Engineering

Statické analýzy

V oblasti FEM statických analýz nabízíme naše zkušenosti nejen s jednoduchými lineárními analýzami, ale i s materiálově/geometricky nelineárními, či kvazistatickými výpočty. Na základě jejich vyhodnocení jsme schopni doporučit modifikace konstrukcí a systémů tak, aby splňovaly požadavky definované klientem jak z pevnostního hlediska, tak např. z hledisek životnosti.

Naše zkušenosti pocházejí z dlouholeté spolupráce s předními českými i zahraničními partnery v oblasti automobilového průmyslu, leteckého průmyslu či oblasti kolejových vozidel.

Máme zkušenosti s širokým spektrem řešičů, využíváme však zejména Radioss. Jako pre-processor používáme především HyperMesh.

Příklady analýz

Modální analýza lopatky kompresoru

Vlastní frekvence a jim příslušné vlastní tvary jsou důležité pro určení provozních režimů, které mohou způsobovat neklidný chod, hluk a případně i poškození součásti. Na obrázku je vlastní tvar lopatky kompresoru.


Statická analýza rámu nákladního vozidla

Statická analýza rámu nákladního vozidla, uskutečněná za účelem potvrzení výsledku optimalizace provedené řešičem OptiStruct, dokládá teoretickou úsporu hmotnosti a zvýšení tuhosti svařence.


Statická analýza rámu elektromobilu

Statická analýza rámu elektromobilu

Statická-pevnostní analýza rámu elektromobilu s cílem stanovení kritických míst v celé konstrukci.

Statická analýza zadní vidlice jízdního kola

Statická analýza zadní vidlice jízdního kola

Statická pevnostní analýza zadní vidlice jízdního kola určuje místo maximálního napětí součásti. Výsledky statické analýzy jsou dále použity pro optimalizační proces vedoucí ke snížení napětí v kritickém místě.

Dynamické analýzy

Pro naše klienty nabízíme řešení jednoduchých i složitějších dynamických analýz. Máme dlouholeté zkušenosti, které vycházejí z FEM simulací nárazových zkoušek, analýz namáhání na vzpěr („buckling“). Problematiku řešíme především v softwaru Radioss, ale naše portfolio nabízí i řadu jiných možností v podobě nejpoužívanějších řešičů. Dynamické analýzy jsme schopni připravit jak v prostředí HyperMesh, tak v prostředí HyperCrash, které je zvlášť určené pro crash analýzy.

Příklady analýz

Strukturální analýza

Strukturální analýza

Strukturální analýzy jsou jedním ze základních nástrojů pro vyhodnocování součástí a jejich vlastností. Na obrázku je detail součásti z plastu, která je namáhána ohybem. Analýza znázorňuje špičkové napětí, které může při překročení povolených hodnot pro daný materiál způsobit porušení materiálu.

Plastické deformace

S využitím softwaru Radioss ve formátu block lze provádět dynamické výpočty, jejichž výstupem může být například plastická deformace, viz ukázka plastické deformace ocelové trubky.


Kompozitní materiály

Materiálový test je důležitou součástí modelování kompozitových materiálů. Videoukázka zobrazuje tahovou zkoušku s postupným zužováním vzorku až do jeho porušení. Je zde vykreslena kontura plastické deformace a také vektor posuvu.


Kompozitový čelník: Kompozitové materiály jsou dnes stále častěji využívané. Simulace kompozitových materiálů je velmi náročná zejména v jejich materiálové definici. Při nárazu kompozitové součásti do pevné bariéry dochází často ke křehkému porušení a šíření trhliny. To lze ovlivnit například uspořádáním vrstev kompozitů. Tento a celá řada dalších parametrů výrazně ovlivňují celkové chování kompozitových materiálů. Dalším stupněm modelování složitých materiálů jsou tzv. sendvičové konstrukce, kde se do definice materiálu promítají různé materiálové vlastnosti jednotlivých vrstev. Radioss rozeznává několik materiálových modelů vhodných pro kompozity.


Crash analýza

Crash analýzy se provádějí z důvodů posouzení případných škod v důsledku selhání některé součásti. Zahrnutí modelu porušení zlepšuje detailní analýzu havarijního stavu. S dostatečným množstvím vstupních informací lze správně nadefinovat porušení materiálu tak, aby analýza byla zaměřena na konkrétní havarijní případ a simulovat např. iniciaci a šíření trhlin… Na ukázce je simulace porušení trubky a následného nárazu do nedaleké konstrukce.


