نکات تولید شبکه در تحلیل المان محدود (FEA)

زمان مطالعه: 6 دقیقه

نکات تولید شبکه در تحلیل المان محدود (FEA) و تشریح ارتباط سیال سازه

شبیه­ سازی یک ابزار حیاتی برای بسیاری از صنایع محسوب می‌­شود. طبق تحقیقات گراند ویو (Grand View Research)، انتظار می‌رود بازار جهانی نرم‌افزارهای شبیه‌سازی با نرخ رشد مرکب سالانه ۱۷٫۱ درصد (CAGR) از سال ۲۰۲۱ تا ۲۰۲۸ رشد کنند. این یک افزایش قابل توجه است و علت این امر در درجه اول به دلیل مزایای زیادی که نرم افزار شبیه­ سازی از جمله کاهش هزینه­‌های توسعه محصول، آزمایش‌­های فیزیکی و نمونه­‌های اولیه معیوب برای تجارت­‌های مختلف فراهم می­‌کند، می‌­باشد. در برنامه‌های مهندسی به کمک کامپیوتر (CAE) مانند شبیه‌سازی‌­ها، انواع مختلفی از نرم‌افزارها برای تجزیه و تحلیل محصول شما وجود دارد، مانند آنالیز اجزای محدود (FEA)، دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و بسیاری دیگر. برای انجام یک شبیه سازی CAE، سه مرحله مهم برای تجزیه و تحلیل وجود دارد: پیش پردازش، حل و پس پردازش. بیایید مرحله پیش پردازش FEA، به ویژه اهمیت یک مش با کیفیت خوب در انسیس را مورد بحث قرار دهیم.

مش­ بندی یکی از مهم‌­ترین مراحل در انجام یک شبیه­ سازی دقیق با استفاده از روش FEA است. مش از المان­‌هایی که حاوی گره می­‌باشند و شکل هندسی را پوشش می‌دهد تشکیل شده است. مش­ بندی فرآیند تبدیل اشکال نامنظم، به حجم­ های قابل تشخیص‌­تر به نام “المان­‌ها” می­‌باشد.

نکات تولید شبکه در تحلیل المان محدود (FEA)- مرجع تخصصی آموزش نرم افزار انسیس و فلوئنت
نمونه‌ای از مش ایجاد شده روی بدنه‌ی گیربکس در انسیس

نکات تولید شبکه در تحلیل المان محدود (FEA)- مرجع تخصصی آموزش نرم افزار انسیس و فلوئنت

ایجاد مش در المان محدود  (FEA) به چه معناست؟

تحلیل المان محدود یک نمایش ریاضی از یک سیستم فیزیکی است که شامل یک قطعه/مجموعه، خواص مواد و شرایط مرزی است. در اکثر مواقع، نمی‌­توان رفتار محصول در دنیای واقعی را با محاسبات دستی ساده تقریب زد. یک تکنیک عمومی مانند FEA با استفاده از معادلات دیفرانسیل جزئی می­تواند روش مناسبی برای نمایش رفتارهای پیچیده به همراه ثبت دقیق پدیده‌های فیزیکی باشد. آنالیز المان محدود پیشرفت قابل توجهی داشته و بالغ شده و در سطح جهانی در دسترس است تا مهندسان طراح و همچنین متخصصین بتوانند از آن استفاده کنند.

مش­بندی یا همان شبکه بندی یکی از مهم­ترین مراحل در انجام یک شبیه­ سازی دقیق با استفاده از روش اجزای محدود است. مش از المان‌­هایی که حاوی گره می­باشند (مکان­‌های مختصاتی در فضا که می­توانند بر اساس نوع المان متفاوت باشند) و شکل هندسه را نشان می­دهند، تشکیل شده است. یک حلگر FEA نمی‌­تواند به راحتی با اشکال نامنظم کار کند و بهتر است از اشکال مکعبی شکل استفاده کرد. مش­بندی فرآیند تبدیل اشکال نامنظم، به حجم‌­های قابل تشخیص­تر به نام “المان­‌ها” می­‌باشد.

قبل از شروع مش ­بندی، ابتدا باید یک مدل هندسی یا CAD را برای مثال در Ansys Mechanical آپلود کنید تا فرآیند شبیه سازی آغاز شود.

