مبانی CAD، CAM و CAE

عمده موضوعاتی که در این فصل به آنها پرداخته می شود عبارتند از:

• مقدمه ای بر CAD
•  مقدمه ای بر CAM
• معرفی CAE

مقدمه ای بر CAD

در دوران اولیه صنعت مکانیک، مهندسان طراح باید هر قطعه مکانیکی را روی کاغذ یا پارچه با استفاده از ابزارهای هندسی مانند مداد، نشانگر، خط کش، پاک‌کن و غیره ترسیم می‌کردند. اما دوران ترسیم دستی به پایان رسیده است و اکنون از نرم‌افزارهای CAD (طراحی با کمک کامپیوتر) برای ایجاد نقشه‌های مهندسی استفاده می‌شود. لیست طولانی‌ای از نرم‌افزارهای CAD در بازار وجود دارد، مانند Autodesk Inventor، SolidWorks، Creo Parametric و غیره. به طور کلی، دو روش وجود دارد که نرم‌افزارهای CAD مدل‌سازی سه‌بعدی را انجام می‌دهند:

• مدل‌سازی پارامتریک
• مدل‌سازی مستقیم

مدلسازی پارامتریک در مقابل مدلسازی مستقیم

در مدل‌سازی پارامتریک، مدل بر اساس پارامترها ایجاد می‌شود. تمام پارامترهایی که در هنگام ایجاد مدل مشخص می‌کنید، ثبت می‌شوند و می‌توانید در هر زمانی در حین کار روی مدل، آن‌ها را تغییر دهید. به عنوان مثال، اگر در مدل‌سازی پارامتریک یک جعبه ایجاد می‌کنید، طول، عرض و ارتفاع آن با مدل ثبت می‌شود و می‌توانید هر زمانی تغییر دهید. نرم‌افزارهایی مانند AutoCAD، Autodesk Inventor، SolidWorks و Creo Parametric از جمله نرم‌افزارهای قابلیت مدل‌سازی پارامتریک هستند.

در مدل‌سازی مستقیم، مدل با رویکرد مستقیم به جای مشخص کردن پارامترها برای مدل ایجاد می‌شود. برای ایجاد مدل با رویکرد مدل‌سازی مستقیم، اشکال‌های ابتدایی را قرار داده و سپس نقاط کلیدی را بکشید تا شکل مدل تغییر کند. اگرچه مدل‌سازی مستقیم رویکرد مناسبی برای ایجاد مدل‌ها برای انیماتورها است، اما برای مهندسان مکانیک، مدل‌سازی پارامتریک یک نیاز مهم است.

طراحی 2D

طراحی‌های 2D برای نمایش اشیاء سه‌بعدی روی کاغذ برای تولید استفاده می‌شوند. طراحی‌های 2D هنوز هم نیاز تولیدکنندگان برای تولید هر محصول مهندسی هستند. نمادها و استانداردهای مختلفی برای ایجاد طراحی‌های 2D برای مهندسان تعیین شده‌اند. این طراحی‌ها می‌توانند بر اساس حوزه‌های کاربردی‌شان مانند طراحی مکانیکی، طراحی برقی، طراحی الکترونیکی، طراحی عمرانی و غیره به دسته‌بندی‌های مختلفی تقسیم شوند. در این آموزش، ما به طراحی‌های مکانیکی تمرکز داریم. برای نمایش اشیاء در طراحی‌های مکانیکی 2D، از دو نوع پروژه پروجکشن روی کاغذ استفاده می‌کنیم:

• پروجکشن زاویه اول
• پروجکشن زاویه سوم

پروجکشن زاویه اول

در پروجکشن زاویه اول، جسم در ربع اول تصور می شود. به شکل-1 مراجعه کنید. در سیستم پروجکشن، از صفحه عمودی برای تولید نمای جلو و از صفحه افقی برای تولید نمای بالا استفاده می شود. حال، فرض کنید این صفحات در مرکز لولا هستند و اگر صفحه افقی را در جهت عقربه‌های ساعت حرکت دهید، سپس در طرح زاویه اول، نمای بالا در زیر نمای جلو در حین قرار دادن نماهای املایی و نمای چپ در سمت راست نمای جلو قرار می‌گیرد. به شکل-2 مراجعه کنید.

