอย่างไร: การก่อสร้างอาจล้มเหลวได้เนื่องจากความผันผวน

ซอฟต์แวร์จำลอง FEM

การจำลอง FEM ด้วยเทคโนโลยีการวัดแบบออปติคอล

เทคโนโลยีการวัดแบบออปติคอลแบบไม่สัมผัสจาก ZEISS ช่วยให้ทดสอบวัสดุในสถานการณ์ต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ สามารถรวมเข้ากับอุปกรณ์ทดสอบที่มีอยู่ได้อย่างง่ายดาย และตรวจสอบพฤติกรรมของวัสดุ ส่วนประกอบ และอุปกรณ์ทดสอบในรูปแบบ 2 มิติหรือ 3 มิติได้ ไม่สำคัญว่าโครงสร้างจะแข็งหรือยืดหยุ่น ระบบการวัดแบบออปติคอลจาก ZEISS ทดสอบผลกระทบของโหลดความร้อนและเชิงกล และนำเสนอการใช้งานที่เป็นไปได้มากมายสำหรับผลการวัด ระบบการวัดดังกล่าวสามารถใช้

เพื่อสนับสนุนการจำลองเชิงตัวเลขโดยการกำหนดพารามิเตอร์วัสดุ โดยการกำหนดเงื่อนไขขอบเขต
เพื่อตรวจสอบการจำลองเชิงตัวเลขโดยการเปรียบเทียบและตรวจสอบเงื่อนไขขอบเขตผ่านการเปรียบเทียบผลลัพธ์แบบเต็มพื้นผิว
ในการจำแนกลักษณะของวัสดุ
ในการพัฒนาผลิตภัณฑ์
เพื่อการประกันคุณภาพ

เทคโนโลยีการวัดแบบออปติคัลแบบไม่สัมผัสจาก ZEISS ช่วยให้สามารถทดสอบวัสดุแผ่นต่างๆ ได้ภายใต้อิทธิพลของแรงเครียดจากการไหล เมื่อพัฒนาเครื่องมือขึ้นรูปใหม่ คุณจะต้องตัดสินใจเกี่ยวกับโมเดลการออกแบบ เพื่อจุดประสงค์นี้ จะต้องพิจารณาพฤติกรรมของโมเดลภายใต้อิทธิพลของโหลดบางอย่าง สามารถมองเห็นได้ทันทีว่าจุดสำคัญอยู่ที่ใดและสามารถทำการแก้ไขที่สอดคล้องกันได้

แชร์หน้านี้