ชุด: พื้นฐานของการวิเคราะห์ CAE สำหรับการออกแบบผลิตภัณฑ์พลาสติก

ตอนที่ 1 CAE คืออะไร?

เราจะแนะนำความรู้พื้นฐานของ CAE และจุดของวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ที่ใช้กันทั่วไปในการวิเคราะห์

ภาพ CAE

สารบัญ

1. ซีเออี คืออะไร?
2. ข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการใช้ประโยชน์จากพลังเต็มที่ของ CAE
3. วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์คืออะไร?
4. สรุป

ซีเออีคืออะไร?

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิเคราะห์ CAE ได้กลายเป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้สำหรับการออกแบบทางกล กล่าวโดยย่อคือ CAE ซึ่งย่อมาจาก Computer-Aided Engineering ซึ่งเป็นเทคนิคสำหรับ การใช้คอมพิวเตอร์เพื่อทำการตัดสินใจในการออกแบบที่ดีขึ้นในระหว่างกระบวนการพัฒนาผลิตภัณฑ์ โดยช่วยประเมินความเหมาะสมของผู้สมัครออกแบบและให้คำแนะนำเกี่ยวกับวิธีการปรับปรุง

ก่อนการใช้คอมพิวเตอร์ในการผลิต รายละเอียดเกี่ยวกับรูปร่างและโครงสร้างของผลิตภัณฑ์สามารถตรวจสอบได้โดยการสร้างต้นแบบจริงเท่านั้น ต้องสร้างต้นแบบรอบแล้วรอบเล่าและทดสอบความทนทานและคุณสมบัติอื่นๆ ก่อนการผลิตจำนวนมากจึงจะเริ่มได้ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ทั้งแพงและใช้เวลานาน

ขัดแย้งกับฉากหลังนี้ที่เดิมที CAE ได้รับการพัฒนาในสหรัฐอเมริกา โดยมีชุดซอฟต์แวร์เชิงพาณิชย์ชุดแรกปรากฏขึ้นในทศวรรษที่ 1970 และสาขานี้พัฒนาอย่างรวดเร็วเมื่อความสามารถของคอมพิวเตอร์เติบโตขึ้นตลอดช่วงทศวรรษ 1980 และหลังจากนั้น ทุกวันนี้ เทคนิค CAE ถูกนำมาใช้ตั้งแต่ขั้นตอนแรกสุดของกระบวนการออกแบบและการพัฒนา—เพื่อสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์และกายภาพ ทำนายข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์ ประสิทธิภาพ และคุณภาพผ่านเครื่องมือซอฟต์แวร์ และเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบผลิตภัณฑ์

แม้ว่าเดิมทีเทคนิค CAE จะใช้ในการออกแบบผลิตภัณฑ์ที่ทำจากโลหะ เช่น จรวดและเครื่องบิน แต่ในปัจจุบัน วิธีการเหล่านี้ได้กลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการพัฒนาผลิตภัณฑ์พลาสติกเช่นกัน ซีรีส์นี้เริ่มต้นด้วยการแนะนำทั่วไปเกี่ยวกับ CAE จากนั้นจะครอบคลุมหัวข้อเฉพาะเพิ่มเติม: ความแตกต่างในคุณสมบัติของพลาสติกชนิดต่างๆ การจำลองกระบวนการผลิต และการจำลองการวิเคราะห์โครงสร้างของผลิตภัณฑ์พลาสติก

■ ใช้เครื่องมือ CAE อย่างไร?

ทุกวันนี้ กระบวนการออกแบบและพัฒนาผลิตภัณฑ์ทั้งหมดเป็นแบบดิจิทัล ซึ่งอธิบายโดยคำว่า CAD และ CAM สิ่งนี้ทำให้สามารถรวม CAE ได้อย่างราบรื่น

ระบบ CAD (การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย) ช่วยในการจัดการกระบวนการออกแบบผลิตภัณฑ์ เครื่องมือ 3D CAD ที่ใช้เป็นหลักในปัจจุบันทำให้สามารถออกแบบพื้นผิวรูปแบบอิสระได้ ซึ่งเป็นการปรับปรุงที่สำคัญเมื่อเทียบกับเครื่องมือ 2D CAD รุ่นก่อนหน้า ซึ่งไม่มีระดับอิสระเพียงพอในการจัดการกับความซับซ้อนดังกล่าว ด้วยการใช้ข้อมูล 3D CAD ที่สายการผลิตของโรงงาน ทำให้สามารถออกแบบแม่พิมพ์ของผลิตภัณฑ์ได้เองด้วยเทคนิค CAD

