Czym jest analiza strukturalna?
Analiza strukturalna to dyscyplina inżynierii symulacyjnej, która koncentruje się na określaniu wytrzymałości, stateczności i trwałości konstrukcji pod różnymi obciążeniami i w różnych warunkach. Korzystając z zaawansowanych modeli matematycznych i symulacji, inżynierowie mogą przewidzieć, w jaki sposób konstrukcje – od budynków i mostów po komponenty mechaniczne – będą reagować na rzeczywiste siły, takie jak grawitacja, wiatr, aktywność sejsmiczna i zmiany termiczne.
Ten rodzaj analizy zapewnia, że konstrukcje są bezpieczne, wydajne i zdolne do wytrzymania zarówno codziennego użytkowania, jak i ekstremalnych warunków.
Rola analizy strukturalnej w inżynierii cyfrowej
Analiza strukturalna obejmuje zastosowanie zasad fizyki i mechaniki w celu oceny zachowania różnych materiałów pod wpływem naprężeń. Niezależnie od tego, czy chodzi o projektowanie wieżowca, czy złożonej części mechanicznej do samolotu, analiza strukturalna pomaga inżynierom zidentyfikować najbardziej efektywne sposoby wykorzystania materiałów bez uszczerbku dla bezpieczeństwa lub wydajności.
Inżynierowie wykorzystują narzędzia takie jak FEA (analiza elementów skończonych) do tworzenia wirtualnych modeli konstrukcji, które są następnie poddawane symulowanym obciążeniom. Symulacje te zapewniają wgląd w potencjalne słabe punkty, obszary nadmiernego odkształcenia lub ryzyko awarii. Dzięki tym danym inżynierowie mogą zoptymalizować projekty przed zbudowaniem fizycznych prototypów, oszczędzając zarówno czas, jak i zasoby, jednocześnie poprawiając bezpieczeństwo i wydajność.
Jakie są korzyści z analizy strukturalnej?
Zwiększenie bezpieczeństwa produktu
Identyfikacja potencjalnych punktów awarii, słabych punktów i wrażliwości w projekcie przed jego zbudowaniem. Symulując rzeczywiste warunki, takie jak nośność, aktywność sejsmiczna lub siły wiatru, inżynierowie mogą zapewnić, że konstrukcje są bezpieczne dla użytkowników i środowiska.
Zmniejszenie kosztów rozwoju
Ograniczenie potrzeby tworzenia wielu fizycznych prototypów poprzez wykorzystanie wirtualnych prototypów za pomocą MES i innych zaawansowanych metod symulacji. Minimalizuje to koszty materiałów i przyspiesza proces rozwoju poprzez wczesne identyfikowanie problemów projektowych, unikając w ten sposób kosztownych przeprojektowań lub błędów produkcyjnych.
Optymalizacja wykorzystania materiałów
Określenie, gdzie konieczne jest wzmocnienie i gdzie można zminimalizować ilość materiałów bez narażania bezpieczeństwa. Prowadzi to do bardziej wydajnych projektów, które zmniejszają ilość odpadów, obniżają koszty i poprawiają zrównoważony rozwój.
Poprawa jakości projektu
Możesz poznać szerszy zakres opcji projektowych i podejmować bardziej świadome decyzje. Popraw również ogólną jakość projektów, zapewniając, że spełniają one wysokie standardy wydajności w różnych warunkach obciążenia.
Skrócenie czasu wprowadzania produktów na rynek
Skrócenie czasu realizacji projektu poprzez usprawnienie procesu projektowania i ograniczenie konieczności przeprowadzania testów fizycznych. Wirtualna walidacja projektów i szybka iteracja pozwalają szybciej wprowadzać na rynek inteligentniejsze produkty.
Ograniczanie ryzyka
Symulacja różnych scenariuszy operacyjnych i identyfikacja potencjalnych problemów na wczesnym etapie projektowania. Zmniejsza to prawdopodobieństwo napotkania nieprzewidzianych problemów podczas budowy lub produkcji, minimalizując opóźnienia i zapewniając płynniejszą realizację projektu.
