Symulacja 2010

TERMIN: 25 – 26 marca 2010
MIEJSCE: Hotel Podklasztorze, Sulejów (woj.łódzkie)

25-26.03.2010r. SYMULACJA 2010 była już siódmym spotkaniem użytkowników systemów symulacji komputerowe.  W tym roku gościliśmy w pięknie usytuowanym kompleksie hotelowym Podklasztorze nad Jeziorem Sulejowskim (koło Piotrkowa Trybunalskiego) – były kompleks Opactwa Cystersów nad rzeką Pilicą.  W tym sprzyjającym otoczeniu, uczestnicy  mogli podzielić się swoimi doświadczeniami związanymi z symulacja komputerową poprzez wygłoszenie referatu lub podczas rozmów kuluarowych.

Warsztaty i referaty:
W czasie Konferencji odbyły się dodatkowe wydarzenia:

• Warsztaty: DesignXplorer – optymalizacja konstrukcji
• Warsztaty: ANSYS FE Modeler – praca z siatkami MES
• Możliwość poznania najnowszych produktów z dziedziny symulacji komputerowej
• Premiera polskiej nakładki na środowisko ANSYS 12.1 (Workbench2)
• Zapowiedź zmian w przyszłej wersji ANSYS 13.0. Pierwsza w Polsce prezentacja produktu (jeszcze w fazie rozwojowej)

SYMULACJA 2010 była VII spotkaniem użytkowników systemów symulacji komputerowej z cyklu Symulacja. Na sesji plenarnej wygłoszone były w sumie 16 referatów (*). W trakcie trwania Konferencji prowadzone były również warsztaty praktyczne. Zachęcamy do podzielenia sie również swoimi doswiadczeniami z pozostałymi uczestnikami poprzez wygłoszenie referatu.

(*) Trzy najwyżej ocenione referaty Uczestników, zostaną opublikowane w punktowanym czasopiśmie naukowym – punktowane 6 pkt. (przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego).

REFERATY WYGŁOSZONE W TRAKCIE SUMULACJI 2010:

Stanisław Wowra
MESCO

OBLICZENIA RÓWNOLEGŁE W ANSYS

Wykorzystanie modułów ANSYS HPC (Hyper Parallel Computing)

Jan SZAJNAR*, Mariusz STĘPIEŃ**, Bogusław GRZESIK**
* Politechnika Śląska, Katedra Odlewnictwa
** Politechnika Śląska, Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki

MODELOWANIE PÓL ELEKTROMAGNETYCZNYCH I CIEPLNYCH W PROCESIE CIĄGŁEGO ODLEWANIA ŻELIWA

Niniejszy artykuł poświęcony jest zagadnieniu modelowania procesu ciągłego odlewania prętów żeliwnych. Odlewanie ciągłe pozwala na uzyskanie odlewów o znacznej długości i jednolitej strukturze. Odlewanie żeliwa w sposób ciągły jest procesem w którym bardzo istotnym elementem z punktu widzenia właściwości uzyskanego odlewu jest odpowiednie kształtowanie pola temperatury w obszarze krystalizacji metalu. Ponadto istotne jest odpowiednie mieszanie płynnego metalu za pomocą pola elektromagnetycznego. Obydwa wymienione procesy poddane zostały analizie MES w programie ANSYS v.12. Wyniki obliczeń porównywano z wynikami pomiarów jako wielkościami referencyjnymi optymalizując konstrukcję krystalizatora pod względem rozkładu sił i temperatury Modelowanie pola temperatur przeprowadzono bazując na modelach 2D osiowosymetrycznych. Analizowano ustalony proces cieplny przy określonej geometrii układu krystalizatora i zadanej prędkości wyciągania odlewanego materiału. Modelowanie pól elektromagnetycznych powodujących mieszanie ciekłego metalu bazowało na dwóch planarnych modelach 2D ujmujących oddziaływanie pól wzdłużnych oraz na modelu 3D obejmującym analizę pola elektromagnetycznego spiralnego. Przeprowadzono weryfikację laboratoryjną wybranych przypadków analizy.

