Projekty

Aktualności
7 Wrzesień 2022

Metoda elementów skończonych (MES) w obliczeniach wytrzymałościowych konstrukcji

Metoda elementów skończonych jest jednym z najpopularniejszych narzędzi inżynierskich używanych obecnie. Sprawdza się zarówno na etapie tworzenia prototypu, czy walidacji działania konstrukcji.

Obliczenia wytrzymałościowe konstrukcji, przy wykorzystaniu metody elementów skończonych (MES)

MES, czyli metoda elementów skończonych, to popularne narzędzie służące do przeprowadzania symulacji i analizy konstrukcji. Jest wykorzystywana praktycznie we wszystkich obszarach inżynierskich, między innymi w przemyśle lotniczym, samochodowym czy maszynowym.

W tym artykule dowiesz się:

1.       Co to jest MES?

2.       Po co wykorzystuje się MES?

3.       Algorytm Metody elementów skończonych

4.       Jakie programy wykorzystują MES?

5.       Korzyści ze stosowania MES

Co to jest MES?

Metoda elementów skończonych jest metodą numeryczną rozwiązywania równań różniczkowych. W mechanice opis analizowanego zjawiska przedstawia się najczęściej za pomocą równań matematycznych. Ich rozwiązywanie jest zazwyczaj skomplikowane i czasochłonne, a czasami wręcz niemożliwe. Wtedy z pomocą przychodzi metoda elementów skończonych, która upraszcza nam analizowany obiekt i za pomocą dedykowanego solvera rozwiązuje opisujące go równania.

Podstawowym założeniem tej metody jest podzielenie ciągłego, spójnego obiektu na wiele mniejszych elementów skończonych. Obliczenia są przeprowadzane tylko dla wybranych punktów między elementami (zwanych węzłami).

Po co wykorzystuje się MES?

Głównym zastosowaniem MES są obliczenia wytrzymałościowe konstrukcji. Analizy MES pozwalają na określenie stanu i zachowania konstrukcji bądź elementu pod różnymi warunkami, np. pod wpływem naprężenia, temperatury, ciśnienia.

MES pozwala na zasymulowanie zachowania konstrukcji pod wpływem różnych obciążeń, ale również może być wykorzystywany do przeprowadzenia symulacji przepływu, promieniowania lub kolizji.

Algorytm MES

Przeprowadzenie symulacji MES można podzielić w uproszczeniu na 4 etapy:

1.       Przygotowanie geometrii – do analizy wymagany jest model komputerowy danego elementu, który dodatkowo należy uprościć (usunąć zbędne detale) w celu optymalizacji symulacji.

2.       Tworzenie siatki obliczeniowej – przygotowany model należy podzielić na elementy skończone, jedno-, dwu-, lub trzywymiarowe. Jakość siatki ma duży wpływ na poprawność obliczeń. Im bardziej gęsta siatka (drobniejsze elementy), tym dokładniejsze wyniki uzyskamy, jednak kosztem czasu obliczeniowego. Tworzenie siatki obliczeniowej musi być kompromisem pomiędzy dokładnością i czasem obliczeń.

3.       Przypisanie warunków brzegowych – polega na przypisaniu obciążeń i wymuszeń działających na element. Mogą to być siły, ale też przyspieszenia, temperatury czy ciśnienia.

4.       Obliczenia i analiza wyników – interpretacja wyników jest bardzo ważnym elementem algorytmu. Wyniki należy porównać z danymi wytrzymałościowymi lub z podanymi założeniami i oszacować poprawność działania konstrukcji.

Jakie programy wykorzystują MES?

Programy komputerowe wykorzystujące metodę elementów skończonych można podzielić na:

·         Preprocesory – w których definiowana jest geometria i siatka obliczeniowa,

·         Procesory (solvery) – które wykonują obliczenia

·         Postprocesory – służące do graficznej prezentacji wyników.



Oprogramowania dostępne na rynku zazwyczaj zawierają wszystkie trzy części. Do najpopularniejszych programów wykorzystujących MES należą:

              ·         Midas MeshFree

              ·         Limit CAE

              ·         SDC Verifier

              ·         Midas NFX

              ·         DEP MeshWorks

Korzyści ze stosowania MES

Metoda elementów skończonych znalazła zastosowanie w wielu dziedzinach nauki i inżynierii. Wraz z rozwojem komputerów i zwiększaniem dostępnej mocy obliczeniowej, możliwe jest przeprowadzanie coraz bardziej skomplikowanych symulacji.

Symulacje komputerowe mogą w krótkim czasie przedstawić zachowanie konstrukcji pod wpływem różnych obciążeń, bez konieczności budowania prototypu co znacznie zmniejsza koszty projektu oraz pozwala zaoszczędzić czas. Dużą zaletą MES jest możliwość zasymulowania konstrukcji o skomplikowanym kształcie.

Należy jednak mieć na uwadze błędy obliczeń wynikające ze stosowanych przybliżeń oraz konieczność poprawnej interpretacji wyników.

Podsumowując, MES to potężne narzędzie, które stanowi ważną część obecnej inżynierii.

Metoda elementów skończonych jest jednym z najpopularniejszych narzędzi inżynierskich używanych obecnie. Sprawdza się zarówno na etapie tworzenia prototypu, czy walidacji działania konstrukcji. Jej niewątpliwą zaletą jest możliwość uzyskania odpowiedzi, przy relatywnie niewielkich nakładach finansowych oraz czasowych.

Przeprowadzanie obliczeń wytrzymałościowych konstrukcji

Potrzebujesz wykonać obliczenia wytrzymałościowe? Chętnie pomożemy i doradzimy najlepsze rozwiązanie. Zapraszamy do kontaktu, na jeden ze sposobów, podanych TUTAJ