"Computer Aided Engineering (CAE) czyli komputerowe wspomaganie prac inżynierskich to oprogramowanie komputerowe wspomagające sterowanie procesami technologicznymi, np. w zakresie testów technicznych i analiz projektów realizowanych komputerowo. Są to narzędzia inżynierskie umożliwiające komputerową analizę sztywności i wytrzymałości konstrukcji oraz symulację procesów zachodzących w zaprojektowanych układach." Obszarami analizy inżynierskiej są: analiza wytrzymałości, termiczna, kinematyczna, dynamiki cieczy oraz wykonywanie symulacji. Analiza służy głównie sprawdzaniu stabilności konstrukcji, a symulacje mają za cel weryfikację wzajemnego dopasowania komponentów oraz finalnego efektów montażu. W obszarze analizy inżynierskiej (CAE) można wyróżnić takie systemy jak: Computer-Aided Diagnostics (CAD/NDE), Computer-Aided Engineering analysis system (CAE/MCAE), Computer-Aided Issue Resolution system (CAIR) czy Computer-Aided testing (CAT).
Praca systemów CAE jest trzyetapowa, co zostało przedstawione na Rysunku 5. Najpierw następuje zdefiniowanie i określanie warunków brzegowych, następnie przeprowadzanie obliczeń typowych dla danej konstrukcji (niekiedy trwa to nawet kilka dni), a następnie zanalizowanie otrzymanych wyników.
Rysunek 5 : Trzyetapowy model działania systemów CAE
Źródło: Opracowanie własne
Większość obliczeń wykonywana jest w oparciu o metodę elementów skończonych. Metoda elementów skończonych MES jest to zaawansowana matematycznie metoda obliczeń fizycznych, za pomocą której bada się: wytrzymałość konstrukcji, symuluje odkształcenia, naprężenia, przemieszczenia, przepływ ciepła, przepływ cieczy, a także oddziaływania elektrostatyczne, magnetostatyczne i elektromagnetyczne. Uniwersalność metody MES polega na łatwości schematyzacji różnych obszarów niejednorodnych i anizotropowych często o skomplikowanej geometrii. Schemat postępowania jest zawsze taki sam. Polega na podziale najczęściej powierzchni lub przestrzeni, na skończoną liczbę elementów, które uśredniają stan fizyczny ciała, a następnie na przeprowadzaniu obliczeń dla punktów węzłowych. Dokonywane jest tak zwana dyskretyzacja zadania czyli podział rozważanego obszaru na podobszary (elementy). W analizowanym obszarze elementy dobierane są tak by posiadały jak najmniej skomplikowane kształty geometryczne i by można je było opisać przy pomocy funkcji aproksymujących, przybliżających rozwiązanie wewnątrz każdego z nich. Takie funkcje bazowe elementów mają postać wielomianów lub funkcji otrzymanych z wielomianów przez zamianę zmiennych. Metoda MES może być zastosowana zarówno w przestrzeni 2D, gdzie powierzchnia dzielona jest na trójkąty, jak i w przestrzeni 3D, kiedy dzielona jest ona na czworościany. Modelowanie w trzech wymiarach jest o tyle lepsze, że pozbawione jest fundamentalnych ograniczeń typowych dla technologii 2D. Po podzieleniu obszaru na elementy i określeniu funkcji bazowych, następuje rozwiązanie funkcji dla każdego z elementów oraz budowa i ostateczne rozwiązanie jednego układu równań algebraicznych z uwzględnieniem warunków ciągłości pomiędzy elementami oraz z uwzględnieniem warunków brzegowych.
"Nie ma jednoznacznych wskazań, jak należy budować model matematyczny. Proces ten musi być oparty na intuicji i doświadczeniu inżynierskim. Najczęściej stosowane uproszczenia techniczne są następujące:
-uproszczenia kształtu rozważanego obszaru,
-pomijanie mało istotnych oddziaływań zewnętrznych,
-przyjęcie jednorodności ośrodka zawartego w danym obszarze,
-pominięcie (dla zagadnień mechaniki) odkształceń lub ciężaru niektórych elementów układu,
-przyjęcie liniowych charakterystyk dla pewnych własności fizycznych badanego układu,
-założenie, że własności fizyczne są stałe w czasie."
Narzędzia CAE wspomagają cały proces projektowania i konstruowania, a także wspierają decydentów w procesie podejmowania decyzji. W ostatnich latach w wyniku integracji różnych systemów coraz częściej systemy CAD oraz CAE są połączone za sobą. Ułatwia to pracę konstruktora, który niemalże natychmiast może obliczeniowo zweryfikować zastosowane rozwiązanie konstrukcyjne.
_______________________________________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________________________