 

 

نماد طرح ریزی همیشه در کادر عنوان نقشه های تولیدی داده می شود. به شکل-3 مراجعه کنید. نماد طرح زاویه سوم در شکل 3 آورده شده است. برای طرح ریزی زاویه اول و طرح زاویه سوم، نمادها در شکل-4 آورده شده است.

نحوه به خاطر سپردن نمادهای پروجکشن

فرض کنید که نمادی برای نمای جلو و نمادی برای نمای جانبی  است. همیشه به یاد داشته باشید که اگر نماد نمای جانبی  بعد از نماد نمای جلو آمده باشد، آنگاه طرح زاویه اول است و اگر نماد نمای جانبی  قبل از نماد نمای جلو باشد، پس طرح زاویه سوم است.

پروجکشن زاویه سوم

در پروجکشن زاویه سوم، جسم در ربع سوم فرض می شود، بنابراین، صفحه افقی بالای جسم و صفحه عمودی در پشت جسم قرار دارد. هنگامی که نماها را مطابق با طرح زاویه سوم قرار می دهیم، نمای بالا در بالای نمای جلو و نمای سمت چپ در سمت چپ نمای جلو قرار می گیرد. به شکل 5 مراجعه کنید.

پروژکشن‌هایی که قبلاً بحث شد، برای نمای‌های ارتانگاریک (Orthographic) استفاده می‌شوند. علاوه بر نمای‌های ارتانگاریک، ما نیز از نمای‌های ایزومتریک (Isometric) و تریمتریک (Trimetric) برای نمایش اشیاء سه‌بعدی در نقشه‌های دوبعدی استفاده می‌کنیم. این نماها در ادامه مورد بحث قرار می‌گیرند.

نماهای Axonometric

سه نوع نمای آکسونومتری وجود دارد. ایزومتریک، دایمتریک و تری متریک . این نماها در ادامه مورد بحث قرار می گیرند.
ایزومتریک به معنای اندازه های مساوی است. ترسیم ایزومتریک روشی برای ارائه طرح ها/طراحی ها به صورت سه بعدی است. برای اینکه یک طرح سه بعدی به نظر برسد، یک زاویه 30 درجه به شی طرف اعمال می شود. مکعب نشان داده شده در شکل-6 مطابق با طرح ریزی ایزومتریک است.

 

 

در نمای تری متریک ، طرح ریزی سه زاویه بین محورها نابرابر است. بنابراین، سه مقیاس جداگانه برای ایجاد یک طرح ریزی سه گانه از یک شی مورد نیاز است. شکل-7 نمونه ای از پیش بینی های مختلف را نشان می دهد.

در نمای دیمتریک، دو محور یک جسم، زوایای مساوی با صفحه ایجاد می کنند و زاویه سوم بزرگتر یا کوچکتر از دو محور دیگر است. به شکل-7 مراجعه کنید.

استانداردهای نقشه کشی

استانداردهای نقشه کشی مجموعه قوانینی هستند که برای ایجاد نقشه های دو بعدی تعریف شده اند. در نقشه های دوبعدی نرم افزار CAD، پارامترهای زیر توسط استانداردهای نقشه کشی کنترل می شوند:
• رفتار جسم مکانیکی.
• اجسام مکانیکی روی چه لایه هایی ایجاد می شوند.
•خواص این لایه ها.
• ارتفاع متن و رنگ.
• تنظیمات پروجکشن برای استفاده با Power View.
• سبک های ابعاد.
• تنظیمات و قالب های نمودار سوراخ.
• فرمت خط مرکزی.
• فرمت خط بخش.
• قالب خط موضوع.
• نوت متن و فرمت های لیدر.
• فرمت های نمادشناسی.
• لیست متریال (BOM)، لیست قطعات و فورمت بالون.