ระบบ CAM (การผลิตโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย) เตรียมข้อมูลที่จำเป็นในการผลิตผลิตภัณฑ์ เช่น ข้อมูลการควบคุมสำหรับเครื่องมือเครื่องจักร NC เครื่องจักรควบคุมเชิงตัวเลข (NC) เป็นเครื่องมือที่ขับเคลื่อนด้วยคอมพิวเตอร์สำหรับการประมวลผลผลิตภัณฑ์โดยอัตโนมัติ ในขณะที่การตัดเฉือนแบบดั้งเดิมนั้นต้องใช้ช่างเครื่องที่เป็นมนุษย์หมุนแป้นหมุนและดึงคันโยกเพื่อทำการตัดและเจาะรูด้วยตนเอง เครื่องมือ NC อาจถูกตั้งโปรแกรมด้วยข้อมูลการควบคุมเชิงตัวเลขเพื่อทำให้ตำแหน่งและขนาดของการตัดเป็นแบบอัตโนมัติ และทุกแง่มุมของกระบวนการผลิต

กล่าวโดยย่อ ข้อมูลการออกแบบที่เตรียมโดยใช้เทคนิค CAD อาจถูกแปลงเป็นข้อมูลการควบคุมเชิงตัวเลขสำหรับระบบ CAM เพื่อให้สามารถใช้งานเครื่องจักรได้โดยอัตโนมัติ เครื่องมือ CAD และ CAM มักจะรวมอยู่ในผลิตภัณฑ์ซอฟต์แวร์ที่เรียกว่าระบบ CAD/CAM การลดขั้นตอนการประมวลผลแบบอะนาล็อกแบบเดิมลงอย่างมากทำให้วิศวกรรมมีความแม่นยำสูงขึ้นและกระบวนการปฏิบัติงานมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ขั้นตอนการออกแบบ/การพัฒนาทั่วไป อาจประกอบด้วยการใช้เครื่องมือ CAD ในการออกแบบผลิตภัณฑ์และแม่พิมพ์ การใช้การวิเคราะห์ CAE เพื่อแก้ไขข้อมูลการออกแบบและขจัดปัญหาในการผลิตผลิตภัณฑ์ จากนั้นจึงส่งข้อมูลไปยังเครื่องมือเครื่องจักร NC ที่ใช้ CAM เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์

การใช้ CAE ช่วยให้ผู้ออกแบบผลิตภัณฑ์ได้รับการประเมินโดยใช้ข้อมูลการออกแบบที่สร้างโดย CAD ก่อนที่จะมีการประดิษฐ์สิ่งใดขึ้น ในขณะที่การออกแบบผลิตภัณฑ์ครั้งหนึ่งต้องการวงจรการลองผิดลองถูกที่ยุ่งยาก ซึ่งเกี่ยวข้องกับการปรับแต่งต้นแบบที่สร้างขึ้นด้วยมือ และขึ้นอยู่กับประสบการณ์และสัญชาตญาณของช่างฝีมือผู้เชี่ยวชาญ ทุกวันนี้ กระบวนการทั้งหมดสามารถวิเคราะห์ได้ผ่านการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ วงจรการลองผิดลองถูกไม่เพียงเพิ่มความเร็วเท่านั้น แต่การวิเคราะห์ CAE ยังช่วยให้เข้าใจผลลัพธ์ได้อย่างละเอียดมากขึ้นกว่าที่มักจะทำได้ด้วยการทดสอบล้วน ๆ

 

■ เป็นไปได้อย่างไรกับ CAE?