Krzysztof BODZEK
Katedra Energoelektroniki Napędu Elektrycznego i Robotyki
Wydział Elektryczny, Politechnika Śląska

ZAGADNIENIA MODELOWANIA 2D I 3D POLA ELEKTRO-MAGNETYCZNEGO W ZASTOSOWANIACH DO TRANSFORMA-TORÓW LINIOWYCH WYSOKIEJ CZĘSTOTLIWOŚCI

Transformatory liniowe modularne wysokiej częstotliwości charakteryzują się bardzo wysokim współczynnikiem sprzężenia pomiędzy uzwojeniami. Powoduje to, że sprawność takiego transformatora jest bardzo wysoka. Główną wadą konstrukcji są stosunkowo wysokie straty mocy w wyprowadzeniach i połączeniach międzyzwojowych.
Ze względu na częściową symetrię, transformatory liniowe mogą być analizowane w modelach MES 2D. Modele takie nie uwzględniają jednak wyprowadzeń transformatorów. Analiza właściwości energetycznych transformatora z uwzględnieniem wyprowadzeń połączeń międzyzwojowych możliwa jest jedynie w modelu MES 3D. Powoduje to znaczne zwiększenie wymaganej mocy obliczeniowej, która przy gęstości siatki wynikającej z wysokiej częstotliwości często wykracza poza istniejące możliwości sprzętowe.
W referacie zaproponowano model hybrydowy transformatora, to znaczy taki w którym analiza podstawowych właściwości energetycznych transformatora wykonana jest przy użyciu modelu 2D, a straty mocy w wyprowadzeniach i połączeniach międzyzwojowych zostały obliczone w modelu 3D przy ograniczonym zasięgu części 3D jako funkcja wartości prądu uzwojeń transformatora. Takie podejście pozwala na skrócenie czasu analizy ponad 10 krotnie przy zachowaniu dużej dokładności obliczeniowej.
Obliczenia w ramach badań przeprowadzone zostały w oparciu o modele harmoniczne pola elektromagnetycznego bazujące na oprogramowaniu ANSYS v12. Wykorzystano el

Dr inż. Tomasz ŁUKASIK
BeijingWest Industries

WYZNACZANIE TRWAŁOŚCI ZMĘCZENIOWEJ KONSTRUKCJI SPAWANEJ METODĄ LINEARYZACJI NAPRĘŻEŃ W PUNKCIE KRYTYCZNYM

Trwałość zmęczeniowa konstrukcji spawanych odgrywa istotną rolę podczas ich eksploatacji. Powinna być ona odpowiednio uwzględniana w procesie projektowania, ponieważ jak pokazują szacunki główną przyczyną awarii oraz uszkodzeń konstrukcji jest zmęczenie materiału. Złącza spawane konstrukcji ze względu na swoją specyfikę mogą być uznane za najbardziej newralgiczne miejsca w konstrukcji, dlatego właśnie one powinny być w szczególności poddane obliczeniom na zmęczenie. Precyzyjne obliczenie trwałości zmęczeniowej połączeń spawanych jest niezwykle trudne, ponieważ konieczne jest uwzględnienie czynników, których wpływ na wytrzymałość zmęczeniową jest trudny bądź też niemożliwy do analitycznego oszacowania.
W artykule pokazano sposób wyznaczania kategorii zmęczeniowej, która jest podstawową wykorzystywaną w obliczeniach daną materiałową charakteryzującą odporność na zmęczenie danego złącza spawanego. Została ona wyznaczona na podstawie testu zmęczeniowego konstrukcji spawanej zawierającej różnego rodzaju złącza spawane wykorzystując metodę linearyzacji naprężeń w punkcie krytycznym. Takie podejście pozwala na wyznaczenie wspólnej kategorii zmęczeniowej dla zastosowanych w danej konstrukcji złącz spawanych, która odzwierciedla ich rzeczywistą odporność na zmęczenie.

