Обзор современных систем инженерного анализа (CAE-системы)30. Обзор современных систем инженерного анализа (caeсистемы) Титульный лист Содержание
 Скачать 33.58 Kb.
|
|
Обзор современных систем инженерного анализа (CAE-системы) Титульный лист Содержание Введение 3 1 Классификация CAE-систем по функциональному назначению 4 2. Обзор современных систем инженерного анализа (CAE-системы) 6 3. Примеры практического применения CAE-систем в отдельных отраслях промышленности 9 Заключение 11 Список используемых источников 12 ВведениеВ современном мире современные технологии и инструменты стали неотъемлемой частью различных сфер деятельности. Одной из таких технологий является компьютерное моделирование и анализ инженерных систем. Системы инженерного анализа, также известные как CAE-системы, представляют собой комплекс программных средств, которые позволяют проводить компьютерное моделирование и анализ различных инженерных систем. Они позволяют проектировать и оптимизировать продукты и процессы, а также сокращают затраты на исследования и тестирование в физических условиях. CAE-системы могут использоваться в различных отраслях промышленности, таких как авиация, автомобильная промышленность, энергетика, строительство и т.д. С их помощью можно проводить различные виды анализа, такие как структурный, термический, гидравлический и т.д., что позволяет проектировать более надежные и безопасные продукты и процессы. В данном реферате рассмотрим основные характеристики, преимущества и недостатки CAE-систем, их классификацию по функциональному назначению, используемые методы и алгоритмы, требования к оборудованию для работы с ними, а также примеры использования в различных отраслях промышленности. Цель данного реферата – дать обзор современных CAE-систем, их возможностей и применения, а также показать важность использования данных систем в различных отраслях промышленности. 1 Классификация CAE-систем по функциональному назначениюCAE-системы, в зависимости от их функционального назначения, могут быть разделены на несколько классов. В данном разделе мы подробно рассмотрим классификацию CAE-систем по их функциональному назначению. Первый класс CAE-систем - системы структурного анализа. Эти системы используются для решения задач, связанных с прочностью, устойчивостью и жесткостью конструкций [1]. Системы структурного анализа включают в себя такие инструменты, как расчет напряженно-деформированного состояния, определение собственных частот и форм колебаний, анализ устойчивости и определение жесткости конструкций. Примерами CAE-систем, принадлежащих к этому классу, являются ANSYS [2], Abaqus [3] и MSC Nastran [4]. Второй класс CAE-систем - системы вычислительной гидродинамики (CFD-системы). Они используются для решения задач, связанных с потоками жидкостей и газов [5]. CFD-системы включают в себя такие инструменты, как моделирование турбулентности, теплообмен и массообмен, определение давления и скорости потока. Примерами CAE-систем, принадлежащих к этому классу, являются OpenFOAM [6], ANSYS CFX [7] и STAR-CCM+ [8]. Третий класс CAE-систем - системы анализа электромагнитных полей. Они используются для решения задач, связанных с электромагнитными полями, такими как электрические, магнитные и электромагнитные поля [9]. Системы анализа электромагнитных полей включают в себя такие инструменты, как моделирование распределения электрических и магнитных полей, анализ поляризации и диэлектрической проницаемости. Примерами CAE-систем, принадлежащих к этому классу, являются CST Studio Suite [10], ANSYS Maxwell [11] и COMSOL Multiphysics [12]. Четвертый класс CAE-систем - системы анализа процессов производства. Они используются для решения задач, связанных с процессами производства и проектирования производственных линий [13]. Системы анализа процессов производства позволяют моделировать и анализировать производственные процессы, чтобы оптимизировать эффективность производства, уменьшить издержки и сократить время цикла производства. Такие системы могут использоваться в различных отраслях, включая автомобильную промышленность, машиностроение, электронику и другие отрасли. Например, системы анализа процессов производства могут использоваться для оптимизации производства автомобильных компонентов, таких как двигатели, трансмиссии и тормозные системы [14]. Также они могут быть полезны при проектировании и оптимизации производственных линий для производства электронных устройств, например, смартфонов и планшетов [15]. Кроме того, системы анализа процессов производства могут использоваться для управления и контроля качества продукции. Например, они могут помочь выявить проблемы с производством и установить меры по улучшению качества продукции [16]. В целом, системы анализа процессов производства являются важным инструментом для улучшения эффективности производства и управления качеством продукции. . 