แต่การวิเคราะห์แบบใดที่เป็นไปได้ด้วย CAE เครื่องมือ CAE ในปัจจุบันครอบคลุมโดเมนแอปพลิเคชันที่หลากหลาย ซึ่งแต่ละโดเมนถูกกำหนดโดยโฮสต์ของแพ็คเกจซอฟต์แวร์ที่กำหนดเอง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง CAE ถูกนำมาใช้ในทุกภาคส่วนของเทคโนโลยีสมัยใหม่ ตั้งแต่ผลิตภัณฑ์เครื่องกลไปจนถึงระบบไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ การออกแบบสถาปัตยกรรม กระบวนการทางเคมี กระบวนการทางการแพทย์ และอื่นๆ ตลอดจนในการศึกษาปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ ชีวิต.

ตัวอย่าง เช่น ในการออกแบบเครื่องกลและสาขาที่เกี่ยวข้อง การวิเคราะห์โครงสร้างที่ใช้ CAE ถูกนำมาใช้เพื่อให้แน่ใจว่าชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวของผลิตภัณฑ์จะไม่รบกวนส่วนประกอบอื่นๆ โดยไม่จำเป็นต้องสร้างต้นแบบ

ผลลัพธ์ของการวิเคราะห์ไดนามิกหลายตัวรูปที่ 1 ผลการวิเคราะห์ไดนามิกแบบมัลติบอดี้

ที่มา: แบบจำลองในวิดีโอเรื่อง “Contact Analysis”, “Disruption and Damage Analysis”(ดูวันที่ 26 กุมภาพันธ์ 2021)https://www.mscsoftware.com/product/marc

*แบบจำลองในวิดีโอเรื่อง “Contact Analysis”, “Disruption and Damage Analysis”(ดูวันที่ 26 กุมภาพันธ์ 2564)
https://www.mscsoftware.com/product/marc

 

แม้แต่ในฟิลด์ย่อยเฉพาะของการผลิตโดยใช้แม่พิมพ์ ก็ยังมีชุดซอฟต์แวร์เชิงพาณิชย์เฉพาะสำหรับการฉีดพลาสติก การหล่อโลหะ การหล่อแม่พิมพ์ แม่พิมพ์กด และภาคส่วนเฉพาะอื่นๆ เทคนิค CAE ที่ใช้บ่อยที่สุดสำหรับการฉีดขึ้นรูปพลาสติกคือ การวิเคราะห์ของไหล ซึ่ง ช่วยให้นักออกแบบสามารถจำลองว่าวัสดุพลาสติกสามารถฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์ได้อย่างถูกต้องหรือไม่

ลักษณะของการเติมเรซินที่ได้จากการจำลองการฉีดขึ้นรูปรูปที่ 2 สถานะของการเติมเรซินที่ได้จากการจำลองการฉีดขึ้นรูป

■ เครื่องมือที่จำเป็นสำหรับการผลิตสมัยใหม่

การใช้เครื่องมือ CAE เพื่อประเมินข้อมูลการออกแบบที่สร้างโดย CAD ช่วยลดการสร้างต้นแบบซ้ำ ลดระยะเวลาในการพัฒนาลงอย่างมาก และลดต้นทุน เมื่อความก้าวหน้าของซอฟต์แวร์และคอมพิวเตอร์มีประสิทธิภาพมากขึ้นและมีราคาถูกลง นักออกแบบที่มีอุปกรณ์ CAD สามารถใช้เครื่องมือ CAE เพื่อออกแบบและวิเคราะห์ผลิตภัณฑ์ได้ด้วยตนเอง โดยไม่ต้องอาศัยวิศวกรผู้เชี่ยวชาญในการวิเคราะห์เฉพาะทาง การถือกำเนิดของระบบ 3D CAD/CAM และ CAE ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของอุตสาหกรรมการผลิต

ในโลกปัจจุบัน ท่ามกลางเวลาในการพัฒนาที่ลดน้อยลงเรื่อย ๆ และความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการลดต้นทุน กล่าวได้อย่างปลอดภัยว่า การวิเคราะห์ CAE ได้กลายเป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้อย่างยิ่งสำหรับการผลิตสมัยใหม่

ข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการใช้ประโยชน์จากพลังเต็มที่ของ CAE

