!function(f,b,e,v,n,t,s) {if(f.fbq)return;n=f.fbq=function(){n.callMethod? n.callMethod.apply(n,arguments):n.queue.push(arguments)}; if(!f._fbq)f._fbq=n;n.push=n;n.loaded=!0;n.version='2.0'; n.queue=[];t=b.createElement(e);t.async=!0; t.src=v;s=b.getElementsByTagName(e)[0]; s.parentNode.insertBefore(t,s)}(window, document,'script', 'https://connect.facebook.net/en_US/fbevents.js'); fbq('init', '366319058984917'); fbq('track', 'PageView'); (function(w,d,s,l,i){w[l]=w[l]||[];w[l].push({'gtm.start': new Date().getTime(),event:'gtm.js'});var f=d.getElementsByTagName(s)[0], j=d.createElement(s),dl=l!='dataLayer'?'&l='+l:'';j.async=true;j.src= 'https://www.googletagmanager.com/gtm.js?id='+i+dl;f.parentNode.insertBefore(j,f); })(window,document,'script','dataLayer','GTM-5M6SH59');
8 minutes read
19 czerwca 2017

Etapy pracy w MES

8 minutes read

Kiedy rozpoczynałem pracę z MESem, miałem ogromny problem ze zrozumieniem, co powinienem robić. Miałem co prawda podstawową wiedzę inżynierską, ale nie mogłem pojąć, jakie kroki w jakiej kolejności należy wykonywać. Nagle okazało się, że oprogramowanie ma wiele modułów, a każdy z nich krzyczy, że brakuje mu danych. Nie wspomnę już o tym, że do MES używałem naraz dwóch różnych programów i nawet nie bylem tego świadom!

Zrozumienie systemu działania programów MES zajęło mi trochę czasu. Musiałem uczyć się wszystkiego sam. Dlatego jeśli znajdujesz się w podobnym miejscu, poniżej specjalnie dla Ciebie przedstawiam krok po kroku procedurę pracy w MES z krótki opisami, co należy zrobić na każdym z etapów.

Etap 1: Geometria

Ta część jest najbardziej oczywista. Cokolwiek zamierzasz zrobić, musisz w jakiś sposób zaimplementować geometrię do systemu. Wyobraźmy sobie, że chcemy zaprojektować wspornik, który wygląda następująco:

FEA Workflow - Geometry of the example

Pierwszą rzeczą, jaką należy zrobić, jest wprowadzenie geometrii do programu. Można to zrobić na 2 sposoby:

  • Zaimportować geometrię z CADajest to bardzo popularne rozwiązanie niewymagające wykonania geometrii w preprocesorze MES. Rozwiązanie to zakłada oczywiście, że mamy już potrzebny model 3D geometrii. Oprogramowania takie jak Inventor czy Solid Edge mają zdecydowanie więcej możliwości tworzenia geometrii niż preprocesor MESa. Większości MESowych programów oferuje jedynie podstawowe funkcje w tym zakresie, dlatego też stworzenie geometrii w „zewnętrznym” programie i zaimplementowanie go do MESa ma sens.
  • Stworzenie geometrii w preprocesorze: to druga możliwość. Zamiast używać zewnętrznych programów, można po prostu stworzyć geometrię w „oprogramowaniu MES” od podstaw.

Oba zaproponowane podejścia mają swoje mocne i słabe strony. To, które z nich jest lepsze, zależy od tego, co chce się zrobić i jakim modelem 3D dysponuje się na starcie. Bardziej popularne jest importowanie geometrii, warto jednak pamiętać, że czasami stworzenie nowego modelu jest mniej czasochłonne niż wyczyszczenie tego istniejącego. Jest to jednak temat na innego posta…

Na tym etapie należy również zdecydować, czy tworzymy model powłokowy, czy też bryłowy (lub też model powłokowo-bryłowy). Jest to bardzo szeroki temat. Załóżmy, że nasz model będzie bryłowy.