استانداردهای مختلفی برای تهیه نقشه توسط کشورهای مختلف دنبال می شود مانند ANSI، BSI، CSN، DIN، GB، ISO JIS، GOST و غیره. استاندارد تهیه نقشه کشی ANSI توسط مؤسسه استانداردهای ملی آمریکا ایجاد شده است. این استاندارد نقشه کشی به طور گسترده توسط تولید کنندگان آمریکایی استفاده می شود. استاندارد تهیه نقشه کشی ISO توسط سازمان بین المللی استاندارد تهیه شده است. ANSI و ISO دو استاندارد محبوب برای طراحی نقشه های مهندسی هستند. در زیر برخی از تفاوت های عمده بین این دو استاندارد آورده شده است:
• ابعاد ANSI به صورت افقی خوانده می شود. ابعاد ISO موازی با خط اندازه هستند.
• ابعاد ANSI بر روی خط اندازه متمرکز شده است. اندازه ISO بالای خط اندازه قرار می گیرد.
•ANSI تمایل به استفاده از اختصارات دارد. ISO از نمادها استفاده می کند. (مثال: RAD، DIAM، 3 PLACES در مقابل R، Ø، 3X)
• اندازه ها دارای نوشتار متفاوتی هستند. ANSI: 1.000 DIAM 3 PLACES and ISO: 3X Ø 1.000

مدل سازی سه بعدی

زمانی که اولین نرم افزار CAD توسعه یافت، تولیدکنندگان از ابزارهای هندسه مانند مداد، مقیاس، میز نقشه کشی و غیره برای ایجاد نقشه ها استفاده می کردند. از آن زمان نرم افزار CAD توسعه زیادی پیدا کرده است و نیاز تولید کنندگان نیز همینطور است. اکنون، تکثیر سه بعدی شی در رایانه با استفاده از ابزارهای مختلف مدلسازی سه بعدی ایجاد می شود و بعداً از مدل برای تولید نماهای مختلف با حاشیه نویسی، انجام تجزیه و تحلیل یا تولید برنامه برای ماشین های CNC استفاده می شود. لیست بسیار طولانی از نرم افزارهای CAD موجود در بازار وجود دارد.
در زیر برخی از عملکردهایی که می توان با استفاده از آخرین نرم افزار CAD انجام داد آورده شده است:

• مدل سازی سه بعدی
• نقشه کشی (ایجاد و تولید نقشه دوبعدی)
• مونتاژ (رویکرد از بالا به پایین و رویکرد پایین به بالا)
• پرینت سه بعدی
•تولید به کمک کامپیوتر (CAM)
•مهندسی به کمک کامپیوتر (CAE)

در ادامه این آموزش با جنبه های مختلف نرم افزار CAD آشنا خواهید شد. اکنون به نقش مهندس CAD در صنعت مکانیک می پردازیم.

نقش مهندس CAD در صنعت

در زیر برخی از نقش ها و مسئولیت های یک مهندس CAD آمده است:

• پیکربندی، استقرار، نگهداری، و ارتقاء مدل های CAD بر اساس نیاز مشتری.
• طراحی، توسعه و مهندسی مدل های با کیفیت بالا با استفاده از ابزارهای 3 بعدی و دو بعدی CAD برای ساخت و تجزیه و تحلیل.
•تولید طرح هایی که اهداف را برای امکان سنجی، عملکرد، هزینه ها، کیفیت، ایمنی، قوانین و زمان بندی برآورده می کند.
•اطمینان حاصل کنید که تمام کارهای انجام شده با طراحی شرکت، ایمنی، کیفیت، انطباق با محیط زیست و استانداردهای رویه ای مطابقت دارد.
• تعامل با معمار و مشتری، در صورت لزوم برای به دست آوردن اطلاعات طراحی حیاتی لازم برای تکمیل پروژه در چارچوب زمانی مورد نظر.
•به روز رسانی و نگهداری فایل های طراحی محصول.
کمک به بهبود فرآیندهای روزانه برای اطمینان از اینکه سیستم های CAD نیازهای مشتری را برآورده می کنند.
• آموزش و راهنمایی مهندسین تولید در طراحی مهندسی.
•تعیین محدودیت ها، مفروضات و راه حل ها در طراحی و توسعه مدل های CAD.
•کمک به اجرای برنامه های مهندسی CAD.
•تعیین مشخصات و پارامترهای طراحی برای مدل های CAD.