Rafał ROBAK
AVIO POLSKA

FRANK – FEM RESULTS ANALYSIS KIT

FRANK jest aplikacją typu stand-alone umożliwiającą post-processing, archiwizację i przygotowanie plików wsadowych do LCF solver’a korzystając z wyników komercyjnych systemów FEM (obecnie obsługiwany jest format ANSYS RST).
Program został podzielony na trzy moduły umożliwiające przygotowanie archiwum w postaci binarnej bazy danych, narzędzi do analizy danych a także modułu generującego pliki z historią naprężeń i temperatury do dwóch używanych LCF solver’ów (w zależności od typu projektu). W bazie danych zapisywane są informacje o przemieszczeniach węzłowych, temperaturach i naprężeniach węzłowych oraz elementowych. Ponadto znajdują się informacje o topologii modelu (definicja węzłów w przestrzeni oraz definicja elementów). Format wymienionej tutaj bazy danych jest zamkniętym binarnym plikiem możliwym do odczytu tylko poprzez aplikację FRANK. Program został napisany używając skryptowego języka programowania Tcl/Tk w wersji 8.5 zbindowanego do wykonywalnego pliku EXE. Dodatkowo korzysta z procedur Fortran’a oraz bibliotek DLL (udostępnionych przez Ansys) podczas dekodowania plików RST a także bibliotek VTK (Visualisation Toolkit). W celach diagnostycznych program tworzy na dysku użytkownika plik sesyjny zapisujący każdą wykonaną operację.

Radosław JEŻ
Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki,
Wydział Elektryczny, Politechnika Śląska

MODELOWANIE 2D I 3D POLA MAGNETYCZNEGO W TRANSFORMATORZE NADPRZEWODNIKOWYM TOROIDALNYM

W artykule przedstawiono analizy pola magnetycznego w transformatorze toroidalnym z uzwojeniem nadprzewodnikowym wysokotemperaturowym HTS i rdzeniem magnetycznym amorficznym FINEMET. Analizy MES wykonano w pakiecie symulacyjnym ANSYS ver.12. Przedstawiona konstrukcja obejmuje dwa sposoby ułożenia uzwojenia w transformatorze. Pierwszy sposób to uzwojenie ułożone prostopadle do osi transformatora. Drugi sposób to uzwojenie ułożone równolegle. Dla obu sposobów rozpatrzono trzy przypadki ułożenia rdzenia magnetycznego. Pierwszym jest zastosowanie rdzenia wewnętrznego, drugim – rdzenia zewnętrznego, trzecim – rdzenia wewnętrznego i zewnętrznego.
Przeprowadzone analizy obejmowały dwa etapy. Pierwszym była analiza modelu 3D transformatora. Drugim była redukcja modelu 3D do modelu 2D w celu zmniejszenia rozmiarów siatki elementów skończonych oraz skrócenia czasu obliczeń, przy jednoczesnym zachowaniu dokładności uzyskanych wyników.
Przedstawione analizy wykonano w oparciu o pakiet symulacyjny ANSYS ver.12. Do ich przeprowadzenia wykorzystano język programowania APDL (ANSYS Parametric Design Language) oraz klasyczny interfejs użytkownika.

Dawid RUTKOWSKI
Dział Konstrukcyjny, Sitech Sp. z o.o., Polkowice

EKSPERYMENTALNA I NUMERYCZNA ANALIZA PROCESU GŁĘBOKIEGO TŁOCZENIA

W ramach pracy przedstawiono sposób symulacji tłoczenia za pomocą programu LS-Dyna oraz przygotowano metodologię porównywania wyników teoretycznych i doświadczalnych dla procesów tłoczenia. Zaproponowany proces wspomagania projektowania z wykorzystaniem systemu LS-Dyna pozwala na znaczne usprawnienie działań projektowych. Daje możliwość zminimalizowania wielu drogich i czasochłonnych prac projektowych.
Poprawność działania systemu komputerowego w ocenie tłoczności blach zweryfikowano przeprowadzając badania doświadczalne wybranych procesów tłocznia. Analiza potwierdziła wysoką zbieżność wyników zarówno pod względem geometrii części jaki i powstałych w niej odkształceń.
Przedstawiona w pracy eksperymentalna i numeryczna analiza procesu tłoczenia, pozwala na zweryfikowanie dowolnego procesu technologicznego tłoczenia, daje możliwość oszacowania wykonalności danej wytłoczki. Poprzez sposobność wprowadzania zmian w symulacji komputerowej można wyeliminować, a przynajmniej w znacznej mierze ograniczyć fazę prototypowego testowania.