Optimalizace

Při optimalizaci konstrukčních částí využíváme nástroj OptiStruct, jehož optimalizační algoritmus umožňuje docílit efektivnějšího využití použitého materiálu (úspora hmotnosti) či zpevnění celé konstrukce. V mnoha případech dokonce dochází ke zlepšení obou těchto hledisek. Výsledkem pro klienta jsou doporučené úpravy konstrukce, které ať už z hlediska statického namáhání či životnosti vedou ke:

  • snížení hmotnosti při zachování pevnostních vlastností (snížení nákladů na výrobu)
  • zvýšení pevnosti a úspory materiálu tvarovou modifikací součásti
  • stanovení optimální tloušťky skořepinových konstrukcí pro naladění vhodných oblastí frekvenčního spektra pro zvýšení tuhosti konstrukce, snížení hluku apod.

Všechny optimalizační disciplíny lze libovolně kombinovat v jednom výpočtu.

Příklady analýz

Topologická optimalizace

Topologická optimalizace slouží ke koncepčnímu návrhu designu optimalizované součásti. Principem je nalezení optimální distribuce materiálu v daném návrhovém prostoru. Na základě těchto výsledků se zpravidla provádějí následující kroky pro podrobné vyladění designu součásti (shape optimalizace, size optimalizace).

Shape optimalizace spočívá v definici možných tvarů součásti a nalezení optimální kombinace mezi nimi. U tohoto typu optimalizace je využíván nástroj HyperMorph pro definici jednotlivých tvarů. V tomto příkladě se jedná o tvarovou optimalizaci rámu dvousedačky.

Shape optimalizace Topologická optimalizace

Size optimalizace je optimalizační disciplínou pro finální ladění designu součásti. Proměnnou mohou být všechny parametry definované hodnotou jako je tloušťka komponentů, modul pružnosti materiálu a podobně. Tak dochází ke změně mechanických vlastností součásti.

free shape optimalizace vidlice

Na ukázce je optimalizace vidlice jízdního kola, kde je patrný pokles napětí po optimalizaci.

Multibody simulace

  • Řešení složitých systémů pomocí metody tuhých těles (MBD)
  • Simulace – crash
  • Analýzy v oblasti dynamiky vozidel

S ohledem na naše fundované reference, nabízíme klientům rozsáhlé zkušenosti a poradenství ve stavbě, řešení a analýze systémů řešených pomocí soustav tuhých těles.

Zabýváme se zejména řešením multibody úloh v oblasti biomechaniky, pasivní a aktivní bezpečnosti. Výsledkem naší práce je doporučení na konstrukčních úpravách výrobku s cílem snížení poranění člověka.

Druhou zvláštní skupinou multibody úloh je řešení dynamických soustav.

Typickým příkladem námi poskytovaných služeb v této problematice je doporučení pro nastavení, optimalizace a analýza podvozků silničních a kolejových vozidel. Pomocí nástroje MotionSolve lze správně nastavit například geometrii podvozku.

Příklady analýz

Madymo model figuríny reprezentující tříleté dítě

Madymo model figuríny reprezentující tříleté dítě: Figurína je usazená na FE modelu sedačky a připoutaná kombinovaným modelem bezpečnostního pásu. Simulační model celé sestavy byl použit pro simulaci nárazu dle normy. Následně bylo vyhodnoceno poranění přepravovaného dítěte.

Simulace bočního nárazu

Simulace bočního nárazu dle metodiky EEVC v prostředí Madymo: Bariéra, která se určitou rychlostí pohybuje vůči vozidlu je modelována pomocí metody tuhých těles (Multibody). Model bariéry naráží za přesně stanovených podmínek do konečněprvkové boční struktury osobního automobilu. Boční struktura vozidla je připevněna k multibody částem interiéru plně v souladu s konstrukcí skutečného osobního automobilu. Mezi modelované části interiéru patří zadní sedačky vozidla, na kterých je usazen simulační model dětské autosedačky. V autosedačce je připoutáno tříleté dítě. V simulačním modelu je dítě rovněž realizováno multibody modelem figuríny z databáze Madyma.

Simulace fyzické zkoušky

Madymo model pro simulaci fyzické zkoušky dle metodiky ECER44 v prostředí Madymo: Simulační model byl zkonstruován přesně v souladu s požadavky metodiky ECE-R44. Chování modelu sedáku, na kterém je usazena dětská autosedačka, odpovídá skutečné zkušební lavici. Stejně tak nárazový impaktor odpovídá svému fyzickému protějšku. Na základě simulované zkoušky lze posoudit riziko poranění přepravovaného dítěte v konkrétní autosedačce.