اسناد تهیه شده توسط مهندسان CAD در صنعت خودرو

یک مهندس CAD درگیر طراحی قطعات جدید می شود و خیلی زود درگیر کار مهندس طراحی می شود. اسناد مختلفی وجود دارد که توسط مهندسین CAD/Design در صنایع مکانیک برای توسعه قطعات و فرآیندهای جدید تهیه می شود. گروه اقدام صنعت خودرو (AIAG) بسته های استانداردی از اسناد را برای صنایع خودروسازی در سراسر جهان به نام PPAP توسعه داده است. فرآیند تایید بخش تولید (PPAP) در زنجیره های تامین صنعت خودرو برای ایجاد اطمینان بین تامین کننده استفاده می شود. مدارک مختلفی که در بسته PPAP تهیه شده است در ادامه آورده شده است.

سوابق طراحی

سوابق طراحی به معنای کپی چاپی نقشه های مهندسی اجزای سازنده است. اگر مشتری مسئول طراحی است، این یک کپی از نقشه مشتری است که همراه با سفارش خرید (PO) ارسال می شود. اگر تامین کننده مسئول طراحی باشد، این نقشه ها در سیستم انتشار تامین کننده منتشر می شوند. “هر ویژگی باید “بالن” یا “نقشه راه” شود تا با نتایج بازرسی مطابقت داشته باشد (شامل یادداشت های چاپی، یادداشت های تحمل استاندارد و مشخصات، و هر چیز دیگری مربوط به طراحی قطعه).

اسناد مجاز تغییر مهندسی (یادداشت)

اسناد مجاز تغییر مهندسی (یادداشت) برای انتقال تغییرات در طرح اصلی استفاده می شود. شرح دقیق تغییرات در این سند ذکر شده است. معمولاً این سند “اعلان تغییر مهندسی” نامیده می شود، اما ممکن است توسط PO مشتری یا هر مجوز مهندسی دیگر پوشش داده شود.

تاییدیه مهندسی

این تأییدیه معمولاً آزمایشی مهندسی با قطعات تولیدی است که در کارخانه مشتری انجام می شود. یک “انحراف موقت” معمولاً برای ارسال قطعات به مشتری قبل از PPAP مورد نیاز است. مشتری ممکن است به «تاییدهای مهندسی» دیگری نیاز داشته باشد.

DFMEA

یک کپی از حالت شکست طراحی و تحلیل اثر (DFMEA) توسط تامین کننده و مشتری بررسی و امضا می شود. اگر مشتریان مسئول طراحی باشند، مشتریان نمی توانند این سند را با تامین کننده به اشتراک بگذارند. با این حال، فهرست تمام ویژگی‌های محصول حیاتی یا با تأثیر بالا باید با تأمین‌کننده به اشتراک گذاشته شود، بنابراین می‌توان به آن‌ها در PFMEA و طرح کنترل پرداخت.

نمودار جریان فرآیند

یک کپی از Process Flow که تمام مراحل و توالی فرآیند تولید از جمله اجزای ورودی را نشان می دهد.

PFMEA

یک کپی از حالت شکست فرآیند و تحلیل اثر (PFMEA) که توسط تامین کننده و مشتری بررسی و امضا شده است. PFMEA مراحل جریان فرآیند را دنبال می کند و نشان می دهد که “چه چیزی ممکن است اشتباه باشد” در طول ساخت هر جزء.

طرح کنترل

یک کپی از طرح کنترل که توسط تامین کننده و مشتری بررسی و امضا شده است. طرح کنترل از مراحل PFMEA پیروی می کند و جزئیات بیشتری در مورد چگونگی بررسی “مشکلات احتمالی” در کیفیت ورودی، فرآیند مونتاژ یا در طول بازرسی محصولات نهایی ارائه می دهد.

مطالعات تجزیه و تحلیل سیستم اندازه گیری (MSA)

MSA معمولاً شامل فهرستی از گیج ها و سایر ابزارهای اندازه گیری مورد نیاز برای اندازه گیری ویژگی های بحرانی یا ضربه زیاد است و تأییدی است که گیج های مورد استفاده برای اندازه گیری این ویژگی ها کالیبره شده اند.