Bolesław KUŹNIEWSKI*, Zenon GRZĄDZIEL**
* Instytut Nauk Podstawowych Technicznych, Akademia Morska w Szczecinie (12 pkt)
** Instytut Nauk Podstawowych Technicznych, Akademia Morska w Szczecinie (12 pkt)

SYMULACJA KOMPUTEROWA I DOŚWIADCZALNA WERYFIKACJA OBCIĄŻEŃ DZIAŁAJACYCH NA ELEMENTY URZĄDZENIA TŁUMIĄCEGO FALOWANIE WODY

W referacie przedstawiono symulację komputerową elementów urządzenia do tłumienia falowania wody. Symulacje komputerowe obciążeń i zachowania się elementów wyporowych urządzenia tłumiącego zanurzonych w falującej wodzie wykonano za pomocą programu ANSYS AQWA OFFSHORE v 12.1.
Badania doświadczalne wykonano w basenie pomocniczym Ośrodka Hydromechaniki Okrętu Centrum Techniki Okrętowej w Gdańsku. Podczas badań rejestrowano między innymi siły pionowe i poziome działające na urządzenie tłumiące umieszczone w falującej wodzie. Otrzymano dobrą zgodność doświadczalnych przebiegów sił z w przebiegami otrzymanymi na drodze symulacji.

Anna M. RYNIEWICZ*, Tomasz MADEJ**, Wojciech RYNIEWICZ ***
* Akademie Górniczo-Hutnicza. Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn
** Uniwersytet Jagielloński – Collegium Medicum. Wydział Lekarski, Katedra Protetyki

ANALIZA BIOMECHANICZNA ENDOPROTEZ STAWU BIODROWEGO Z WYKORZYSTANIEM METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

W opracowaniu wykonano modelowanie i symulacje rozkładów naprężeń i przemieszczeń w aplikacjach z endoprotezami stawu biodrowego . Endoprotezy osadzano wirtualnie, w odwzorowanych na podstawie tomografii komputerowej strukturach kostnych. Dla zamodelowanych geometrycznie obiektów badań dokonano analizy wytrzymałościowej z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Wyniki badań pozwoliły porównać rozwiązania konstrukcyjne endoprotez oraz ocenić charakter oddziaływania sztucznego stawu na otaczające tkanki kostne w warunkach indywidualnego pacjenta. Optymalne rozwiązanie stanowiła endoproteza z panewką trójwarstwową, w której para tribologiczna wykonana była z ceramiki cyrkonowej.

Tomasz Czyż
MESCO

SYMULACJE ZJAWISK SZYBKOZMIENNYCH W PROGRAMIE ANSYS AUTODYN MODELOWANIE WYBUCHU

W artykule porównanie metod i solverów explicit używanych w programie ANSYS AUTODYN, oraz sposoby modelowania wybuchów.

Piotr KOŚLIK*, Zenon WILK*
* Instytut Przemysłu Organicznego
Odział w Krupskim Młynie

SYMULACJA DZIAŁANIA ŁADUNKU KUMULACYJNEGO STOSOWANEGO DO PERFORACJI ODWIERTÓW

Temat związany jest z działalnością Oddziału IPO w Krupskim Młynie w zakresie projektowania konstrukcji środków strzałowych dla górnictwa naftowego, odkrywkowego i do specjalistycznych prac wybuchowych oraz doskonalenia metod ich badań. Symulacje i analizy z zastosowaniem systemu LS-DYNA skracają czas wprowadzenia produktu na rynek, pozwalają eliminować błędy wynikające z konstrukcji oraz bardzo drogie modele i prototypy.
Kod LS-DYNA jest stosowany w symulacjach komputerowych opisujących dynamiczne zjawiska nieliniowe i jest bardzo uniwersalnym narzędziem opisującym złożone zjawiska takie jak: ekspansja produktów detonacji, rozchodzenie się fali uderzeniowej, szybkie odkształcenia.
W pracy zaprezentowano przykład zastosowania programu LS-Dyna do symulacji ładunku kumulacyjnego stosowanego do perforacji odwiertów w zabiegu technologicznym udostępniania złoża. Strumień kumulacyjny, powodujący przebicie przegrody (stal, beton, skały), wytwarzany jest z wewnętrznej powierzchni wkładki kumulacyjnej.

