CAD – komputerowe wspomaganie projektowania – zastosowanie sprzętu i oprogramowania komputerowego w projektowaniu technicznym. Obejmuje:

• Komputerowe odwzorowanie konstrukcji:

• Modelowanie cyfrowe-tworzenie cyfrowej makiety wyrobu

• Wykorzystanie dokumentacji rysunkowej z modeli cyfrowych

• Zapis konstrukcji obiektów modelowych

• Opracowanie i zarządzanie bazami danych

• Symulacja , wizualizacja i animacja- CAiD(cyfrowe prototypowanie, przygotowanie ofertowanych prezentacji fotorealistycznych)

W skład CAD wchodzą takie obszary działalności inżynierskiej jak:

• Optymalizacja konstrukcji i procesów

• Wytrzymałościowe obliczenia inżynierskie

• Inżynieria odwrotna

• Sieci neuronowe

• Edytory tekstu i arkusze kalkulacyjne w zastosowanie projektowania technicznego

Sieci neuronowe(metody sztucznej inteligencji)

Zastosowanie:

• Klasyfikacja wad występujących w odlewach

• Modelowanie temp solidus stopów

Opracowanie modelu numerycznego umożliwiającego obniżenie temp. Solidus zależnie od: skłądu chemicznego i prędkości schładzania.

Wymagało zaprojektowania odpowiedniego zbioru danych doświadczalnych

Przechłodzenie- modyfikowanie temp solidus

Synergia oddzialywania

Wzór na szybkość chłodzenia :

Endotermiczna- zbiera ciepło z układu

Utworzony zbiór danych przeznaczonych do budowy numerycznego modelu wyznaczającego temp solidus w funkcji skłądu chemicznego i szybkości chłodzenia podzielono na dwa podzbiory:

-zbiór uczący

-zbiór walidacyjny

RESTAY?, aby zweryfikować jak sieć się uczyła

Danie podzielono w proporcji 75% dla zbioru uczącego i 25% dla zbioru walidacyjnego. Podział danych na poszczególne zbiory wykonano w sposób losowy obserwując dla każdego zbioru średnią arytmetyczną oraz odchylenie standardowe prognozowanej wartości

Najmniejszy błąd popełniamy przy predykcji temperatury

Wnioski: największy wpływ na obniżenie temperatury solidus mają

1. Cu, Mn do stężenia 0,7% Mg

2. B) Fe

3. Pierwiastki te w dużym stopniu wpływają na układ mechaniczny i zmęczeniowy odlewanych stopów Al-Si-Cu

CAD- cyfrowe modelowanie geometrycznych cech, mające na celu opracowanie zapisu konstrukcji wyrobu (jednego obiektu technicznego lub ich układu)

Definiowaną postać konstrukcyjną wyrobu tworzą jego cechy

-wszystkie geometryczne

-wszystkie dynamiczne

-niektóre technologiczne (np. materiałowe)

BAZY DANYCH- kolekcja danych zapisanych zgodnie z określonymi regułami. W wyższym znaczeniu obejmuje dane cyfrowe gromadzone zgodnie z zasadami przyjętymi dla danego programu komputerowego specjalizowanego do gromadzenia i przetwarzania tych danych

Program taki nazywany jest systemem zarządzania bazy danych,np. leksykon materiałoznawstwa

Karta charakterystyk – obowiązujące oznaczenia europejskie, skł. Chem, ukł. Fiz, półprodukty

Stahl Schluessel

Oprogramowanie lub system informacyjny służący do zarządzania bazą danych systemu zarządzania. Moze byc rowniez serwerem bazy danych (SBD) lub tez moze udostępnić bazę lokalnie

MES—metoda elementów skończonych – metoda rozwiązywania równań różniczkowych, opierająca się na podziale dziedziny (tzw. Dyskretyzacja) na skończone elementy, dla których rozwiązanie jest przybliżone przez konkretne funkcje, przeprowadzeniem faktycznych obliczeń tylko dla węzłów tego podziału

Metoda pokrewną jest metoda elementów brzegowych.

Zalety i Wady

Podstawową zaletą MES jest możliwość uzyskania wyników dla skomplikowanych kształtów, dla których niemożliwe jest przeprowadzenie obliczeń analitycznych. Oznacza to, że dane zagadnienie może być symulowane w pamięci komputera, bez konieczności budowania prototypu, co znacznie ułatwia proces projektowania.

Podział obszaru na coraz mniejsze elementy skutkuje zazwyczaj dokładniejszymi wynikami obliczeń, ale jest to okupione zwiększonym zapotrzebowaniem na moc obliczeniową komputera. Dodatkowo należy liczyć się z nakładającymi się błędami obliczeń wynikającymi z wielokrotnych przybliżeń (zaokrągleń) przetwarzanych wartości. Jeśli obszar składa się z kilkuset tysięcy elementów, które mają nieliniowe własności wówczas obliczenia muszą być odpowiednio modyfikowane w kolejnych iteracjach tak, aby końcowe rozwiązanie było poprawne. Dlatego też w wyjątkowych sytuacjach kumulujące się błędy obliczeniowe mogą okazać się niezaniedbywalne. Celem minimalizacji tych błędów pomiędzy różnymi wersjami tego samego problemu (np. zmiany parametrów materiałowych przy takich samych wymiarach) stosuje się identyczną dyskretyzację problemu tak, aby ewentualne błędy zaokrągleń były takie same, a ewentualne różnice w obliczeniach wynikały rzeczywiście ze zmian własności materiału.