เทคนิค CAE มีประสิทธิภาพและสะดวกเพียงใด การเรียนรู้ศิลปะของ CAE สมัยใหม่ให้เชี่ยวชาญนั้นต้องการมากกว่าแค่การเรียนรู้เครื่องมือซอฟต์แวร์สองสามอย่าง บางคนอาจหวังว่าผลลัพธ์ของการวิเคราะห์ CAE นั้นง่ายมากจนทุกคนสามารถเข้าใจได้ทันที โดยไม่คำนึงถึงภูมิหลังหรือความเชี่ยวชาญของพวกเขา แต่สิ่งนี้ยังห่างไกลจากกรณีนี้ ความสามารถในการตีความผลลัพธ์ของ CAE อย่างถูกต้องและรวมเข้ากับการออกแบบนั้นไม่เพียงต้องการความรู้ในการใช้ซอฟต์แวร์เท่านั้น แต่ยังต้องมีความรู้พื้นฐานใน ระเบียบวินัยวิศวกรรมพื้นฐานของกลศาสตร์วัสดุ และความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับ เทคนิค CAE พื้นฐานอีก ด้วย

 

■ พื้นฐานของกลศาสตร์วัสดุ

กลศาสตร์วัสดุเป็นวิชาที่ศึกษาว่าส่วนประกอบโครงสร้างบิดเบี้ยวและแตกหักอย่างไรภายใต้แรงประเภทต่างๆ ในกลศาสตร์ของวัสดุ แรงจะแสดงด้วยเวกเตอร์ แม้ว่าแรง (เช่น แรงโน้มถ่วง) จะกระทำกับร่างกายเสมอ แต่ก็มีความสมดุลสำหรับโครงสร้างของร่างกายที่อยู่นิ่ง

แรงที่กระทำต่อส่วนประกอบโครงสร้างมีทั้ง แรงภายนอก (หรือน้ำหนักบรรทุก) และ แรงภายใน ที่เกิดขึ้นภายในส่วนประกอบเพื่อต้านทานแรงภายนอก ประเภทของแรงภายนอก ได้แก่ แรงดึง แรงอัด แรงเฉือน แรงดัด และแรงบิด แรงภายในมีลักษณะเฉพาะโดยใช้แนวคิดของ ความเค้น และ ความเครียด ความเค้นหมายถึง แรงภายในต่อหน่วยพื้นที่ผิว เนื่องจากแรงภายในที่กระทำต่อร่างกายเป็นสิ่งที่มองไม่เห็น การคำนวณจึงดำเนินการโดยพิจารณาตามแนวคิดของส่วนตัดขวางผ่านส่วนต่างๆ ของร่างกาย และใช้แนวคิดของส่วนตัดขวางเสมือนจริงและค่าสัมประสิทธิ์ของส่วนตัดขวาง การพิจารณาแรงต่อหน่วยพื้นที่ผิวทำให้สามารถแยกอิทธิพลของคุณสมบัติของวัสดุออกจากอิทธิพลของรูปทรงเรขาคณิตได้ ดังนั้น หากทราบคุณสมบัติของวัสดุ นักออกแบบสามารถมุ่งเน้นเฉพาะรูปทรงเรขาคณิตของชิ้นส่วนเมื่อทำการพัฒนาชิ้นส่วน

ภาพตัดขวางเสมือนจริงที่จำเป็นในการคำนวณความเค้นรูปที่ 3 ภาพตัดขวางเสมือนจริงที่จำเป็นในการคำนวณความเค้น

ตัวอย่างเช่น พิจารณาแท่งเหล็กที่มีหน้าตัดเป็นวงกลมซึ่งถูกดึงจากทั้งด้านซ้ายและขวาเพื่อสร้าง แรงดึง P ที่ 100 N สมมติว่า หน้าตัดเสมือนมีพื้นที่หน้าตัด 20 มม. 2 ความเค้น σ ถูกกำหนดโดย

      σ=100/20 N/mm2=5 N/mm 2 =5MPa

σ=100/20 N/mm2= N/mm2=5MPa

คือ ความเค้นที่เกิดขึ้นภายในแกนคือ σ=5 นิวตัน/มม. 2 เมื่อปรากฎว่ามีหน่วยเดียวกับความดัน ความเครียดจึงมักแสดงเป็น MPa