Przemysław SIEDLACZEK
MESCO

MODELOWANIE PROCESÓW CIEPLNYCH W ANSYS ZE SZCZEGÓLNYM UWZGLĘDNIENIEM POWSTAWANIA NAPRĘŻEŃ WŁASNYCH

Analiza zmęczeniowa stanowi bardzo istotny element nowoczesnego procesu projektowego. W wielu przypadkach do jej przeprowadzenia wymagana jest jedynie wiedza o przebiegu obciążenia, materiale i stanie powierzchni. Jednak istnieją przypadki, gdzie nie jest to wystarczająca wiedza a przyjęcie ?domyślnych? informacji prowadzi do znacznych błędów. Spośród wielu przypadków ?niewiedzy? zastępowanych współczynnikami bezpieczeństwa autor chciał by poruszyć problem wpływu naprężeń własnych, a dokładniej naprężeń resztkowych powstających po procesie cieplnym. Podczas prelekcji zostaną omówione przyczyny powstawania i metody modelowania procesu powstawania naprężeń własnych w elementach hartowanych. Ponadto zostanie przestawiona droga szybkiego ich oszacowania i metody wprowadzenia ich do analizy zmęczeniowej.

Zygmunt MIKNO
Instytut Spawalnictwa Gliwice

SYMULACJE I POMIAR ROZKŁADU TEMPERATURY W ELEMENTACH MAŁOGABARYTOWYCH STOSOWANYCH W BADANIACH PRZEMIAN STRUKTURALNYCH W STALACH W WARUNKACH SYMULOWANYCH CYKLI CIEPLNYCH SPAWANIA

W referacie przedstawiono metodykę pomiaru kluczowego parametru tj. temperatury w elementach małogabarytowych wykorzystywaną na stanowisku badawczym przeznaczonym do badań przemian strukturalnych w stalach. W badaniach, małogabarytowa metalowa próbka testowa, podawana jest symulowanym cyklom cieplnym spawania za pomocą nagrzewania lampami grzewczymi. Dla tych warunków opracowano model MES celem analizy rozkładu temperatury próbki stosowanej w badaniach. Badano i analizowano wskazania i rozkład temperatury dla różnych warunków tj.: rodzaju zastosowanej termopary, typu i wielkości złącza termoparowego, średnicy przewodów termoparowych. Wyniki obliczeń MES zostały zweryfikowane eksperymentalnie. W wyniku badań określono najkorzystniejszy typ złącza termoparowego, rodzaj i średnicę przewodów termoparowych dla uzyskania najdokładniejszych wskazań temperatury

Grzegorz POREMBSKI
MESCO

ANSYS Composite PrepPost wersja 12.1

Prezentacja wprowadzająca do specyfiki analiz kompozytów warstwowych. W ramach wystąpienia zaprezentowane będą narzędzia ACP wspomagające tworzenie, edycję, i postproces tworzonych analiz w środowisku ACP. Dodatkowo zostaną podkreślone unowocześnienia w wersji 12.1

Robert MAZUR
MESCO

MODELOWANIE BEZPOŚREDNIE, PRZYGOTOWANIE MODELU GEOMETRYCZNEGO DO ANALIZY NUMERYCZNEJ I NAPRAWA GEOMETRII W ANSYS SPACE CLAIM DM

Tematem referatu jest przedstawienie programu ANSYS SpaceClaim DirectModeler (skrót ANSYS SCDM) oraz jego możliwości w zakresie przygotowania modelu geometrycznego do wykorzystania w analizie numerycznej. Narzędzie to, jak zostanie przedstawione w tekście, dzięki zastosowaniu podejścia bezpośredniego w modelowaniu znacznie skraca czas potrzebny na przygotowanie geometrii do analizy, oraz w dużym stopniu ułatwia pracę z modelami wykonanymi i zapisanymi w różnych systemach CAD (np.: STP, IGES, CATIA, Inventor itd.).