Témata
Reklama

Další krok ke komplexní simulaci fyzikálních jevů

15. 06. 2005

V různých výzkumných a vývojových centrech se objevuje stále více programů určených pro modelování a simulaci. Svou pozici si úspěšně buduje také program Femlab, určený k simulaci a modelování různých fyzikálních dějů.

Program Femlab, vyvíjený švédskou společností Comsol, se uplatňuje všude tam, kde lze využít k popisu úlohy parciální diferenciální rovnice (PDE) s následným řešením vytvořených geometrických modelů metodou konečných prvků. Na stránkách tohoto časopisu byly uvedeny již v minulosti podrobnější informace obsahující popis tohoto programu a pracovní postupy. Jako oblast využití byly zmiňovány obory, jako je například akustika, návrh antén, elektromagnetismus, dynamika tekutin, bioinženýství, šíření vln, pružnost a pevnost, tepelně zatížené systémy, chemický průmysl, geologie a další. V současné době byla uvedena na trh nejnovější verze 3.1, která vedle řady nových vlastností v samotném jádru Femlabu nabízí také další tři specializované moduly, což vlastně představuje rozšíření knihoven PDE a příslušného grafického rozhraní. Jejich použití zajišťuje uživateli komfortnější práci s modelem, zadávání okrajových podmínek a subdomén, jako jsou např. vlastnosti materiálu nebo vnitřního prostředí. Vedle dřívějších specializovaných modulů z oblastí elektromagnetismu, průmyslové chemie a pružnosti a pevnosti jsou tak k dispozici:
  • modul pro výpočty prostupu tepla (Heat Transfer Module);
  • modul pro přírodní vědy (Earth Science Module);
  • modul pro řešení mikroelektromechanických systémů (MEMS Module).
  • V knihovně řešených příkladů (Model Library), která je standardní součástí Femlabu, je uvedeno ke každému modulu několik řešených příkladů s jejich podrobným popisem a pracovním postupem při jejich vytváření.
    Reklama
    Reklama
    Reklama

    Modul pro výpočty přestupu tepla

    Specializovaný modul pro výpočet přestupu tepla umožňuje řešit následující aplikační oblasti:
    a) obecný přestup tepla, jenž je základním aplikačním režimem modulu, protože řeší přestup tepla prouděním, vedením a sáláním, přičemž přenos tepla sáláním lze definovat v režimech z povrchu do okolí a z povrchu na povrch. Poslední uvedený režim využívá metodu radiosity, kdy se bere v úvahu difuzní odraz a stínění;
    b) aplikační režim pro tenké skořepiny využívá 3D tenké konstrukce s elementy "shell", ve kterých se předpokládá konstantní rozložení teploty po jejich tloušťce, což umožňuje modelovat složité tenkostěnné konstrukce s minimálními nároky na výpočetní zařízení;
    c) neizotermální proudění tekutin, které řeší modely s proměnnou hustotou. Hustota tekutiny může být popsána libovolným vztahem závisejícím na tlaku a na teplotě;
    d) aplikační režim pro bioteplo umožňuje zadávat empirické vlastnosti do standardních formulací pro přestup tepla v živých tkáních. Tento aplikační režim lze použít nejenom v zařízeních pro biotechnologie, ale i v oblastech, kde jsou řešené modely v kontaktu s živou tkání.
    Využití shora definovaných aplikací může být aktuální v elektronice při ovládání vznikajícího tepla např. při výrobě polovodivých materiálů, při chlazení nebo zahřívání desek osazených čipy a nebo při udržování vznikající teploty na provozních hodnotách. Další oblast využití může být při analýze případů tepelného zpracování materiálů, při změně skupenství v metalurgii nebo v potravinářském průmyslu. Společným jmenovatelem při tomto modelování jsou nelinearity vznikající právě při změně skupenství.

    Modul pro mikroelektromechanické systémy

    Specializovaný modul pro výpočet mikroelektromechanických systémů (MEMS) je určen vývojářům a výzkumníkům pracujícím právě v této oblasti. Jedná se o snímače, posilovače a mikrofluidní komponenty a zařízení. Hlavním rysem nadstavbového modulu MEMS je popis elektromechanických nebo termomechanických vazeb nebo interakce tekutin a konstrukcí. Hlavními aplikacemi v MEMS modulu jsou analýza tuhých těles, rovinná deformace, rovinná napjatost, piezoelektrické efekty, elektrokinetické proudění a elektrostatika. Ke klíčovým vlastnostem modulu patří schopnost pracovat s velkými deformacemi a s pohyblivými geometrickými hranicemi - ALE (Arbitrary Lagrangian-Eulerian). Modul pomáhá řešit modely obsahující zbytkové napětí, piezoelektrické vazby, elektrokinetické, elektroosmotické a elektroporézní proudění nebo Jouleovo teplo.
    Využití Femlabu a MEMS modulu může být užitečné např. ve vojenském sektoru při návrhu komunikačních zařízení, v optických bezdrátových sítích, v radiokomunikacích, ale také v leteckém a automobilovém průmyslu.