چگونه CAD/Geometry خود را برای مش بندی آماده کنیم؟

هنگام استفاده از نرم‌افزار شبیه‌سازی FEA در انسیس، مانند Mechanical، مهم است که مشخص کنید چه ویژگی‌هایی از مدل CAD شما باید مش بندی شوند و چه ویژگی­‌هایی نیاز به مش­بندی ندارند. بسیاری از اوقات، هندسه CAD برای ساخت، بسیار پیچیده و پر جزئیات است. اما برای شبیه­ سازی در انسیس، ممکن است به همه جزئیات نیاز نداشته باشید، بنابراین می‌­توان بخش‌­هایی از هندسه را در نظر نگرفت، که به معنای حذف آن جزئیات برای صرفه جویی در زمان است.

به عنوان مثال، محصول شما ممکن است دارای یک پلاک نام باشد. شما ممکن است نیازی به یادگیری اثرات فیزیکی این پلاک نداشته باشید، بنابراین می­توان برای جلوگیری از ایجاد مش، صفحه را در نظر نگرفت که این کار باعث صرفه‌­جویی در مش ­بندی و زمان حل می­‌شود.

با استفاده از Ansys SpaceClaim، پلاک نام در هندسه به راحتی حذف می­‌شود تا از انجام یک تحلیل غیرضروری احتمالی روی صفحه جلوگیری شود.

یکی دیگر از جنبه­‌های مهم آماده سازی مدل CAD برای شبیه سازی به کمک روش المان محدود، توصیف رابطه بین دو یا چند قسمت در هندسه است. به عنوان مثال، اگر هندسه شما گره‌هایی دارد که بین چند وجهه‌ (یا لبه‌) مشترک است، مهم است که تصمیم بگیرید که یک شبکه منطبق (Conformal) باید روی آن اعمال شود یا یک شبکه غیر منطبق(Non-Conformal). از مش منطبق برای قطعاتی که با چسب یا جوش و از مش غیر منطبق برای قطعاتی که توسط مفصل­‌ها یا اتصالات به یکدیگر وصل شده‌­اند، استفاده می‌­شود. در Ansys Mechanical، می‌توانید این رویکردها را مطابق با نیازهای خود، ترکیب کنید.

انواع روش‌­های شبکه بندی: چهار وجهی در مقایسه با شش وجهی

دو روش اصلی برای ایجاد مش بر روی مدل­‌های سه بعدی برای حل مسائل اجزای محدود در نرم افزار انسیس وجود دارد:

  • ایجاد مش با المان­‌های چهاروجهی یا “Tet”
  • ایجاد مش با المان­‌های شش ­وجهی یا “Hex”

المان­های شش ­وجهی یا “آجری” معمولاً نتایج دقیق­‌تری در تعداد المان کمتر در مقایسه با المان­‌های چهاروجهی دست می‌­آورند. اگر هندسه پیچیده باشد، استفاده از المان­‌های چهاروجهی ممکن است بهترین انتخاب باشد. این روش‌های مش‌بندی پیش‌فرض یا خودکار ممکن است برای برطرف کردن نیازهای شما کافی باشد، با این حال، روش‌های دیگری وجود دارند که می‌توانند کنترل مش بیشتری را در اختیار شما قرار دهند.

مش­بندی ترکیبی (Hybrid meshing)

در انسیس مکانیکال، با استفاده از روش Multizone که متشکل از المان‌­های چهار و شش­‌وجهی می­‌باشد، می­توانید قسمت­‌های مختلف هندسه خود را با روش‌­های مختلف مش ­بندی کنید. این ویژگی به شما این امکان را می­‌دهد که آماده‌­سازی هندسی کمتری انجام دهید و کنترل بیشتری بر روی مش‌­های خود داشته باشید.

