Tvorba numerického modelu v praxi - díl druhý

,,proč jsou potřeba numerické simulace a jak je provádět správně a efektivně"

Díl první naleznete zde.

Při zkouškách se z pochopitelných důvodů snižování nákladů používají starší typy vozidel, u kterých je obtížné získat plnohodnotná data popisující geometrii vozidla a jeho chování. Proto byl pořízen jeden kompletní vzorek odpovídající typu i stavu vozidel používaných při zkouškách.

Následovala série testů jízdních vlastností a chování vozidla při průjezdu přes nerovnosti na vozovce při různých rychlostech.

Jakmile jsme zdokumentovali chování vozidla, bylo potřeba vytvořit model geometrie tzv. CAD model. K tomuto účelu jsme využili možností 3D skenování, které nám poskytlo dobrý začátek pro tvorbu CAD modelu. Již v této fázi se výpočtář rozhoduje, které prvky vozidla je nutné do modelu zahrnout a které může zanedbat. Vybírá přitom především takové prvky, které jsou podstatné z pohledu celkové tuhosti, či takové, které představují významnou hmotnost. Vytvořit model geometrie na základě 3D skenu znamená převést mračno bodů na smysluplné křivky, plochy a objemy, což v praxi představuje práci na několik týdnů. Jakmile je model geometrie hotový, je potřeba jej rozdělit na již zmiňované malé dílky – prvky, mluvíme o tvorbě tzv. konečnoprvkové sítě.

Síť je pro celkovou kvalitu modelu rozhodující a výpočtář jí proto musí věnovat potřebnou pozornost. Také se v tomto kroku musí rozhodnout, jakým způsobem bude jednotlivé části objektu modelovat s ohledem na pozici, tvar a funkci každého z nich. U každého volí, zda jej bude ve svém modelu popisovat pomocí objemových prvků, či zda bude vhodnější použít skořepinové prvky nebo prutové prvky. Na základě zkušeností musí odhalit místa, která jsou pro daný děj rozhodující a pro lepší popis na těchto místech vytvořit síť hustší. U modelu osobního automobilu je proto větší míra detailů zahrnuta především v přední části automobilu, kde dochází při nárazu k nejvýznamnějším deformacím (nejmenší prvky dosahují velikosti 9 mm), a protože je konstrukce automobilu tvořena převážně z plechů, v modelu převládají skořepinové prvky.

Po vytvoření konečnoprvkové sítě jsou jednotlivým částem modelu přiřazeny vlastnosti materiálů. Modelů materiálů je v dnešních výpočetních programech celá řada. Některé jsou vhodné pro kovové materiály, další pro plasty a jiné pro beton, některé dokáží zachytit pouze elastické deformace, další i plastické deformace a jiné i závislost na teplotě či rychlosti zatěžování. Výpočtář by měl být schopen se zorientovat v tomto obrovském množství různých modelů materiálů a vybrat ten nejvhodnější. Tím nejvhodnějším přitom nemusí být ten nejkomplikovanější, který dokáže popsat veškeré závislosti materiálového chování. Opět je klíčovou úlohou výpočtáře vybrat to podstatné. Pokud je předmětem zájmu určitý mechanismus nebo je alespoň složen z více částí, je nutné v modelu zachytit také interakce mezi nimi. Pro různé typy spojení ať už pevná spojení typu (svary, šroubová spojení …) či pohyblivá spojení (panty dveří, zavěšení kol …) musí výpočtář přijít s odpovídajícím spojením také v modelu. V případě vozidel je potom samostatnou kapitolou zavěšení kol. Model zavěšení kol totiž hraje významnou roli v celkové kvalitě modelu vozidla. Jednotlivé pružiny a tlumiče jsou obvykle nahrazeny speciálními prvky, které nahrazují silovou odezvu pružin a tlumičů. Jakmile je výpočtář hotov s interakcemi mezi jednotlivými částmi modelu je zapotřebí model otestovat.

Testuje se stabilita a robustnost nového modelu a především shoda mezi chováním modelu a chováním skutečného objektu. V případě zmiňovaného modelu malého osobního automobilu se testování modelu skládalo z několika dílčích testů. Nejprve se prověřovala stabilita a robustnost samotného modelu vozidla. Model vozidla byl zatížen gravitací, uveden do pohybu a při různých rychlostech bylo pozorováno jeho chování. Poté následovaly testovací přejezdy modelu vozidla přes nerovnosti na vozovce, přičemž se chování modelu porovnávalo s chováním skutečného vozidla. Až nakonec byly připraveny simulace nárazových zkoušek, které byly opět srovnávány se skutečností. Během testování se samozřejmě objevují i chyby modelu, u kterých výpočtář podobně jako automechanik odhaluje jejich příčinu a postupně je opravuje, a to s jediným cílem – dopracovat se až k modelu, na který se lze plně spolehnout.

Model, který je stabilní, robustní, a především odráží realitu, je pak korunou práce výpočtáře. S takovým modelem dokáže výpočtář zázraky. Snadno s jeho pomocí dokáže odhalit příčiny vad, navrhnout ochranná či preventivní opatření, může posoudit stovky různých návrhových změn a najít optimální variantu. A to je právě důvodem, proč numerické výpočty dnes tvoří rozdíl mezi úspěšnými a neúspěšnými výrobci dnešní doby.

 

Ing. Marek Šebík

 

 

Hotline:

+420 724 895 455

hotline(at)svsfem(dot)cz

Online HelpDesk

 

Sledujte nás na:

facebook youtube