Mechanika s Inventorem 1. Úvodní pojednání

1. Mechanika s Inventorem 1. Úvodní pojednání Petr SCHILLING, autor přednášky Ing. Kateřina VLČKOVÁ, obsahová korekce Tomáš MATOVIČ, publikace

2. Obsah přednášky: Cíl projektu3 Význam mechanických analýz4 Úskalí mechanických analýz8 Využití MKP v technické praxi 9 Výstupy a závěrečná diskuse 16

3. Cíl projektu: • zvýšení atraktivity předmětu Mechanika (MEC) • zvyšování dovedností studentů v uplatňování ICT prostředků v rámci technických aplikací • analytické řešení středoškolských úloh mechaniky názorně a vhodně doplněné ICT metodami řešení • vedení ke správné definici technických problémů – mechanických modelů, bez změny jejich povahy • správná interpretace výsledků řešení • výstup: moderní a poutavá výuka a publikovaný výukový výstup

4. Význam mechanických analýz CAD data • zpravidla 3D model skutečné geometrie či připravovaného výrobku – pro potřebu analýz • vznikají na základě myšlenek konstruktéra či zadáním designéra • výstupem práce konstruktéra, ale datovým vstupem v předvýrobních etapách • důležitým parametrem kvalita CAD dat • virtuální svět – idealizace

5. Význam mechanických analýz FEM výpočty – MKP • 3D CAD geometrie - vstupem • ověření návrhu před výrobou samotného prototypu • výstupem práce konstruktéra (díly) a výpočtáře (sestavy a konstrukční celky) • simulace multifyzikálních procesů v konstrukčních celcích • důležitým parametrem míra idealizace výpočtové studie • virtuální svět – idealizace

6. Význam mechanických analýz Optimalizace • zpětný proces v průběhu předvýrobní etapy • modifikace datového vstupu - 3D CAD geometrie za účelem optimalizace výstupů FEM analýz • projevem optimalizovaný tvar dílu či konstrukčního celku s ohledem na vhodnější využití vlastností materiálu • lze provádět i opakovaně • virtuální svět – idealizace

7. Význam mechanických analýz Spočívá: • v simulování fyzikálních a multifyzikálních procesů na virtuálních součástech, jejich sestavách a konstrukčních celcích • v testování virtuálních prototypů (3D CAD geometrie) • ve značném snížení nutnosti výroby velkého množství fyzických prototypů • ve snížení finančních nákladů na výrobu prototypů • ve snížení finančních nákladů vhodnějším využitím vlastností materiálů

8. Úskalí mechanických analýz Spočívá: • v míře idealizace výpočtové studie – výpočtový model • v nutnosti správné definice parametrů výpočtové studie – možnost naprostého znehodnocení získaných výsledků • v obtížnosti při odhalování chyb • ve znalostech a zkušenostech výpočtáře • v nutnosti použití příslušného aplikačního software či modulu • ve správné interpretaci získaných výstupů

9. Využití MPK v technické praxi • 40ti letá historie • růst spojen s rozšiřováním možností metody • roste s růstem výpočetního výkonu počítačů

10. Využití MPK v technické praxi Dopravní technika • nejširší uplatnění automobilový průmysl: karoserie, motor, převodovka, elektrické vybavení atd. • kontrolní a optimalizační výpočty • cílem: zkrácení času na vývoj, snížení nákladů, zvýšení bezpečnosti atd. • široké uplatnění při stavbě lodí Letectví a kosmický výzkum • historicky první oblast nasazení – respektive MKP vyvinuta pro tuto oblast • simulace prostředí a stavů působících v průběhu funkce na letecké a kosmické systémy

11. Využití MPK v technické praxi Energetika • zvláštní bezpečnostní předpisy • statické, dynamické a teplotní výpočty • vývoj: čerpadel, potrubních rozvodů, kotlů, výměníků, turbín, budov a jejich technického vybavení • vyhodnocení únavy a životnosti, kontrola seizmických stavů a simulace havarijních stavů • jaderná energetika: bezpečnostní výpočty – simulace havarijních stavů: teroristické útoky, chyba obsluhy či přírodní katastrofy

12. Využití MPK v technické praxi Strojírenství • statické, dynamické a teplotní výpočty strojů a zařízení • vyhodnocování: deformací a napjatosti, tuhosti, stability • určování životnosti • optimalizace tvaru, materiálu a technologie Chemický průmysl • výroba plastů • speciální materiálové modely, typy elementů či zatížení (radiace, UV záření, atd.) • simulace pádů či nárazů

13. Využití MPK v technické praxi Elektrotechnika • výpočty a simulace nízkofrekvenčních a vysokofrekvenčních elektromagnetických polí pro: generátory, transformátory, cívky, indikční pece, elektromotory, magnetické zobrazovací jednotky, cyklotrony, senzory atd. Mikroelektronika a elektronika • nejmladší oblast nasazení MKP • výpočty elektronických systémů • simulace elektrostatických, elektromagnetických a teplotních polí • speciální modely pro komponenty: semikonduktory, snímače a senzory

14. Využití MPK v technické praxi Procesní inženýrství • simulace: proudění, proudění s teplem u kapalin a plynů, únos pevných částic, mísení jednotlivých složek a chemických reakcí, hoření atd. Stavebnictví • nejstarší oblast nasazení MKP • statické a dynamické výpočty staveb • výpočty v současnosti rozšířeny o problematiku: proudění, šíření znečištění, akustiku, explozní zatížení atd. • nelineární a speciální materiálové modely: beton, kovy, dřevo, kompozitní materiály, plasty, keramiky a skla

15. Využití MPK v technické praxi Speciální a vojenská technika • první MKP program vytvořen v USA pro vojenský projekt • hlavní oblast použití FEM analýz • simulace a výpočty odolnosti i účinků zbraní • simulace penetrací, explozí a destrukcí Biomechanika • medicínské a lékařské účely • simulace zubních implantátů, vývoj kardiostimulátorů, kloubních náhrad • nejnověji: modelování odezev na chirurgické zákroky, tepelné šoky v rámci onkologické léčby

16. Výstupy přednášky a závěrečná diskuse • seznámení s cíly projektu Mechanika s Inventorem • vysvětlení významu a úskalí metody MKP výpočtů (FEM analýz) • seznámení s aplikacemi metody MKP v technické praxi Závěrečná diskuse, dotazy