نتایج بعدی

فهرستی از تمام ابعاد ذکر شده در نقشه بادکنکی. این لیست ویژگی محصول، مشخصات، نتایج اندازه گیری و ارزیابی را نشان می دهد که نشان می دهد آیا این بعد “خوب” است یا “خوب نیست”. معمولاً حداقل 6 قطعه در هر ترکیب محصول/فرآیند گزارش می شود.

سوابق آزمون های مواد / عملکرد

خلاصه ای از هر آزمایش انجام شده بر روی قطعه. این خلاصه معمولاً در فرمی از DVP&R (طرح و گزارش تأیید طراحی) است که هر آزمون جداگانه، زمانی که انجام شد، مشخصات، نتایج و قبولی/شکست ارزیابی را فهرست می‌کند. اگر مشخصات مهندسی وجود داشته باشد، معمولاً روی پرینت ذکر می شود

واقعیت افزوده و واقعیت مجازی

واقعیت افزوده

واقعیت افزوده راهی برای نمایش اطلاعات بر روی نمایشگرهای مختلف است. واقعیت افزوده حوزه کاربردی وسیعی از رسانه‌های اجتماعی و صنعت سرگرمی گرفته تا روش‌های جراحی در بیمارستان‌ها دارد. به شکل 8 مراجعه کنید. بازی Pokemon Go نمونه ای از AR است.

واقعیت افزوده همچنین برنامه های کاربردی را در CAD پیدا می کند. اگرچه برای مهندسان مکانیک نسبت به مهندسین عمران قابل اجرا است. مهندسان عمران می توانند تصویر یک ساختمان کامل طراحی شده در کامپیوتر را در حالی که هیچ ساختمانی وجود ندارد به مشتریان نشان دهند. به این ترتیب آنها می توانند بودجه برای یک پروژه ساختمانی جمع آوری کنند.
مهندسان مکانیک می توانند طرح نهایی CAD خود را از یک محصول به مشتری خود نشان دهند بدون اینکه حتی یک مرحله تولید را شروع کنند. به شکل 9 مراجعه کنید. اگر مشتری طرح را تایید کند، می تواند شروع به تولید کند.

واقعیت مجازی

واقعیت مجازی یک محیط شبیه سازی شده کامپیوتری برای نمایش انواع مختلف اشیاء و ارائه تجربه واقعی از طریق سیستم حسی ما است. واقعیت مجازی شما را از دنیای واقعی دور می کند و شما را در یک محیط شبیه سازی شده کامپیوتری نگه می دارد. VR این روزها در تلفن های هوشمند بسیار رایج است. برای مهندس CAD، VR گاهی اوقات می تواند یک نجات دهنده زندگی باشد. با استفاده از واقعیت مجازی، می توانید اجزای مختلف یک ماشین بزرگ را به صورت مجازی جمع آوری کنید و سپس بر اساس تجربه هر نقصی را پیدا کنید.

