Sonlu Eleman Analizi: Giriş

Aşağıdaki dört makale dizisi American Society of Mechanical Engineers (ASME) dergisinde yayınlandı. sonlu elemanlar yöntemi olarak bilinen son analiz disiplinine giriş niteliğindedir. Yazar, sonlu eleman analizi konusunda uzmanlaşmış bir mühendislik danışmanı ve uzman tanıktır.

SONLU ELEMAN ANALİZİ: Giriş
Steve Roensch, Başkan, Roensch & Associates

Dört bölümlük dizinin birincisi

Sonlu eleman analizi (FEA) matematik, fizik, mühendislik ve bilgisayar bilimlerinin sınırlarını aşan oldukça yeni bir disiplindir. Yöntemin geniş bir uygulaması vardır ve yapısal, termal ve akışkan analiz alanlarında kapsamlı bir kullanıma sahiptir. Sonlu eleman yöntemi üç ana aşamadan oluşur: (1) ön işleme , burada analist, konu geometrisini matematiksel olarak alt alanlara bölmek için sonlu bir eleman ağı geliştirir. analiz eder ve malzeme özelliklerini ve sınır koşullarını uygular, (2) çözüm , programın modelden yönetim matris denklemlerini türettiği ve birincil büyüklükler için çözdüğü ve ( 3) post -processing , analistin çözümün geçerliliğini kontrol ettiği, birincil büyüklüklerin değerlerini (yer değiştirmeler ve gerilmeler gibi) incelediği ve ek miktarlar (özel gerilmeler ve hata göstergeleri gibi).

FEA’nın avantajları çok sayıda ve önemlidir. Yeni bir tasarım konsepti, çeşitli yük ortamları altında gerçek dünyadaki davranışını belirlemek için modellenebilir ve bu nedenle, birkaç dolar ödendiğinde ve değişikliklerin ucuz olduğu, çizimlerin yaratılmasından önce iyileştirilebilir. Ayrıntılı bir CAD modeli geliştirildikten sonra, FEA tasarımı ayrıntılı olarak analiz edebilir ve gerekli prototip sayısını azaltarak zamandan ve paradan tasarruf edebilir. Bir saha sorunu yaşayan veya sadece iyileştirilmekte olan mevcut bir ürün, bir mühendislik değişikliğini hızlandırmak ve maliyetini düşürmek için analiz edilebilir. Buna ek olarak, FEA giderek daha uygun fiyatlı bilgisayar iş istasyonları ve kişisel bilgisayarlarda gerçekleştirilebilir ve profesyonel yardım mevcuttur.

FEA’nın sınırlamalarını kabul etmek de önemlidir. Önemli fiyat düşüşleri görmüş olan ticari yazılım paketleri ve gerekli donanım, hala önemli bir yatırım gerektirmektedir. Yöntem, ürün testini azaltabilir, ancak tamamen yerini alamaz. Muhtemelen en önemlisi, deneyimsiz bir kullanıcı, pahalı kararların dayandırılacağı yanlış cevaplar verebilir. FEA, analistin sadece esneklik veya akışkanlar konusunda değil, aynı zamanda matematik, bilgisayar bilimi ve özellikle sonlu elemanlar yönteminin kendisinde de yetkin olması gerektiği için zorlu bir araçtır.

Hangi FEA paketinin kullanılacağı, bu kısa tartışmada ele alınamayacak bir konudur ve seçim, kişisel tercihlerin yanı sıra paket işlevselliğini de içerir. Paketin nerede çalıştırılacağı, gerçekleştirilen analizlerin türüne bağlıdır. Tipik bir sonlu eleman çözümü, kabul edilebilir performans için hızlı, modern bir disk alt sistemi gerektirir. Bellek gereksinimleri elbette koda bağlıdır, ancak performans açısından, kullanıcı başına 512 Mbyte ila 8 Gbyte bir temsili aralık ile daha iyi. İşlem gücü, performans zincirinin son halkasıdır; saat hızı, önbellek, ardışık düzen ve çoklu işlemenin tümü kâr hanesine katkıda bulunur. Bu analizler en hızlı sistemlerde saatlerce çalışabilir, bu nedenle bilgi işlem gücü çok önemlidir.

Sonlu elemanlar alanına girerken genellikle gözden kaçan bir husus eğitimdir. Sonlu elemanlar yöntemi ve spesifik FEA paketi hakkında yeterli eğitim olmadan, yeni bir kullanıcı makul bir süre içinde üretken olmayacaktır ve aslında sefil bir şekilde başarısız olabilir. Önceden bir ila iki hafta ayırmayı ve ilk yıl boyunca bir ila iki haftayı sınıf veya kendi kendine yardım eğitimine ayırmayı bekleyin. Kullanıcının bilgisayarın işletim sistemi hakkında temel bir anlayışa sahip olması da önemlidir.

Önümüzdeki ayın makalesi, sonlu elemanlar yönteminin ön işleme aşamasına ilişkin ayrıntılara girecek.

telif hakkı 2005 Roensch & Associates. Tüm hakları Saklıdır.