Lịch Sử Hình Thành Và Phát Triển Của Ngành Mô Phỏng (CAE)

Phần mềm được sử dụng để phân tích mô phỏng ảo trên máy tính hoạt động này được coi là công cụ CAE. Các công cụ CAE đang được sử dụng. Thuật ngữ bao gồm mô phỏng, xác thực, và tối ưu hóa  các sản phẩm và công cụ sản xuất. Trong tương lai, hệ thống CAE sẽ là những nhà cung cấp thông tin chính để hỗ trợ các nhóm thiết kế trong việc ra quyết định. Computer-aided engineering được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như ô tô, hàng không, không gian và các ngành công nghiệp đóng tàu.

1. Lịch sử hình thành CAE

– 1906 ứng dụng chủ yếu lĩnh vực xây dựng ID

– 1909 giải quyết phần tử hữu hạn nhỏ

– 1915 khái niệm quan trong FEM

– 1940 đặc nền tảng đầu tiên cho FEM

– Thập niên 50 hàng không bắt đầu mô phỏng

– 1960 tổng hợp tất cả lại thành chính thông FEM

– Cuối năm 1960 công nghiệp cơ khí nhận ra giá trị của FEM, rất nhiều phần mền FEM ra đời Nastran, anasys sơ khai

– 1980 sự ra đời của máy tính

– 1990 sự ra đời workstation sự phát triển mạnh mẽ giải quyết bài toán phức tạp => Hypermesh ra đời.

2. 3 Phương pháp giải bài toán kỹ thuật

Hiện nay, các bài toán kỹ thuật thường được giải theo 3 phương pháp:

     – Giải tích: Với phương pháp này độ chính xác là tuyệt đối tuy nhiên chỉ dùng được với những bài toán đơn giản

     – Thực nghiệm – Mẫu thử

     – Phương pháp số phần tử hữu hạn => Thực nghiệm

3. Một số phương pháp để giải bài toán, tính toán sắp xỉ phải kiểm nghiệm thực nghiệm

 

Phương pháp phổ biến nhất là phương pháp phần tử hữu hạn ứng dụng bài toán: tuyến tính, phi tuyến, nhiệt, mỏi, ổn định dọc trục.

Phương pháp phần tử biên giải quyết các bài toán rung và ồn liên quan hình dáng bề mặt bên ngoài sản của sản phẩm.

Phương pháp phần tử thể tích CFD dòng chảy truyền nhiệt hoặc khí độc học.

Phương pháp vi phân kỹ thuật.

 

4. So sánh mô hình giải quyết bài toán truyền thống so với CAE

 

 

 

5. 3 bước thực hiện bài toán CAE

– Pre processing 70-80%: Các kỹ sư sẽ mô hình hóa từ dữ liệu CAD, gán các đặc tính vật lý, tải trọng và các ràng buộc đi kèm.

– Solving: Thực hành Solving để mô phỏng tính toán bằng cách sử dụng một công thức toán học thích hợp.

– Post processing: Phân tích và đưa ra kết quả.

6. Sự khác nhau giữa CAD và CAE

Các mô hình được sử dụng bởi phần mềm CAD và CAE gần như giống nhau. Tuy nhiên, kiểm tra kỹ hơn cho thấy chúng khác nhau về cơ bản. Cả hai đều có hình dạng của sản phẩm, tuy nhiên, từ quan điểm toán học, chúng không có nhiều điểm chung.

Có nhiều cách khác nhau để kết hợp các yếu tố hình học để tạo thành hình học 3D. Nhiều khả năng, các mô hình CAD được thiết kế như một tập hợp các thể tích hoặc cơ thể với các thông số như mật độ của vật liệu thực. Mô hình được sử dụng rộng rãi để lập mô hình CAD là mô hình tham số có lịch sử xây dựng. Điều này mang lại lợi thế là có thể thay đổi các tính năng một cách hồi tố, cho phép các đối tượng 3D được xây dựng dưới dạng sự kết hợp của các hình dạng hình học với các tham số.

Trong môi trường CAE, mô hình CAD được chuyển đổi thành lưới trong quá trình tiền xử lý. Lưới bao gồm các hình khối, hình lập phương hoặc tứ diện, vì vậy nói chung là các lưới đa giác. Do đó, việc so sánh mô hình CAD với đồ họa vector là hợp pháp, trong khi mô hình CAE có thể được mô tả như một mô hình pixelated.

Những lợi ích khi sử dụng CAE: bao gồm giảm chi phí và thời gian phát triển sản phẩm với chất lượng và độ bền được tốt hơn.