مقدمه ای بر CAM

داستان CAM با ماشین های CNC شروع می شود. CNC نشان دهنده کنترل عددی کامپیوتر است. ماشین های CNC از کدهای عددی تولید شده توسط نرم افزار CAM برای انجام عملیات های مختلف استفاده می کردند. یک نرم افزار CAM ورودی را از کاربر می گیرد و بر اساس پارامترهای مشخص شده، برنامه های CNC را با G-code و M-code تولید می کند. نرم افزارهای مختلفی مانند MasterCAM، BobCAM، EdgeCAM و غیره برای CAM در دسترس هستند. این نرم افزارها مخصوص CAM هستند. امروزه اکثر نرم افزارهای CAD دارای ماژول های CAM مانند SolidWorks، Creo Parametric و غیره هستند. کدهای NC تولید شده توسط این نرم افزار CAM به سخت افزار کنترل کننده نصب شده روی دستگاه شما بستگی دارد. کنترلرهای مختلفی مانند کنترلر Fanuc، کنترل زیمنس، کنترلر Heidenhain و غیره در بازار موجود است. کدهای عددی با توجه به کنترل کننده مورد استفاده در دستگاه تغییر می کنند. این کدهای عددی در قالب یک برنامه کامپایل می شوند که از طریق یک رسانه ذخیره سازی در کنترل کننده ماشین تغذیه می شود. کدهای عددی عموماً به صورت کدهای G و کدهای M هستند. برای درک هدف، برخی از کدهای G و M-code در ادامه با عملکردهای آنها برای یک کنترلر Fanuc مورد بحث قرار می گیرند.
تابع کد
G00 – حرکت سریع ابزار.
G01 – حرکت خطی در حین ایجاد برش.
G02 – برش دایره ای در جهت عقربه های ساعت.
G03 – برش دایره ای خلاف جهت عقربه های ساعت.
G20 – حالت اینچ را شروع می کند.
G21 – حالت میلی متری را شروع می کند.
G96 – سرعت سطح ثابت را فراهم می کند.
G97 – دور ثابت.
G98 – خوراک در دقیقه
G99 – تغذیه در هر چرخش
M00 – توقف برنامه
M02 – پایان برنامه
M03 – چرخش اسپیندل در جهت عقربه های ساعت.
M04 – چرخش اسپیندل در خلاف جهت عقربه های ساعت.
M05 – توقف اسپیندل
M08 – خنک کننده روشن است
M09 – خنک کننده خاموش است
M98 – تماس با برنامه فرعی
M99 – خروج از برنامه فرعی
هنگامی که یک برنامه NC در نرم افزار CAM ایجاد کردید، می توانید عملیات برش را در نرم افزار شبیه سازی کنید تا مسیرهای ابزار را بررسی کنید. به شکل 10 مراجعه کنید.

نقش مهندس CAM

یک مهندس CAM از نزدیک با مهندس CAD کار می کند و در بیشتر صنایع کوچک، مهندس CAD و مهندس CAM یک نفر هستند. وظایف مختلفی که یک مهندس CAM در صنعت انجام می دهد در ادامه آورده شده است.

• تغییر مدل مطابق با نیاز مشتری.
•تصمیم گیری استراتژی ماشینکاری و ابزار مورد نیاز برای ماشینکاری قطعه.
•ایجاد برنامه های CNC بسته به کنترل کننده NC برای دستگاه.

مقدمه ای بر CAE

CAE به معنای مهندسی به کمک کامپیوتر است. نرم افزارهایی مانند Ansys، Cosmol، SolidWorks Simulation و غیره برای انجام انواع مختلف تحلیل ها اختصاص داده شده اند. انواع آنالیزهایی که می توان با استفاده از نرم افزار CAE انجام داد در ادامه آورده شده است.

•تحلیل ساختاری
• آنالیز حرارتی
• تجزیه و تحلیل جریان محاسباتی
• تجزیه و تحلیل جریان قالب
• تجزیه و تحلیل مدار الکترونیکی
• بهینه سازی توپولوژی و بسیاری دیگر.

تجزیه و تحلیل استاتیک

این رایج ترین نوع تحلیلی است که ما انجام می دهیم. در این تجزیه و تحلیل، بارهایی به جسم وارد می شود که در نتیجه بدن تغییر شکل می دهد و اثرات بارها به سراسر بدن منتقل می شود. برای جذب اثر بارها، بدن نیروها و واکنش‌های داخلی را در تکیه‌گاه‌ها ایجاد می‌کند تا بارهای خارجی اعمال شده را متعادل کند. این نیروها و واکنش های درونی باعث ایجاد استرس و فشار در بدن می شود. تحلیل استاتیکی به محاسبه جابجایی ها، کرنش ها و تنش ها تحت تأثیر بارهای خارجی بر اساس برخی مفروضات اشاره دارد. مفروضات به شرح زیر است.