    Modul pro přírodní vědy

    Specializovaný modul pro přírodní vědy je učen výzkumným pracovníkům v geologii a v oblasti životního prostředí. V jednotlivých aplikačních režimech spojuje hned několik fyzikálních režimů (multifyzikální aplikace), jako je kombinace proudění tekutin, přestupu tepla nebo transport rozpouštěných látek. Díky tomuto modulu se ve Femlabu objevuje Richardova rovnice popisující proudění tekutin v pórovitých médiích s proměnnou strukturou.
    V aplikačním režimu využívajícím Darcyho pravidlo je při řešení hnací silou kombinace tlaku a gravitačního potenciálu. Aplikační režim pro transport rozpouštěné látky umožňuje při migraci definovat přídavné pevné látky. Rozpouštěná látka závisí na rychlosti v důsledku jejího proudění kolem pevných zrn v pórovitém médiu. Režim prostupu tepla v tomto modulu řeší efektivní vlastnosti média obsahujícího pevné látky, tekutiny a plyny. Na pozadí této aplikace se také počítá změna teploty závisející na hloubce zkoumané vrstvy.
    Charakteristickou oblastí využití modulu Earth Science je modelování podpovrchového proudění tekutin a analýza pohybu tekutiny s možností předpovědět její chování kolem pramenů. Nabízí se tak možnost například analyzovat okolí pramene a jeho případného znečištění okolními látkami.

    Novinky

    Za zmínku stojí také některé novinky v nové verzi Femlab 3.1. V prvé řadě může uživatel vytvářet různé typy sítí, což ocení uživatelé z oblasti strojírenství. Použitím těchto typu sítí se podstatně snižují nároky na paměť počítače v důsledku snížení počtu uzlů sítě a tedy i počtu stupňů volnosti. Tato výhoda může být využita také při řešení modelů složených z tenkých vrstev. Další novinkou je 64bitová verze Femlabu pro unixové platformy, jako je Linux, HP-UX nebo Solaris, využitelná v konfiguraci klient/server. Zachováno je také propojení s programem Matlab, jehož pracovní prostor a příkazový řádek může uživatel využívat jako jiný způsob práce s Femlabem. Úlohy ve Femlabu tak lze zadávat a řešit bez jeho otevřeného grafického rozhraní. Novinkou Femlabu 3.1 je také Report generátor, který umožňuje exportovat řešený model do formátu HTML a tím zpřístupnit řešenou úlohu od jejího zadání až po řešení na internetu.
    Pro zájemce o Femlab je volně k dispozici Tour CD Winter 2005, na kterém je prohlížeč 25 řešených příkladů, pomocí něhož lze nahlédnout například do zadání jejich okrajových podmínek nebo nastavení následného zpracování. Distributorem produktů švédské společnosti Comsol v ČR a střední Evropě je společnost Humusoft, s. r. o.
    Reklama
    Vydání #6
    Kód článku: 50693
    Datum: 15. 06. 2005
    Rubrika: Trendy / CAD/CAM/CAE
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Zvyšte potenciál svého 2D CAD softwaru!

    Stále příliš mnoho firem přichází o své finanční prostředky tím, že sice využívají nové technologie, ale ty nezvyšují jejich celkový potenciál. V takovém případě pomůže aplikace DraftSight od Dassault Syst?mes. Pomocí tohoto softwaru lze spouštět stávající DWG soubory a vytvářet nové za zlomek nákladů oproti jiným CAD řešením.

    Nové funkce pro automatizaci obráběcího procesu

    Nová verze CAD/CAM softwaru TopSolidAM V7.13 přináší především jednodušší programování s funkcemi, které se velmi snadno používají. Výsledkem je úspora času, které lze dosáhnout díky novému vysoce výkonnému režimu analýzy kolizí a možnosti provádět řadu úloh zcela automaticky, což přináší celkově vyšší úrovně automatizace obráběcích procesů. V nové verzi najdeme i novou strategii najíždění, která zajistí vyšší životnost obráběcích nástrojů.