Multibody model dětské autosedačky

Multibody model dětské autosedačky v prostředí Madymo: Model byl zkonstruován na základě vlastností reálné autosedačky. Základem stavby celého modelu je skelet. Do vnitřních částí skeletu je implementováno polstrování, které tvoří prostor pro přepravu dítěte. Pro model dětské sedačky byl pomocí kombinace multibody metody a konečných prvků vytvořen systém bezpečnostních pásů, který je pevně připojen ke skeletu modelu. Skládá se z celkem pěti částí, které společně „obepínají“ přepravované dítě.

Autosedačka v naklopené pozici

Autosedačka v naklopené pozici: Stejně jako v případě reálné sedačky jsme schopni v simulačním modelu realizovat „natočení“ části, ve které je uloženo dítě, vůči bázi.

Simulace střetu osobního vozidla s chodcem

Simulace střetu osobního vozidla s chodcem pomocí nástroje Madymo: Pro aplikaci v simulaci kolize vozidla s chodcem byl z databáze Madyma použit model 50% Hybrid III. Hybrid III je situován tak, abychom simulovali chůzi člověka např. po přechodu pro chodce. Model osobního automobilu obsahuje tzv. facetovou karoserii, která je postavena na MultiBody podvozku. Pro širší postižení reality je mezi podvozek a každé kolo vozidla implementován element umožňující pérování a tlumení. V konečném efektu tyto elementy umožňují simulaci jistého „naklopení“ vozidla na předek během kolize s chodcem.

Studie vlivu tvaru místa sekundárního nárazu pomocí nástroje Madymo: Simulace nárazu chodce na sekundární prvek poskytuje informaci o velikosti poranění chodce při kolizi s vozidlem. Myšlenkou tohoto typu studie je ověřit, zda může sekundární náraz způsobit vyšší poranění než primární kolize s karoserií vozidla.

Simulace střetu osobního vozidla s městskou tramvajovou soupravou: Simulace nárazů tohoto charakteru jsou provedeny s myšlenkou posouzení poranění posádky vozidel při běžných městských kolizích. Modely vozidel jsou konstruovány multibody metodou. Na podvozku (rámu) každého z vozidel byl definován akcelerometr, pomocí něhož bylo sledováno zrychlení ve třech osách (x, y, z).

Madymo model interiéru osobního vozidla

Madymo model interiéru osobního vozidla s usazenou figurínou reprezentující průměrného muže: Simulační model umožňuje plně studovat poranění posádky při čelním nárazu. Na základě chování takového modelu jsme schopni optimalizovat nastavení prvků pasivní bezpečnosti.

Simulační modely vozidel osobních automobilů v prostředí Madymo: Vozidla jsou konstruována kombinací metody konečných prvků a přístupu multibody. Multibody metoda je aplikována na podvozek vozu, přičemž každé kolo je uloženo vůči platformě pomocí tlumícího a pružinového elementu, který je umožňuje simulovat naklopení a pohyb vozidla v ose kolmé k vozovce. K podvozku je připevněna karoserie vytvořená metodou konečných prvků. Tím je dosažena vysoká geometrická přesnost tvaru karoserie.

Na karoserii každého vozidla jsou umístěny snímače zrychlení umožňující měřit zrychlení ve všech osách.

V interiéru osobních automobilů je implementováno prostředí řidiče, které disponuje všemi podstatnými prvky, ekvivalentními s prvky skutečného vozidla. Hovoříme především o palubní desce, sedadle, airbagu implementovaném ve volantu a o kompletním systému bezpečnostních pásů včetně předepínače.


Simulace čelního nárazu osobních vozidel různých velikostních skupin: Jeden ze základních typů dopravních nehod vzniklých např. při chybném předjíždění, kdy do sebe vozidla narážejí svými předními částmi. Počáteční rychlosti obou vozidel jsou definovány jako vzájemně shodné.


Simulace čelního nárazu s překrytím: Čelní náraz s překrytím je simulován z podobného důvodu jako samotný čelní náraz, přičemž zde postihujeme situaci, kdy se řidiči vozidel snaží nehodě zabránit uhýbacím manévrem a tím nedojde ke kolizi v celé šířce přední části vozidel. Překrytí je nastaveno jako cca 40 % z celkové šířky osobního vozidla.