ความเครียด วัดขอบเขตที่วัสดุบิดเบี้ยวในรูปร่าง เนื่องจากความเครียดสามารถวัดเป็นตัวเลขได้โดยใช้สเตรนเกจ (ปัจจุบันยังวัดการบิดเบือนของตัวอย่างในวิดีโอ (DIC)) ความเครียดจึงมักใช้สำหรับการตรวจลักษณะเฉพาะของวัตถุจริงในห้องปฏิบัติการ ในขณะที่ความเครียดมักใช้ในกระบวนการออกแบบ

แม้ว่าการคำนวณทางกลศาสตร์ของวัสดุสามารถทำได้ด้วยมือสำหรับวัตถุอย่างง่าย แต่วัตถุในโลกแห่งความจริงส่วนใหญ่มีโครงสร้างที่ซับซ้อนซึ่งยากมากที่จะวิเคราะห์ผ่านการคำนวณด้วยตนเอง ตัวอย่างเช่น ความเครียดในร่างกายที่แสดงทางด้านซ้ายในรูปด้านล่างไม่ใช่เรื่องยากที่จะระบุด้วยมือ อย่างไรก็ตาม การเพิ่มรูเพียงรูเดียวให้กับตัวเครื่องตามที่แสดงทางด้านขวา ทำให้การคำนวณทางกลศาสตร์ของวัสดุมีความซับซ้อนอย่างมาก เนื่องจากความเข้มข้นของความเค้นในบริเวณใกล้เคียงกับรู

ตัวอย่างที่สามารถคำนวณความเค้นด้วยมือได้ง่าย (ซ้าย) และตัวอย่างที่ไม่สามารถคำนวณได้ (ขวา)รูปที่ 4 ตัวอย่างที่สามารถคำนวณความเค้นด้วยมือได้ง่าย (ซ้าย) และตัวอย่างที่ไม่สามารถคำนวณได้ (ขวา)

สำหรับกรณีดังกล่าว เราใช้เครื่องมือ CAE เทคนิค CAE ช่วยให้สามารถวิเคราะห์วัตถุที่มีรูปร่างซับซ้อนได้อย่างง่ายดาย

 

สามแนวทางหลัก สำหรับ CAE

การวิเคราะห์ CAE ดำเนินไปโดยใช้เทคนิคต่างๆ เพื่อแบ่งส่วนประกอบและโครงสร้างออกเป็นหน่วยเล็กๆ ที่ง่ายต่อการวิเคราะห์ ทำให้เกิดระบบสมการคู่ที่สามารถแก้ไขได้ด้วยตัวเลข ปัจจุบันมีเทคนิค CAE หลักสามแบบที่ใช้กันทั่วไปในการจำลองของเหลวหนืดและของแข็ง ได้แก่ วิธีไฟไนต์ดิฟเฟอเรนซ์ วิธีขอบเขตองค์ประกอบ และวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์

(1) Finite-Difference Method (FDM) เป็นวิธีการวิเคราะห์ที่เก่าแก่ที่สุดที่ยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน เทคนิคนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายใน การวิเคราะห์ของไหล โดยแยกวัตถุที่สนใจออกจากโครงตาข่ายมุมฉากที่เรียกว่าตารางผลต่างจำกัด ข้อเสียเปรียบของเทคนิค FDM คือไม่เหมาะกับการวิเคราะห์เนื้อหาที่มีขอบเขตโค้งหรือเงื่อนไขขอบเขตที่ซับซ้อนอื่นๆ

วิธีจำกัดความแตกต่าง (FDM)รูปที่ 5 วิธีไฟไนต์ดิฟเฟอเรนต์ (FDM)

(2) วิธีองค์ประกอบขอบเขต (BEM) เป็นเทคนิคที่แยกเฉพาะขอบเขตของขอบเขตวัสดุสำหรับการวิเคราะห์ทางคอมพิวเตอร์ วิธีการนี้มักใช้ในการศึกษาการกำหนดค่าของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

วิธีองค์ประกอบขอบเขต (BEM)รูปที่ 6 วิธีองค์ประกอบขอบเขต (BEM)