    Simulace v konstrukci - klíč k inovacím

    Dlouho zažitým paradigmatem v průmyslových společnostech je striktní rozdělení konstrukčního a výpočtářského oddělení. To je sice určeno pevnými historicky danými důvody, ale ty v současné době začínají pomíjet. Ve stále více společnostech mají konstruktéři možnost provádět průběžně již během konstrukce jednoduché analýzy a vývojový proces tím zefektivnit. Jak tento trend zachytit a být úspěšní v inovativních řešeních?

    Související články
    Aerospace - vlajkový průmysl s extrémními nároky

    Letecký průmysl je ve Francii významným oborem, a tak není divu, že společnost Missler Software získala v této oblasti jedinečné zkušenosti díky spolupráci s většinou subdodavatelů v oboru. To ji spolu s tisíci díly obráběnými pomocí TopSolidCam řadí mezi špičky v leteckých technologiích.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Zlepšení produktivity navrhování a obrábění

    O něco málo více než po roce je tu opět nová verze parametrického 3D modeláře Creo. Jak se povedlo vývojářům do již páté verze Creo zakomponovat požadavky trhu a jaké jsou hlavní směry inovací?

    Příprava CAD modelu součásti pro výrobu

    NC programátoři se velmi často potýkají s problémy týkajícími se různé kvality trojrozměrných modelů potřebné pro programování obrábění. Úpravy mohou být obtížné, protože 3D modely součástí často pocházejí z různých zdrojů.

    Setkávání

    Setkávání uživatelů konstrukčních a technologických softwarů má již dlouholetou tradici. Informace o novinkách, představení nejrůznějších tipů a triků, někdy i možnost si zasoutěžit a v neposlední řadě rovněž výměna zkušeností v neformální atmosféře patří k hlavním bodům programu takovýchto akcí.

    Letadlo poháněné sluneční energií vyrazilo na cestu kolem světa

    Solar Impulse je projekt mající za cíl vyrobit letadlo poháněné sluneční energií, které dokáže obletět Zemi. Letoun je dílem švýcarského psychiatra a vzduchoplavce Bertranda Piccarda, jednoho z pilotů prvního balonu, který obletěl celý svět bez jediné přestávky, a švýcarského inženýra a podnikatele Andrého Borschberga. Vývoj zastřešuje polytechnika v Lausanne a podílí se na něm několik desítek specialistů.

    Konstrukce i technologie snadno, rychle a bezpečně

    CAD/CAM systém TopSolid verze 7.9 přináší v návaznosti na technologickou část další rozšíření možností v oblasti obecné konstrukce.

    Softwarový simulátor stavebního stroje nahrazuje nákladné prototypy

    Vývoj stavebních strojů bývá spojen se stavbou fyzických prototypů nových zařízení. Ty však vyžadují vysoké finanční náklady a množství času. Efektivní řešení dnes nabízejí softwarové simulátory. Společnost Volvo Construction Equipment zařadila do vývoje simulátor „human-in-the-loop“, který vyvinula v nástrojích Matlab a Simulink firmy MathWorks.

    Od správy nástrojů po simulaci NC programů

    V oblasti integrované správy nástrojů u společnosti KHS hraje software pro správu nástrojových dat TDM zásadní úlohu. Tento software zde byl zaveden před čtyřmi lety a v současné době poskytuje 3D modely nástrojů a nástrojová a technologická data pro NC programování, simulaci výroby, seřizování nástrojů, jakož i pro správu skladových zásob.nástrojů, jakož i pro správu skladových zásob.

    Softwarové řešení pro přípravu NC programů

    Firma FANUC nabízí možnost rozšíření svých CNC řídicích systémů o grafické programovací prostředí nazvané Manual Guide i.

    CAM pro CMM

    V posledních letech se ve strojírenství stále více dbá na přesnost výroby a tím i na kvalitu a efektivnost měřicího procesu. Měřicí proces dnes zasahuje i do různých stadií výroby, nejen do závěrečného procesu kontroly výrobku.

    Racionalizace obráběcích operací s podporou CAD/CAM systému

    V roce 2010 společnost Montupet zahájila výrobu na nové obráběcí lince v Laigneville ve Francii s cílem optimalizovat výrobu hlav spalovacích motorů a dalších slévárenských dílců pro automobilový průmysl. Mladý tým zkušebního centra pro podporu a vývoj technologií, který se v průběhu let rozrostl ze dvou na deset lidí, si vybral Missler Software jako ideálního partnera na pomoc při racionalizaci pracovních procesů ve svých závodech. TopSolid CAD a CAM jsou velmi vhodné pro systemizaci procesů obrábění a přesné zdokumentování jednoho každého výrobního postupu.

    Reklama
    Předplatné MM

    Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

    Proč jsme nejlepší?

    • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
    • Vysoký podíl redakčního obsahu
    • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

    a mnoho dalších benefitů.

    ... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

        Předplatit