• Rút ngắn chu kỳ thiết kế
• Hỗ trợ thiết kế đưa ra các quyết định chính xác đối với sản phẩm đang được thực hiện.
• CAE giúp đội ngũ kỹ thuật giảm rủi ro.
• Thiết kế có thể được đánh giá và tinh chỉnh bằng cách sử dụng các công cụ mô phỏng trên máy tính thay vì thử nghiệm mẫu thật để tiết kiệm thời gian và chi phí.
• Tích hợp dữ liệu CAE và quy trình quản lý để cải tiến thiết kế sâu rộng hơn.
• CAE cung cấp sớm thông tin chi tiết về cách thức thực hiện trong quy trình sản xuất, khi mà thiết kế thay đổi qua đó tiết kiệm chi phí.
• Đảm bảo các vấn đề rủi ro được giảm thiểu bằng cách xác định và loại bỏ các vấn đề tiềm tàng có thể xảy ra.

 

7. Tổng hợp các dạng phân tích trong CAE

– Bài toán tuyến tính tĩnh: Static thay đổi rất chậm, tuyến tính vật liệu trong vùng biến dạng đàn hồi, biến dạng nhỏ, điều kiện biên không thay đổi chiếm 80% trong thực tế. Tiếp xúc là bài toán phi tuyến.

– Buckling analysis: Phân tích sự mất ổn định của kết cấu là hiện tượng các cấu trúc thành mỏng (thin structure) chịu tác dụng của tải trọng nén (compression loads) sẽ mặc dù chưa vượt qua giới hạn bền (material strength limits) nhưng có thể gây ra phá hủy lớn. Các kỹ sư sử dụng nó để tối ưu hóa các thành phần trong giai đoạn thiết kế của họ để phát triển các sản phẩm tốt hơn, nhanh hơn.

– Non linear static: Nguồn gốc phi tuyến: Vật liệu biến dạng vượt quá giới hạng đàng hồi vật liệu phi kim loại và kim loại, tiếp xúc 2 thanh chồng lên nhanh nếu như bỏ qua tiếp xúc, nó sẽ đâm xuyên, geometry biến dạng lớn.

– Dynamic: Tính toán giao động tự do và giao động cưỡng bức, đáp ứng tần số, thời gian giao động ngẫu nhiên.

– Thermal: Dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ, thay đổi nhiệt theo thời gian bằng cách mô tả chuyển động của vật thể hoặc cụm vật thể dưới sự tác động của lực khiến chúng chuyển động. Thermal giúp những kỹ sư CAE có thể kiểm soát và đánh giá được các quá trình trao đổi nhiệt giữa các sản phẩm và phát hiện sớm những lỗi thiết kế để tránh gây thiệt hại khi đưa vào sản xuất.

– CFD: Động lực học tính toán (CFD) đã trở thành một công cụ được áp dụng phổ biến để tạo ra các giải pháp cho dòng chất lỏng. Trong phân tích CFD, việc kiểm tra dòng chất lỏng theo các tính chất vật lý của nó như vận tốc, áp suất, nhiệt độ và mật độ. Để tạo ra một giải pháp cho một hiện tượng vật lý liên quan đến dòng chảy chất lỏng. Giúp đánh giá được những tác động của các yếu tố (ngoại cảnh) thực tế lên các đối tượng khảo sát.

– Bền mỏi: Bình thường nhỏ hơn ứng xuất cho phép nhưng sau thời gian tích lũy nó sẽ tăng dần lên và gây ra phá hủy, CAE sẽ cho biết bao nhiêu chu kỳ phá hủy, 2 bài toán số chu kỳ lớn và chu kỳ bé.

8. Optimization:

Topology: Đặt điều kiện biên, phần mềm cho biết khu vực nào việc tham gia vật liệu không đóng góp độ cứng thì bỏ đi, chi tiết có thể bình thường hoặc tốt hơn nữa.

 

Topography: Tối ưu hóa chi tiết dạng tấm 90% trong hàng không dùng tối ưu hóa.

9. Crash

 

Mô phỏng va chạm: Hai khung xe va chạm, va chạm vào tường,..

Mô phỏng an toàn người trong xe,..

Thả rơi điện thoại,…

 

10. NVH rung ồn

Ví dụ: 2 khu vực bên tai giảm thiểu cường độ âm, mô phỏng tiếng ồn và điều hướng tiếng ồn ra khu vực khác, tìm ra nguồn gốc gây ồn.

11. Mistake cand error

– Check các lỗi trước khi solving

– Import export

– Học kinh nghiệm từ thầy cô

– Người có kinh nghiệm

– Mesh outsoure còn nghiên cứu thì chính mình làm

– Phải xuống xưởng work kinh nghiệm thực tế

 

 Khám phá các bài viết liên quan:

Mô phỏng rời rạc trong sản xuất thép:

>>> https://thinksmart.com.vn/mo-phong-hat-roi-trong-san-xuat-thep-edem/

Thiết kế theo hướng mô phỏng cho sản xuất là gì?

>>> https://thinksmart.com.vn/thiet-ke-theo-huong-mo-phong-cho-san-xuat-la-gi-2/

các bài toán phổ biến trong CAE

>>> https://thinksmart.com.vn/cac-bai-toan-pho-bien-trong-cae/