Mała rada: tak naprawdę nie potrzebujesz geometrii! Solver podczas robienia obliczeń nawet jej „nie zobaczy”. Oznacza to, że można zrobić jedynie siatkę MES bez geometrii i będzie to działać równie dobrze. Ma to sens w niektórych sytuacjach, zwykle jednak mimo wszystko robi się model geometryczny. Po prostu na ogół ułatwia on tworzenie i modyfikację siatki. Rozwiązanie to ma też inne zalety, które omówimy później.

Tworzenie geometrii może wymagać dodatkowych etapów. Czasami trzeba utworzyć „zespół” z już stworzonych części (żeby program wiedział, jak są one ułożone względem siebie). Zależy to jednak od samego oprogramowania (i zwykle nie jest zbyt skomplikowane).

Etap 2: Materiał / Warunki brzegowe / Obciążenia

Nie podzieliłem tego na mniejsze kroki, ponieważ przywykłem myśleć o tym jak o całości. Kiedy mamy już geometrię, najtrudniejsza rzecz (przynajmniej dla mnie!) jest już zrobiona. Teraz trzeba zabrać się za bardziej wymagające zadania:

  • Właściwości materiałowe: W wersji minimum trzeba przynajmniej wyjaśnić programowi, jakie części wykonane są z jakiego materiału. To jednak nie wszystko! Kiedy już zdecydujemy, jakich materiałów używamy, trzeba jeszcze ustalić, jakie modele materiałowe rozważamy (tzn. materiał może być liniowo sprężysty, wykazywać właściwości plastyczne lub być jeszcze inny). Podstawowe modele materiałowe opisałem tutaj.
  • Warunki brzegowe: jestem skłonny stwierdzić, że to najważniejsza część obliczeń. Bez wątpienia zawsze trzeba podeprzeć model, żeby móc go policzyć. Należy jednak pamiętać, że czasami jest to bardziej złożone zagadnienie niż może się wydawać. Dlatego też tutaj pisałem o wpływie warunków brzegowych na podstawie projektu, który robiłem w Enterfei.
  • Obciążenia: bez obciążeń nie byłoby w końcu co liczyć, prawda? Na ten temat również można by powiedzieć wiele… Ważne jednak, by pamiętać, że są różne typy obciążeń.

Uwaga odnośnie obciążeń i warunków brzegowych: Nasz model nie ma jeszcze zdefiniowanej siatki MES. Oznacza to, że zarówno obciążenia, jak i warunki brzegowe definiujemy w odniesieniu do geometrii (nie do siatki). Na ogół jest to dobre rozwiązanie, ale w niektórych przypadkach może być niemożliwe. Z zasady preferuję zadawanie obciążeń i podpór właśnie do geometrii. Dzięki temu, kiedy wprowadzam zmiany w modelu (zwłaszcza siatki MES), nie muszę sprawdzać i poprawiać obciążeń i warunków brzegowych.

Na tym etapie określa się również kontakty (a także ich właściwości). Jest to jednak nieco bardziej zaawansowane zagadnienie.

Etap 3: Siatka MES

To naprawdę długi temat! Trzeba tu rozważyć mnóstwo rzeczy. Podjęliśmy już część ważnych decyzji (m.in. że robimy bryłowy model), wiele jednak wciąż na nas czeka. Meszowanie to dla wielu ludzi najgorsza część pracy, ale z jakiegoś powodu osobiście wolę tę część niż tworzenie geometrii.

Najważniejsze aspekty przy tworzeniu siatki MES:

  • Jakich typów elementów należy używać
  • Jak pomeszować element (co jest umiejętnością samą w sobie)
  • Jak sprawdzić, czy rozmiar siatki MES jest dobry

Jeśli tworzysz model bez geometrii, to właśnie w tym miejscu zaczynasz swoją przygodę (a następnie definiujesz obciążenia i wszelkie inne dane w odniesieniu do siatki).

Powinienem jeszcze zaznaczyć, że tak naprawdę ten etap łączy się i miesza z etapem poprzednim. Z całą pewnością najpierw należy określić właściwości materiałowe przed meszowaniem. Model można jednak obciążać również już po jego posiatkowaniu. Oznacza to, że często zmienia się kolejność tych etapów w zależności od wykonywanego zadania.