Przewidywanie wydajności
Zrozumienie, jak konstrukcja będzie zachowywać się pod wpływem różnych obciążeń i warunków środowiskowych przed rozpoczęciem budowy. Pomaga to zapewnić, że projekt będzie działał zgodnie z oczekiwaniami przez cały cykl życia, zmniejszając koszty gwarancji i zwiększając zadowolenie klientów.
Przestrzeganie przepisów
Zapewnienie zgodności projektów z odpowiednimi normami i przepisami branżowymi (np. Eurokod, AISC). Nie tylko zwiększa to bezpieczeństwo publiczne, ale także pozwala uniknąć odpowiedzialności prawnej.
Jaki jest najlepszy sposób na rozpoczęcie analizy strukturalnej w Twojej organizacji?
Włączenie analizy strukturalnej do procesu rozwoju produktu jest niezbędne dla zapewnienia integralności projektu, optymalizacji wykorzystania materiałów i poprawy ogólnej wydajności produktu. Czytaj dalej, aby poznać nasze zalecane podejście do analizy strukturalnej lub skontaktuj się z nami w celu uzyskania bezpłatnej konsultacji już dziś.
Określ przeznaczenie konstrukcji lub komponentu. Zrozum warunki środowiskowe, z którymi będzie musiał się zmierzyć (np. obciążenia, wahania temperatury lub aktywność sejsmiczna). Określ kryteria wydajności, takie jak wytrzymałość, trwałość i normy bezpieczeństwa.
Można to zrobić za pomocą oprogramowania CAD (projektowanie wspomagane komputerowo), takiego jak CATIA lub SOLIDWORKS. Geometria powinna dokładnie odzwierciedlać wszystkie krytyczne cechy projektu, w tym wymiary, kształty i połączenia. Należy upewnić się, że model jest wystarczająco szczegółowy, aby uchwycić wszystkie niezbędne cechy, ale wystarczająco uproszczony, aby uniknąć niepotrzebnej złożoności obliczeniowej podczas analizy.
Właściwości te będą miały wpływ na zachowanie się konstrukcji pod wpływem różnych obciążeń i warunków. Dane materiałowe mogą pochodzić z norm branżowych lub baz danych materiałów zintegrowanych z narzędziami symulacyjnymi, takimi jak Abaqus lub SIMULIA.
Warunki brzegowe określają, w jaki sposób konstrukcja jest podparta lub ograniczona. Na przykład, stałe podpory mogą być stosowane do symulacji miejsca, w którym budynek jest zakotwiczony w fundamencie.
Generowanie siatki jest krytycznym krokiem, ponieważ wpływa zarówno na dokładność, jak i wydajność obliczeniową. Gęstsza siatka zapewnia bardziej szczegółowe wyniki, ale wymaga większej mocy obliczeniowej. Rzadsza siatka skraca czas obliczeń, ale może pominąć ważne koncentracje naprężeń. Celem jest znalezienie równowagi między dokładnością a wydajnością poprzez zagęszczenie siatki w obszarach, w których spodziewane są duże naprężenia lub odkształcenia.
Użyj oprogramowania FEA do obliczenia kluczowych czynników, takich jak rozkład naprężeń, odkształcenia, wzorce deformacji i potencjalne punkty awarii. Wyniki zapewniają cenny wgląd w to, jak konstrukcja będzie działać w rzeczywistych warunkach.
Sprawdź zgodność projektu z odpowiednimi normami i przepisami branżowymi (np. Eurokod dla konstrukcji budowlanych lub normy ISO dla komponentów mechanicznych). Zapewnienie zgodności na tym etapie pomaga uniknąć kosztownych przeprojektowań na późniejszym etapie procesu rozwoju.
Porozmawiajmy
Nasz zespół ds. symulacji jest do Twojej dyspozycji, aby zapewnić dostosowane do potrzeb wskazówki i wsparcie dzięki dogłębnej znajomości pełnego portfolio SIMULIA. Skontaktuj się z ekspertem już dziś.
Niezbędne oprogramowanie do analizy strukturalnej
Abaqus
CATIA Analysis
For advanced engineering analysis and design validation.
SOLIDWORKS Simulation
For evaluating performance and behavior inside the product design environment.
Zapoznaj się z naszą szeroką ofertą rozwiązań programowych