Simulace bočního nárazu: Při bočním nárazu se snažíme simulovat situaci, kdy jeden osobní automobil stojí a z  boku do něho určitou rychlostí naráží druhé vozidlo. Jedoucí vozidlo naráží vždy do levého boku, protože při tomto nárazu je řidič stojícího vozidla vystaven mnohem vyššímu riziku poranění, než by tomu bylo při nárazu do boku pravého.

Validace simulačního modelu bariéry

Validace simulačního modelu bariéry: Validace bariéry proběhla nárazem certifikačního impaktoru, přičemž byla sledována deformace bariéry a měřena vzniklá kontaktní síla. Oba typy výsledků byly porovnávány s chováním detailního konečněprvkového modelu bariéry, jenž se svými vlastnostmi velice blíží bariéře fyzické.

Validace simulačního modelu osobního automobilu: Je nezbytně nutné, aby se chování simulačního modelu co nejvíce blížilo chování jeho fyzickému protějšku. Za tímto účelem je nutné simulační model validovat. Validace byla provedena na základě výsledků mezinárodních testů EuroNCAP, kdy dochází k nárazu vozidla do bariéry.

Validace simulačního modelu osobního automobilu v rámcí projektu e-call Validace simulačního modelu osobního automobilu v rámcí projektu e-call

Simulace čelního nárazu skútru do osobního automobilu s využitím airbagu na skútru: Multibody model jezdce na skútru a automobilu s konečně prvkovým modelem airbagu.

Simulace čelního nárazu skútru do osobního automobilu Simulace čelního nárazu skútru do osobního automobilu
Užitečné odkazy

CFD

Analýzy proudění ve statických systémech i v systémech s pohyblivými částmi tvoří nedílnou součást našich služeb pro klienty. Interakce mezi tekutinou a strukturou, otevřený povrch tekutiny, částečně stlačitelné i nestlačitelné tekutiny – tyto úlohy řešíme ve spolupráci s osvědčenými partnery pro CFD obor. S využitím nástroje HyperStudy provádíme také optimalizační návrhy geometrie součástí za účelem zlepšení proudění. Pro vyhodnocení výsledků nejen z řešiče AcuSolve, ale i jiných (například Radioss, OptiStruct a další) využíváme vyhodnocovací software HyperView.

Termální analýzy

Přenos tepla, analýza a ovlivnění toku tepla, optimalizace součásti z pohledu tepelného zatížení jsou služby z oblasti termálních analýz, které pro klienty spolu s našimi partnery řešíme. Zabýváme se zejména určením tepelného zatížení v kombinaci s předložením nového návrhu designu součásti.

Návrh nového řešení termální analýzy často spojujeme s optimalizačními úlohami, případně DOE studiemi.

Další zajímavé úlohy, které řešíme, jsou kombinace teplotní analýzy s ostatními typy úloh. Typickým příkladem je kombinace teplotní a pevnostní analýzy.

Příklady analýz

Studie termální analýzy

Studie termální analýzy: Teplotní analýzy je možné provádět statické i dynamické. Výstupem takové analýzy může být například tok energie, nebo deformace součásti vlivem teplotní analýzy.


Specifické služby

  • Příprava a tvorba modelů pro různé účely (FEM+MBD), postprocessing konečněprvkových analýz a multibody simulací
  • Poradenství v oblasti pasivní bezpečnosti a dynamiky vozidel
  • DOE studie
  • Různé typy netradičních studií, simulací a ověření záměrů

Customizace

I přes soustavný vývoj síťovacího nástroje HyperMesh a post procesoru HyperView jsou za účelem zvýšení efektivity práce často poptávány specifické nástroje, které nemusí být dostupné ve standardní instalaci HyperWorks. S ohledem na architekturu samotného softwaru HyperWorks nabízíme a sami používáme uživatelsky definovaná makra poskytující širokou paletu nestandardních funkcí. V současné době naše databáze obsahuje stovky tcl scriptů. Velký počet těchto scriptů má své uživatelské tlačítko anebo přímou klávesovou zkratku umožňující okamžité spuštění.

Používaný software

Při řešení projektů používáme převážně následující systémy:

V případě zájmu klienta pracujeme v následujících softwarech:

  • ANSA
  • PAMCRASH
  • LS-DYNA
  • Abaqus
  • a další podpůrné

Reference

Společnost Advanced Engineering s.r.o. spolupracuje například s


zpět na začátek stránky