Etap 4: Analiza

Tę część autentycznie uwielbiam! Analizę na ogół wykonuje się w innym programie, nawet jeśli się tego nie dostrzega. Zazwyczaj programy MESowe składają się z dwóch „podprogramów”:

  • Pre i post procesor: To tutaj tworzy się i definiuje cały model, a następnie przesyła plik do solvera. Solver wykonuje swoją pracę, po czym wracamy do postprocesora, by obejrzeć wyniki.
  • Solver: Pomyśl o solverze jako o ekspercie w rodzinie. Wszyscy inni zajmują się tym, by wszystko ładnie wyglądało, on natomiast jest jedynym, który naprawdę może rozwiązać problem. Zazwyczaj jest jednak tak zagłębiony w obliczeniach, że rozumie jedynie swój „ekspercki język”. Oznacza to, że trzeba poprosić rodzinę eksperta (preprocesor) o wytłumaczenie ekspertowi (solverowi), co należy zrobić. Następnie rodzina przekazuje wyniki (postprocesor). Gdyby nasz ekspert zajął się tym osobiście, wyniki byłyby naprawdę trudne do zrozumienia! Niemniej… nauka tego „eksperckiego języka” to naprawdę świetna zabawa (pozwala wierzyć, że samemu jest się ekspertem)!

Należy pamiętać, że do solvera powinien być inny podręcznik niż do pre- i postprocesora. Programy MESowe tworzą na ogół „plik wejściowy” wyglądający trochę jak język programowania (tylko nieco łatwiejszy). Następnie wysyłają ten plik solverowi (automatycznie), a solver na jego podstawie wykonuje obliczenia.

Pamiętasz, jak pisałem, że solver na ogół nie widzi w ogóle geometrii? Dzieje się tak dlatego, że geometria nie jest tłumaczona na plik wejściowy. Z punktu widzenia solvera jest ona nieistotna, liczy się jedynie kształt MESa.

Kiedy solver kończy pracę, tworzy „plik wyjściowy”. Postprocesor importuje ten plik i wyświetla rezultaty. Oba pliki (wejściowy i wyjściowy) można czytać w edytorze tekstu.

Analiza to dla mnie najważniejsza część w MESie, nawet jeśli czasami jest to tylko „jedno kliknięcie”. Można tu zdefiniować wiele niesamowitych rzeczy jak nieliniowość geometrycznamateriałowa.

Etap 5: Post-processing

Na ogół w wyniku analizy otrzymuje się naprawdę dużo różnych wyników. Postprocesor to ta część, w której można je wszystkie zobaczyć. W oprogramowaniu jest to tylko funkcja „wyświetlania wyników”. Jako inżynier powinieneś jednak zrobić więcej. Nie wystarczy jedynie obejrzeć wyniki i przekleić do raportu. Musisz zastanowić się, czy wyniki są poprawne, czy nie ma błędów. Co najważniejsze jednak, musisz zdecydować, czy akceptujesz taki wynik, czy też trzeba coś wzmocnić (lub też może jest szansa na optymalizację).

Tak naprawdę sprawdzanie, czy dana część ma odpowiednią nośność, bazuje przede wszystkim na umiejętnościach korzystania z postprocesora. Samo uzyskanie wyników na ogół jest łatwe.

Do tego etapu należałoby jeszcze włączyć tworzenie raportu, jako że jest to również bardzo ważna umiejętność.

Chcesz się uczyć MESa?

To super, mam dla Ciebie darmowy kurs z podstaw stateczności i MES – możesz się na niego zapisać poniżej : )

Author: Łukasz Skotny Ph.D.

Mam ponad 10 lat doświadczenia w praktycznym wykorzystaniu MES w projektowaniu (prowadzę własne biuro projektowe), a do tego przez dekadę byłem wykładowcą na Politechnice Wrocławskiej. Obecnie tutaj dzielę się swoją wiedzą z inżynierii i MES dzięki kursom oraz na blogu!

Read more

Stateczność konstrukcji stalowych da się lubić...

Zapisz się na darmowy kurs ze stateczności

Join the discussion

Comments (0)

Zapisz się na mój Newsletter

otrzymasz darmowy kurs ze stateczności konstrukcji stalowych