• همه بارها به آرامی و به تدریج اعمال می شوند تا زمانی که به بزرگی کامل خود برسند. پس از رسیدن به بزرگی کامل، بار ثابت می ماند (یعنی بار در زمان تغییر نمی کند).
•فرض خطی بودن: رابطه بین بارها و پاسخهای حاصل خطی است. به عنوان مثال، اگر بزرگی بارها را دو برابر کنید، پاسخ مدل (تغییر مکان ها، کرنش ها و تنش ها) نیز دو برابر می شود. شما می توانید فرض خطی بودن را در صورتی که:

1. همه مواد در مدل با قانون هوک مطابقت دارند که تنش با کرنش نسبت مستقیم دارد.
2. جابجایی های القایی به اندازه کافی کوچک هستند تا تغییر سختی ناشی از بارگذاری را نادیده بگیرند.
3. شرایط مرزی در طول اعمال بارها تغییر نمی کند. بارها باید از نظر مقدار، جهت و توزیع ثابت باشند. در حالی که مدل در حال تغییر شکل است، آنها نباید تغییر کنند.

اگر مفروضات بالا برای تحلیل شما معتبر هستند، می توانید تحلیل استاتیکی خطی را انجام دهید. به عنوان مثال، یک تیر کنسول در یک انتها ثابت شده و در انتهای دیگر نیروی اعمال می شود. به شکل-1 مراجعه کنید.

اگر مفروضات فوق معتبر نیستند، باید آنالیز غیر خطی استاتیک را انجام دهید. به عنوان مثال، نیروی اعمال شده بر جسم متصل به فنر. به شکل-12 مراجعه کنید.

آنالیز مودال (تحلیل ارتعاش)

ارتعاش در ماهیت خود شامل حرکت تکراری است. هر وقوع یک توالی حرکتی کامل را «چرخه» می‌گویند. فرکانس به عنوان تعداد زیادی چرخه در یک دوره زمانی معین تعریف می شود. «چرخه در ثانیه» یا «هرتز». تک تک قطعات دارای فرکانس‌هایی هستند که مهندسان آن را «طبیعی» می‌نامند. به عنوان مثال، یک سیم ویولن در یک کشش خاص فقط در یک تعداد فرکانس مشخص می لرزد، به همین دلیل است که می توانید آهنگ های موسیقی خاصی تولید کنید. یک فرکانس پایه وجود دارد که در آن کل رشته به شکل کمانی ساده به جلو و عقب می رود.
هارمونیک ها و تون ها به این دلیل رخ می دهند که بخش های جداگانه رشته می توانند به طور مستقل در ارتعاش بزرگتر ارتعاش کنند. این اشکال مختلف «حالت‌ها» نامیده می‌شوند. گفته می شود که فرکانس پایه در حالت اول می لرزد و به همین ترتیب از نردبان بالا می رود. هر شکل حالت یک فرکانس مرتبط خواهد داشت. اشکال حالت بالاتر فرکانس بالاتری دارند. فاجعه‌بارترین پیامدها زمانی رخ می‌دهند که یک دستگاه نیرومحرک مانند یک موتور، فرکانس‌هایی را تولید می‌کند که در آن ساختار متصل به طور طبیعی ارتعاش می‌کند. این رویداد “رزونانس” نامیده می شود. در صورت اعمال توان کافی، سازه متصل از بین خواهد رفت. توجه داشته باشید که ارتش‌هایی که معمولاً «در گام» راهپیمایی می‌کردند، هنگام عبور از پل‌ها از مرحله خارج می‌شدند. اگر ضربان پاهای راهپیمایی با فرکانس طبیعی پل هماهنگ باشد، ممکن است سقوط کند. مهندسان باید به گونه ای طراحی کنند که در حین کار منظم ماشین ها رزونانس ایجاد نشود. این هدف اصلی تحلیل مودال است. در حالت ایده آل، حالت اول دارای فرکانس بالاتر از هر فرکانس رانندگی بالقوه است. اغلب نمی توان از رزونانس اجتناب کرد، به خصوص برای دوره های زمانی کوتاه. به عنوان مثال، هنگامی که یک موتور به سرعت بالا می رود، فرکانس های مختلفی تولید می کند. بنابراین، ممکن است از یک فرکانس تشدید عبور کند.

