Autó-Motor, 1993. január-június (46. évfolyam, 1-13. szám)

1993-06-08 / 12. szám

tonságosan elviselje az őt elérő terhelése­ket, ugyanakkor ne tartalmazzon felesle­ges anyagot, a valóság igen pontos model­lezését követeli meg. Ez sok számítást igé­nyel; minél részletesebben modellezünk, annál többet. Az utóbbi évtizedek számí­tástechnikai forradalma megteremtette az ehhez szükséges eszközt, az egyre nagyobb teljesítményű számítógépet. E lehetőséget kihasználva született meg és fejlődött a végeselem-módszer is, amelyet az 50-es évek végén a repülőgép-tervezés szilárdsá­gi problémáinak megoldására fejlesztettek ki. Gyorsan felismerték azonban, hogy itt egy olyan módszert találtak, mely nagyon sokféle feladat megoldására alkalmas. A végeselem-módszer segítségével lát­szólag egymástól távol álló jelenségek, pl. járművek ütközése, a motor által az utas­térben keltett zaj erőssége, a repülőgép szárnya körül kialakuló légáramlás vagy akár egy transzformátorban keletkező mágneses tér is kellő pontossággal model­lezhető. Bonyolult szerkezet viselkedésének leí­rásakor olyan komoly matematikai nehéz­ségekbe ütközhetünk, hogy közelítő eljá­rást kell alkalmaznunk. Egy ilyen közelítő eljárás tulajdonképpen a végeselem­­módszer is. Egyik lényeges alapgondolata, amelyről a nevét is kapta, hogy a teljes szerkezetet képzeletben felbontjuk apró darabokra, s ezen darabokat elnevezzük elemeknek. Például egy rácsszerkezetet szétszedhetünk elemi rudakká, egy görbült felületekből álló lemezszerkezetet kis há­romszögekké, illetve négyszögelemekké, egy tömör tartományt elemi hasábokká. A felosztásnak olyan finomnak kell lennie, hogy egy-egy ilyen elemi darabon belül - a terhelés alatt lévő szerkezetben­­ a vizsgált fizikai mennyiségek (feszültség, hőmérsék­let stb.) csak kis mértékben változzanak, így ugyanis egyszerű, elemi módon leírha­tó egy-egy ilyen tartomány viselkedése. Természetesen ahhoz, hogy ezen elemi da­rabkák összessége jól közelítse az egész szerkezetét, a felbontás során figyelembe kell venni az elemi darabkák egymásra ha­tását is. Ennek a folyamatnak a pontos leírása itt nem lehet célunk. A végeselem­­módszer lényege az tehát, hogy az eredeti mérnöki problémát a vizsgált szerkezet ele­mekre bontása révén nagyméretű egyenlet­rendszerek megoldására vezetjük vissza, mely egyenletrendszereket aztán - hála a matematikusoknak és a számítógépeknek - gyorsan és olcsón lehet megoldani. A szerkezet felosztását, a probléma egyenletekké alakítását, majd ezek megol­dását és az eredmények képernyőn, illetve rajzokon való megjelenítését végzik a vé­geselemes programok. Természetesen a geometriát, a felosztás fő paramétereit, a szerkezetet érő különféle hatásokat a fel­használónak kell megadnia. A többi a szá­mítógép dolga. Persze, ha a bemenő ada­tok hibásak, az eredmény is használhatat­lan lesz. Ezért fontos az eredmények kísér­leti ellenőrzése, így például az autógyárak egy típus kifejlesztése során a számítások mellett kísérleti darabok tucatjait építik meg és törik össze. Számítás és mérés csak együtt garantálja a jó eredményt. Napjainkban már több tucat jól kimun­kált végeselemes szoftver van forgalom­ban. Ezek rutinszerűen alkalmazhatók sok fontos mérnöki probléma megoldására. A személyi számítógépektől a legnagyobb szuperszámítógépekig minden kategóriá­ban több program közül a feladathoz legil­lőbbet választhatja a felhasználó. A számí­tógépes grafika fejlődésével a végeselemes szoftverek kiegészültek grafikus elő- és utófeldolgozó programrészekkel, amelyek gyorsabbá, könnyebbé, szemléletesebbé tették a módszer alkalmazását. Egy-egy ilyen szoftver általában több tucat mér­nökévnyi munkát tartalmaz, és ennek megfelelően hatékony eszköz a tervezők kezében. Nem szabad azonban elfelejteni, hogy egy ilyan fejlett eszköz is pusztán segíti, de nem pótolja az emberi gondolko­dást, hozzáértést, tapasztalatot. A módszer kellően gondos alkalmazása nagy pontosságú szimulációt tesz lehetővé. Ez megkönnyíti az optimális konstrukció kialakítását, csökkenti a szükséges kísérle­tek számát, meggyorsítja a fejlesztést, így jelentős költségmegtakarítást eredményez. Ezért válhatott a tervezési folyamat szer­ves részévé a végeselem-módszer. A mód­szer alapjainak oktatása ma már hozzátar­tozik a mérnökök képzéséhez is. A következő lépés ezen programok beil­lesztése a komplex mérnöki tervezőrend­szerekbe, így a tervező ugyanazon prog­ramkörnyezetben készítheti el a tervrajzo­kat, elvégezheti a méretezéshez szükséges szilárdsági számításokat, elkészítheti a to­vábbi munkához szükséges adatbázisokat. A mérnöki rajzasztalt egyre inkább felvált­ják a számítógépek, s a korszerű módszerek elterjedt angol mozaikszavai (CAD, CAF, CAM stb.) majdnem mind úgy kezdődnek, CA (Computer Aided) - számítógéppel segí­tett. Az űrkutatástól kezdve a műanyag­fröccsöntésig minden iparágban folyik a ter­vezési és gyártási folyamat számítógépesítése. KOVÁCS LÁSZLÓ Egészen bonyolult alakzatok, például egy motorkerékpárváz (GSX-R 1100) is vizsgálható végeselem-módszerrel. A rajzon jól látszik, hogy a kis hasábok alakja szinte bármilyen lehet. A rajz mellett az így méretezett váz fényképét mutatjuk be 1993/12 AUTÓ-MOTOR 59

Next