(3) วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEM) เป็น วิธีการวิเคราะห์ที่ใช้บ่อยที่สุดในปัจจุบัน ในแนวทางนี้ เนื้อหาที่น่าสนใจจะถูกแบ่งย่อยออกเป็นคอลเล็กชันของรูปทรงง่ายๆ เช่น สามเหลี่ยมหรือสี่เหลี่ยมผืนผ้า เนื่องจากวิธีการนี้ไม่เพียงแต่สร้างแบบจำลอง 2 มิติเท่านั้นแต่รวมถึงระบบ 3 มิติด้วย จึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ เช่น การวิเคราะห์โครงสร้าง การวิเคราะห์ทางความร้อน การวิเคราะห์ความเครียด และการวิเคราะห์การสั่นสะเทือน

วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEM)รูปที่ 7 วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEM)

 

วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์คืออะไร?

■ เทคนิค FEM ถูกนำมาใช้ครั้งแรกในการออกแบบโครงสร้างของเครื่องบิน

วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ได้รับการพัฒนาขึ้นในปี 1950 เพื่อวิเคราะห์ความแข็งแรงของโครงสร้างแอร์ฟอยล์ในการออกแบบเครื่องบิน ด้วยการกำเนิดของเครื่องยนต์ไอพ่น โครงสร้างเครื่องบินจึงมีความซับซ้อนอย่างมาก ด้วยเหตุนี้จึงต้องมีการคำนวณความแข็งแรงของโครงสร้างด้วยความแม่นยำที่เพียงพอ

นี่เป็นช่วงเวลาที่คอมพิวเตอร์ดิจิทัลที่ใช้งานทั่วไปมีให้บริการอย่างกว้างขวาง ทำให้สามารถคำนวณตัวเลขได้อย่างรวดเร็ว

 

■ ปรัชญาพื้นฐานของวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์

วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ดำเนินการโดยการแบ่งส่วนของร่างกายและขอบเขตของวัสดุออกเป็นชุดของรูปทรงง่ายๆ เช่น สามเหลี่ยมและสี่เหลี่ยมผืนผ้า การแบ่งดังกล่าวเรียกว่า การแบ่งตาข่าย แต่ละองค์ประกอบในเมชเรียกว่า องค์ประกอบ และแต่ละจุดที่มีองค์ประกอบเรียกว่า โหนด.

ตัวอย่างการแบ่งตาข่ายของโมเดล 2 มิติรูปที่ 8 ตัวอย่างการแบ่งตาข่ายของโมเดล 2 มิติ

ในการวิเคราะห์สามมิติ ร่างกายจะถูกแบ่งย่อยออกเป็นองค์ประกอบสามมิติ (ทึบ)

แผ่นเรียบก่อนและหลังการแบ่งตาข่ายรูปที่ 9 ตัวอย่างการแบ่งตาข่ายของโมเดล 3 มิติ

เมื่อพิจารณาจากแรงภายนอก (เช่น แรงโน้มถ่วงหรือแรงดัน) ที่กระทำต่อแต่ละองค์ประกอบจะได้สมการสำหรับองค์ประกอบนั้น เนื่องจากแต่ละองค์ประกอบเชื่อมต่อกับหลายโหนด แรงภายนอกที่กระทำต่อแต่ละองค์ประกอบจะถูกส่งผ่านโหนดไปยังเพื่อนบ้านและจากที่นั่นไปยังโครงสร้างทั้งหมด การประกอบสมการสำหรับองค์ประกอบทั้งหมดทำให้เกิดระบบสมการเชิงเส้นพร้อมกัน ซึ่งอาจแก้ไขได้เพื่อให้ได้การกระจัดหรือความเค้นสำหรับแต่ละองค์ประกอบ กล่าวโดยย่อ วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ช่วยแก้ปัญหายากๆ โดยแยกย่อยออกเป็นชุดสมการง่ายๆ แล้วแก้สมการเหล่านั้น แน่นอน เมื่อใช้วิธีการนี้เพื่อวิเคราะห์ปัญหาที่ซับซ้อน จำนวนสมการที่ควบรวมอาจมีขนาดใหญ่มาก—เป็นพันหรือหลายล้าน—ซึ่งต้องใช้การคำนวณเมทริกซ์บนคอมพิวเตอร์เพื่อให้ได้คำตอบ

 

■ คุณลักษณะสำคัญของวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์

โหนดที่กำหนดให้กับจุดยอดของแต่ละองค์ประกอบเรียกว่า องค์ประกอบลำดับที่หนึ่ง ในบางกรณี โหนดจะถูกกำหนดให้กับจุดกึ่งกลางภายในรูปทรงด้วย ทำให้ได้ องค์ประกอบอันดับสอง ความแม่นยำของการคำนวณอาจปรับปรุงได้โดยการเพิ่มจำนวนโหนด

ตัวอย่างความแตกต่างของลำดับธาตุรูปที่ 10 การแยกแยะองค์ประกอบที่มีขอบเขตของคำสั่งต่างๆ

อีกทางหนึ่ง ความแม่นยำอาจได้รับการปรับปรุงโดยการปรับแต่งการแยกตาข่ายเพื่อเพิ่มจำนวนองค์ประกอบในแบบจำลอง การปรับปรุงอย่างใดอย่างหนึ่งเหล่านี้ทำให้โซลูชันไฟไนต์เอลิเมนต์โดยประมาณเข้าใกล้โซลูชันทางทฤษฎีที่แน่นอนของปัญหา ซึ่งทำให้ต้องใช้เวลาในการคำนวณเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน ไม่ว่าเราจะปรับแต่งโมเดลของเราอย่างละเอียดเพียงใด โดยทั่วไป ก็ไม่สามารถสร้างรูปร่างที่แท้จริงของวัตถุที่ซับซ้อนได้ ท้ายที่สุดแล้ว การวิเคราะห์ CAE ไม่มีอะไรมากไปกว่าเทคนิคในการแปลงปัญหาที่ซับซ้อนให้เป็นแบบจำลองที่สามารถคำนวณได้เพื่อให้ได้ผลลัพธ์โดยประมาณ

จำเป็นต้องพูด กระบวนการออกแบบในโลกแห่งความเป็นจริงจะต้องเสร็จสิ้นในระยะเวลาที่จำกัด เนื่องจากการวิเคราะห์แบบไฟไนต์เอลิเมนต์และเทคนิค CAE อื่น ๆ ถูกนำมาใช้เพื่อลดระยะเวลา ในการพัฒนา ดังนั้นข้อกำหนดด้านความแม่นยำที่จะบังคับใช้กับการวิเคราะห์ที่กำหนดจึงต้องเลือกอย่างเหมาะสมสำหรับวัตถุประสงค์ของการวิเคราะห์และบริบทที่ดำเนินการ

 

สรุป

การแนะนำ 3D CAD/CAM และการวิเคราะห์ CAE ได้เปลี่ยนโลกของการออกแบบและการผลิตผลิตภัณฑ์ ทุกวันนี้ เทคนิคเหล่านี้ไม่เพียงแต่ใช้กับเครื่องบินและรถยนต์เท่านั้น แต่ยังใช้กับผลิตภัณฑ์พลาสติกและวัตถุประสงค์อื่นๆ อีกหลายประการ พวกเขากลายเป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้สำหรับการผลิตสมัยใหม่โดยไม่ต้องสงสัย

ในขณะเดียวกัน การใช้ประโยชน์จากเครื่องมืออันทรงพลังเหล่านี้อย่างเต็มที่นั้นต้องการมากกว่าการซื้อคอมพิวเตอร์และติดตั้งซอฟต์แวร์: การใช้ประโยชน์จากศักยภาพของเทคนิค CAE อย่างเต็มที่จำเป็นต้องมีความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับหลักการพื้นฐาน พื้นฐานทางทฤษฎี และการนำไปใช้จริง

 

ส่วนถัดไป: "ประเด็นสำคัญของ Plastic CAE -ความแตกต่างจากโลหะ-"

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ CAE โปรดติดต่อเรา

สอบถามรายละเอียดเพิ่มเติม

CAE ดาวน์โหลดสไลด์

กรณีศึกษาแอปพลิเคชัน CAE
กรณีศึกษาแอปพลิเคชัน CAE

ダウンロード

การสนับสนุนการพัฒนาผลิตภัณฑ์เรซินโดยใช้ CAE
การสนับสนุนการพัฒนาผลิตภัณฑ์เรซินโดยใช้ CAE

ダウンロード

ข้อมูลที่เกี่ยวข้อง