Symulacje MES nie mogą być przeprowadzane w czasie rzeczywistym, ponieważ dla bardzo skomplikowanych układów rozwiązanie danego problemu może być bardzo długotrwałe (w zależności od stopnia skomplikowania i mocy obliczeniowej komputera czas ten może wynosić od kilku sekund do kilku dni, a nawet i dłużej). Dodatkowo, wartości obliczone metodą MES obarczone mogą być błędami, których wartość zależy od założeń przyjętych podczas formułowania problemu do rozwiązania, jak również i dokładności dostępnych danych materiałowych. Dlatego też, jeśli to tylko możliwe należy dane obliczone zweryfikować z danymi zmierzonymi na rzeczywistym urządzeniu lub układzie.

W miarę wzrostu naprężenia σ materiał przechodzi kolejno ze stanu liniowo-sprężystego (0 < σ ≤ σH) poprzez stan nieliniowo-sprężysty (σH< σ ≤ σS) do stanu plastycznego (σP< σ ≤ σw) i w końcu próbka ulega zerwaniu .Naprężenia σH, σS, σP i σw wyznaczają granice między poszczególnymi stanami mechanicznymi. Przekroczenie każdej z tych granic powoduje  jakościową zmianę  własności materiału.

Jednoosiowy układ naprężeń:

Dla układu w którym oś próbki przecina się z osia z to stan naprężeń w układnie charakteryzuje się tylko jedna współzedną

Współczynnik bezpieczeństwa:

Problemem podstawowym dla inżyniera jest wyznaczenie tzw. współczynnika bezpieczeństwa n, który jest liczbą mówiącą, ile razy aktualne naprężenie σ jest mniejsze od naprężenia niebezpiecznego σn. Wobec tego naprężeniu  σ odpowiada współczynnik bezpieczeństwa  n = σn/σ. Obliczenie współczynnika bezpieczeństwa przy jednoosiowym rozciąganiu (lub ściskaniu) jest więc nader proste.

Trójosiowy stan naprężeń.

Na bardzo duże trudności natrafiamy jednak, gdy w danym punkcie występuje więcej niż jedna składowa stanu naprężenia lub ogólniej: trójosiowy stan naprężenia opisany macierzą

Naprężenia zredukowane:

Główna idea hipotez wytrzymałościowych polega sprowadzeniu złożonego stanu naprężenia do

odpowiedniego stanu jednoosiowego rozciągania naprężeniem zastępczym. Pozwala to

wyznaczyć współczynnik bezpieczeństwa i określić stan wytężenia materiału w danym punkcie.

WARUNEK PLASTYCZNOŚCI TRESKI – GUESTA:

Materiał przechodzi w danym punkcie w stan plastyczny wówczas gdy maksymalne naprężenie styczne osiągnie pewną graniczną wartość charakterystyczną dla tego materiału

Warunek plastyczności Hubera-Misesa:

Dla materiałów ciągliwych przyjmuje się model ciała idealnie sprężysto-plastycznego. W takim modelu granica proporcjonalności σ granica sprężystości σ_s i granica plastyczności σ_p mają tę samą wartość

Hipoteza Hubera – materiał przechodzi w danym pnkcie w stan plastyczny wówczas gdy gęstość energii odkształcenia postawowego?! (tj. energia dematorów?!- stemp czystego ścinania) osiąga pewną wartośćgraniczną

Ansys

• Srodowisko do symulacji i modelowania –ansys workabanch

• Solvery pozwalające na rozwiązywanie zagadnień przepływowych Ansys CFD

• Solver o rozwiazywania zagadnień dynamicznych i nieliniowych uwzględniających duże przemieszczenia –Ansys AUTODYN

• Solver do rozwiazywania analiz dynamicznych połączonych z pre i post procesorem Ansys LS-Dyna

• Zaawansowane narzędzie do dyskretyzacji Ansys ICEM CFD

Ansys Workbanch

• Mechanical-wykonywanie analiz dynamicznych i cieplnych wraz z możliwościa tworzenia siatek MES

• Geometry – tworzenie i modyfikacja geometrii CAD

• Engineering data – definiowanie materiałów

Aplikacja mechanical rodzaje:

• Mechaniczna

• Dynamiczna

• Wymiany ciepła

• Magnetostatyczna

• Optymalizacja kształtu obszarów które możemy usunąć

  Rozwiazywanie typowego problemu MES

• Podział obszaru na podobszary

• Wyznaczenie funkcji aproksymacyjnej dla elementu

• Złożenie

• Uzględnienie warunków brzegowych

• Rozwiązanie równania

Do kryteriów zalicza się

-wymiar elementu

-kształt geometryczny

-typ i stopień wielomiany przyjętej funkcji kształtu

-liczbę węzłów w elemencie

-węzły ogólne nałożone na element

Ze względu na wymiar elementy dzieli się na

-jendowymiarowe

-dwuwymiarowe

-trójwymiarowe

Na geometrię

-odcinkowe

-trójkątne

-prostokątne

-czworościenne

-prostopadłościenne

Program wykorzystywany do obliczeń MES składa się z :

-preprocesora

-Procesora

-postprocesora

Preprocesor obejmuje:

- zdefinowanie kluczowych elementów

- zdefiniowanie rodzaju elementu, cech geometrycznych

- podziału modelu na elementy

Procesor

- odpowiada za wykonywanie obliczeń

Post procesor

-dalsza obróbka danych i oglądanie wyników

- przemieszczen i wartości sił i momentów w węzłach

- wykresy odkształceniowe i napręzenia w modelu.