آنالیز حرارتی

سه مکانیسم انتقال حرارت وجود دارد. این مکانیسم ها عبارتند از رسانایی، همرفت و تابش. آنالیز حرارتی توزیع دما را در بدن به دلیل برخی یا همه مکانیسم‌ها محاسبه می‌کند. در هر سه مکانیسم، گرما از یک محیط با دمای بالاتر به یک محیط با دمای پایین تر جریان می یابد. انتقال حرارت از طریق رسانش و جابجایی نیاز به حضور یک محیط مداخله گر دارد در حالی که انتقال حرارت توسط تشعشع اینطور نیست.

دو حالت برای تجزیه و تحلیل انتقال حرارت وجود دارد.

تحليل حرارتی حالت پایدار

در این نوع تجزیه و تحلیل، ما فقط به شرایط حرارتی بدن در هنگام رسیدن به تعادل حرارتی علاقه مندیم، اما علاقه ای به زمان لازم برای رسیدن به این وضعیت نداریم. دمای هر نقطه در مدل بدون تغییر باقی می ماند تا زمانی که تغییری در سیستم ایجاد شود. در حالت تعادل، انرژی حرارتی وارد شده به سیستم برابر با انرژی حرارتی خروجی از آن است. به طور کلی، تنها ویژگی ماده ای که برای تجزیه و تحلیل حالت پایدار مورد نیاز است، هدایت حرارتی است.

آنالیز حرارتی گذرا

در این نوع تحلیل، ما علاقه مندیم که وضعیت حرارتی مدل را در موارد مختلف زمانی بدانیم. برای مثال، یک طراح قمقمه می داند که دمای سیال داخل در نهایت برابر با دمای اتاق (حالت پایدار) خواهد بود، اما طراح علاقه مند است دمای سیال را به عنوان تابعی از زمان دریابد. علاوه بر رسانایی حرارتی، ما همچنین باید چگالی، گرمای ویژه، مشخصات دمای اولیه و دوره زمانی که محلول مورد نظر است را مشخص کنیم.

تجزیه و تحلیل استرس حرارتی

تجزیه و تحلیل تنش حرارتی برای بررسی تنش های ایجاد شده در بخشی از زمانی که بارهای حرارتی و سازه ای به طور همزمان روی قطعه اعمال می شود انجام می شود. تجزیه و تحلیل تنش حرارتی در مواردی که مواد در اثر گرم شدن یا سرد شدن قطعه تا دمای معینی به صورت نامنظم منبسط یا منقبض می شوند، مهم است. یک مثال که در آن تجزیه و تحلیل تنش حرارتی اهمیت خود را می یابد، دو نوار چسبنده مواد است که در یک محیط با دمای بالا کار می کنند.

شبیه سازی رویداد

تحلیل شبیه‌سازی رویداد برای مطالعه اثر سرعت جسم، سرعت اولیه، شتاب، بارهای وابسته به زمان و محدودیت‌ها در طراحی استفاده می‌شود. نتایج این تحلیل شامل جابجایی ها، تنش ها، کرنش ها و سایر اندازه گیری ها در طول یک دوره زمانی مشخص است. شما می توانید این تجزیه و تحلیل را زمانی انجام دهید که نیاز به بررسی تأثیر پرتاب تلفن از برخی ارتفاعات یا موارد مشابهی دارید که در آن حرکت دخالت دارد.

بهینه سازی شکل

بهینه سازی شکل یک تجزیه و تحلیل نیست، بلکه مطالعه ای برای یافتن شکل بخشی است که از حداقل مواد استفاده می کند اما بار اعمال شده را تا ضریب ایمنی مورد نیاز حفظ می کند.
معادلات و پارامترهای مختلفی در تجزیه و تحلیل توسط نرم افزار CAE وجود دارد و نتایج به صورت جداول و نمایش های گرافیکی نمایش داده می شود.

نقش مهندس CAE

مهندس CAE بسیاری از وظایف مربوط به تجزیه و تحلیل را انجام می دهد، مانند بررسی و تصمیم گیری مواد محصول، تعریف سناریوی واقعی برای تجزیه و تحلیل در نرم افزار، آماده سازی مدل مش محصول برای تجزیه و تحلیل، اجرای انواع مختلف آنالیز، و تجزیه و تحلیل نتیجه.