نکات تولید شبکه در تحلیل المان محدود (FEA)- مرجع تخصصی آموزش نرم افزار انسیس و فلوئنت
هندسه اتصال لوله با استفاده از قابلیت مش بندی ترکیبی Ansys Mechanical

شبکه بندی جارویی (Sweep meshing)

با مش­ بندی جارویی، مش در واقع از طریق حجم و سطوح “جارو” می­‌شود تا به ایجاد یک مش کارآمد با اندازه منظم کمک کند. تصمیم‌­گیری در مورد استفاده از روش مش معمولاً به نوع تجزیه و تحلیل (صریح یا ضمنی) یا فیزیک شما و همچنین میزان دقتی که در حل خود می­خواهید، بستگی دارد. روش‌­های دیگری مانند مش­بندی دکارتی و چهاروجهی‌­های لایه‌­ای در انسیس وجود دارند که برای تجزیه و تحلیل­‌های خاص مانند تولید افزودنی استفاده می‌­شوند.

روش­‌های کنترل مش

با استفاده از کنترل­‌های مش، می­توان شبکه دقیق­‌تری روی هندسه ایجاد کرد. انسیس مکانیکال شما را قادر می­سازد به جای مش سراسری، که کل CAD را با یک روش مش بندی می­کند، مش های محلی (Local) را کنترل کنید. برخی از نمونه‌های کنترل‌های شبکه­ بندی محلی شامل اندازه‌گزاری محلی و استفاده از بدنه‌ی مجازی (Boi) برای ریزکردن شبکه در ناحیه‌ی خاص می‌باشد.

به عنوان مثال یک قاب موتورسیکلت (شاسی) را در نظر بگیرید که قرار است تحلیل جامداتی و اجزای محدود روی آن صورت بگیرد (به عنوان مثال تحلیل تنش و کرنش). ممکن است بخواهید یک مش کلی بر روی کل هندسه اعمال کنید؛ اما بهتر است از روش‌­های متفاوتی در جاهایی که اتصالات جوش و پیچ و مهره هستند استفاده کنید. استفاده از کنترل‌های مش‌بندی محلی به شما این امکان را می‌دهد که مش باکیفیت‌تری در این مکان‌ها ایجاد کنید و کل موتورسیکلت را با المان های کوچک‌ شبکه بندی نکنید که این کار از طولانی شدن زمان حل، جلوگیری می­کند.

نکات تولید شبکه در تحلیل المان محدود (FEA)- مرجع تخصصی آموزش نرم افزار انسیس و فلوئنت
شاسی یک موتورسیکلت شبکه بندی شده دارای اتصالات جوشی

چرا شبکه‌ باید از کیفیت خوبی در حل مسائل المان محدود برخوردار باشد؟

به زبان ساده، یک مش با کیفیت خوب به نتایج دقیق­‌تر منتهی می­‌شود. مش بی کیفیت باعث مشکلاتی در همگرایی می­‌شود که می‌­تواند منجر به نتایج نادرست و نتیجه‌­گیری­ غلط شود.

کیفیت مش شما به چند سناریو بستگی دارد:

  • چه نوع تحلیلی انجام می­دهید.
  • چقدر زمان می­خواهید برای ایجاد مش صرف کنید.
  • چقدر زمان می­خواهید به حل کردن مسئله اختصاص دهید.

در برخی موارد، ممکن است به دنبال یک حل سریع باشید و نخواهید زمان زیادی را برای تنظیم مش خود صرف کنید. در مواقع دیگر، ممکن است یک حل یا نتیجه بسیار دقیق مدنظر باشد که لازم است مش خود با روش­‌ها و کنترل‌­های مختلف ایجاد کنید و این امر به زمان و تلاش بیشتری نیاز دارد.

یک مش خوب دارای معیار کیفیتی است که با نیازهای شما (نوع تجزیه و تحلیل، سطح دقت، زمان) مانند کیفیت المان­‌ها و نسبت ابعاد مطابقت دارد. در نهایت، ما توصیه می­کنیم هندسه خود را درک کنید و از ابزارهای موجود برای ایجاد بهترین مش ممکن استفاده کنید – که در نهایت منجر به طراحی بهتر محصول می­‌شود.


برای آموزش نحوه‌ی تولید شبکه در مسائل المان محدود، دوره‌ی آموزشی “ انجام تحلیل‌های جامداتی در انسیس ” پیشهاد می‌شود.  

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سبد خرید
WordPress PopUp Plugin
error: محتوا محافظت شده است
با خرید هر محصول آموزشی و ثبت نظر در خصوص آن، یک کد تخفیف ویژه هدیه بگیرید.
+ +
پیمایش به بالا