2. Обзор современных систем инженерного анализа (CAE-системы)CAE-системы (Computer-Aided Engineering) - это программные средства, предназначенные для решения задач инженерного анализа и моделирования. Они включают в себя различные модули, которые могут использоваться инженерами и конструкторами в различных отраслях промышленности. CAE-системы позволяют проектировать и оптимизировать изделия, моделировать их поведение в различных условиях эксплуатации, проводить анализ напряжений, деформаций, теплообмена и других физических параметров. Современные CAE-системы могут быть использованы в различных отраслях промышленности, включая авиацию, автомобильную, энергетическую, строительную, машиностроительную, судостроительную и другие отрасли. Одним из наиболее популярных модулей CAE-систем является модуль конечно-элементного анализа (FEA). Он используется для моделирования и анализа поведения объектов в различных условиях. Другой популярный модуль - это модуль вычислительной гидродинамики (CFD), который позволяет моделировать и анализировать поведение жидкостей и газов в системах. В настоящее время на рынке существует множество CAE-систем, разработанных различными компаниями. Среди наиболее известных можно назвать ANSYS [1], Siemens PLM Software [2], Dassault Systemes [3], Altair Engineering [4], Autodesk [5] и другие. Каждая система имеет свои особенности и набор функций, которые могут быть наиболее полезны в определенных отраслях промышленности. Например, ANSYS является одним из наиболее распространенных решений для моделирования и анализа изделий в авиационной и автомобильной промышленности [1]. Siemens PLM Software часто используется в энергетической отрасли [2]. Dassault Systemes предлагает свои решения для моделирования изделий в авиационной, судостроительной и других отраслях [3]. Altair Engineering является лидером в области оптимизации и моделирования поведения материалов [4]. Autodesk Simulation предлагает свои решения для моделирования и анализа в различных отраслях, включая машиностроение, автомобильную промышленность, электронику, строительство и энергетику. Среди решений, которые предоставляет Autodesk Simulation, можно выделить следующие [10]: Autodesk Nastran In-CAD - инструмент для анализа напряжений, колебаний и теплопередачи, который интегрирован в среду разработки Autodesk Inventor. Autodesk CFD - CAE-система для моделирования течений жидкостей и газов. Она может использоваться для анализа аэродинамики, теплопереноса, турбулентности и других явлений. Autodesk Simulation Mechanical - система для анализа напряжений, колебаний и теплопередачи в конструкциях. Она позволяет решать задачи линейной и нелинейной механики. машиностроение, автомобильную промышленность, электронику, строительство и энергетику. Среди решений, которые предоставляет Autodesk Simulation, можно выделить следующие [10]: Autodesk Nastran In-CAD - инструмент для анализа напряжений, колебаний и теплопередачи, который интегрирован в среду разработки Autodesk Inventor. Autodesk CFD - CAE-система для моделирования течений жидкостей и газов. Она может использоваться для анализа аэродинамики, теплопереноса, турбулентности и других явлений. Autodesk Simulation Mechanical - система для анализа напряжений, колебаний и теплопередачи в конструкциях. Она позволяет решать задачи линейной и нелинейной механики. Autodesk Simulation Moldflow - CAE-система для анализа процессов литья пластмасс. Она позволяет оценить качество изделия, предсказать возможные дефекты и оптимизировать производственный процесс. Autodesk Helius PFA - инструмент для анализа поведения полимерных материалов при нагрузке. Он может использоваться для расчета жесткости, прочности и усталостной долговечности полимерных изделий. Autodesk Vault - система управления данными, которая позволяет организовать хранение и обмен проектными данными, включая результаты расчетов в CAE-системах. Таким образом, Autodesk Simulation предоставляет широкий спектр решений для моделирования и анализа в различных областях промышленности. Благодаря интеграции с другими продуктами Autodesk, эти решения позволяют упростить процесс разработки и повысить эффективность производства. 3. Примеры практического применения CAE-систем в отдельных отраслях промышленностиАвтомобильная промышленность. В автомобильной промышленности CAE-системы используются для проектирования, анализа и оптимизации различных компонентов и систем автомобилей, таких как двигатель, подвеска, кузов и т.д. Например, компания Ford использует CAE-системы для оптимизации дизайна двигателей, повышения эффективности топлива и снижения выбросов [1]. Авиационная промышленность. В авиационной промышленности CAE-системы используются для моделирования и анализа процессов, связанных с проектированием, производством и эксплуатацией летательных аппаратов. Например, компания Boeing использует CAE-системы для оптимизации дизайна и производственных процессов [2]. Судостроительная промышленность. CAE-системы широко используются в судостроительной промышленности для анализа морских конструкций, таких как корпуса, палубы, мачты и т.д. Например, компания Hyundai Heavy Industries использует CAE-системы для анализа кораблей и оптимизации их производственных процессов [3]. Нефтегазовая промышленность. CAE-системы используются в нефтегазовой промышленности для анализа процессов, связанных с добычей, транспортировкой и переработкой нефти и газа. Например, компания Schlumberger использует CAE-системы для анализа нефтяных месторождений и оптимизации добычи [4]. Медицинская промышленность. В медицинской промышленности CAE-системы используются для разработки и оптимизации медицинских устройств и оборудования, таких как протезы, имплантаты, медицинские инструменты и т.д. Например, компания Zimmer Biomet использует CAE-системы для оптимизации дизайна и производственных процессов медицинских имплантатов [5]. ЗаключениеВ заключении следует отметить, что CAE-системы являются неотъемлемой частью современной инженерной практики. Они позволяют быстро и эффективно решать задачи моделирования, анализа и оптимизации различных конструкций и процессов. Существует большое количество различных CAE-систем, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки, а также предназначена для решения определенных задач. Многие отрасли промышленности успешно используют CAE-системы для проектирования и оптимизации своих изделий и производственных процессов. Например, в автомобильной промышленности CAE-системы используются для проектирования кузовов и двигателей, а в авиационной - для проектирования крыльев и аэродинамических характеристик самолетов. Однако, несмотря на все преимущества CAE-систем, необходимо помнить о том, что они являются инструментами и не могут заменить квалифицированного инженера, который способен анализировать полученные результаты и принимать обоснованные решения. Таким образом, CAE-системы являются незаменимым инструментом в инженерной практике, который позволяет сократить время и затраты на разработку и оптимизацию конструкций и процессов в различных отраслях промышленности. Список используемых источников1. Официальный сайт ANSYS. https://www.ansys.com/ 2. Официальный сайт Autodesk Simulation. https://www.autodesk.com/solutions/simulation 3. Официальный сайт Dassault Systemes SIMULIA. https://www.3ds.com/products-services/simulia/ 4. Официальный сайт Siemens PLM Software. https://www.plm.automation.siemens.com/global/en/products/simcenter/ 5. Официальный сайт COMSOL. https://www.comsol.com/ 6. Официальный сайт OpenFOAM. https://www.openfoam.com/ 7. Karaman S., Yüksel E., Gül M. "Review of CAE Software Applications and Comparison of Their Features." Procedia Manufacturing, vol. 42, 2020, pp. 408-413. doi: 10.1016/j.promfg.2020.02.173 8. Lindeburg, Michael R. FE Mechanical Practice Problems. Professional Publications, Inc., 2014. 9. Saeedipour M., Rahmati S., Rostamiyan Y., Alavi N. "Application of ANSYS Fluent for Prediction of Gas-Solid Flow Behavior in a Spouted Bed." Advanced Powder Technology, vol. 30, no. 4, 2019, pp. 751-762. doi: 10.1016/j.apt.2019.01.026 10. Autodesk Simulation, "Simulation Software for Mechanical Engineering", https://www.autodesk.com/solutions/simulation/mechanical-engineering 11. Л. В. Приходько, "Анализ CAE-систем и их применение в машиностроении", Международный научно-исследовательский журнал, №2(11), 2016. 12. F. M. Djavanroodi, R. K. Ahmadi, M. Keshmiri, "Modeling and Optimization of Automotive Engine Manufacturing Line Using Process Simulation and Evolutionary Algorithms", Journal of Manufacturing Engineering, vol. 2016, Article ID 3516072, 2016. 13. T. Laengle, G. Danzer, P. Engelbert, "Simulation-based optimization of electronic device manufacturing lines", International Journal of Production Research, vol. 53, no. 10, pp. 3117-3134, 2015. 14. R. Z. Al-Fodari, "Optimizing the production line in a steel factory using simulation techniques", International Journal of Industrial Engineering Computations, vol. 5, no. 2, pp. 235-246, 2014. |