Szimulációs szoftver kiválasztásánál fontos kritérium, hogy mit lehet benne megcsinálni és azt mennyire megbízhatóan. A numerikus szimulációs szoftvereket verifikációs és validációs folyamat során minősítik, hogy mennyire pontos, mennyire megbízható...
Szimulációs szoftver kiválasztásánál fontos kritérium, hogy mit lehet benne megcsinálni és azt mennyire megbízhatóan. A numerikus szimulációs szoftvereket verifikációs és validációs folyamat során minősítik, hogy mennyire pontos, mennyire megbízható. (Verifikáció = jól oldjuk meg az egyenletet; Validáció = jó egyenletet oldunk meg. Máshogy megközelítve, a verifikáció az, hogy stimmel-e a matek a szoftverben, a validáció az, hogy a fizika jó-e a szoftverben.)
Több módszer létezik a tanúsításra, az egyik egy négy lépcsős folyamat, ahol
az első lépcső az alapvető funkciók megléte. Ez kb. azt jelenti áramlástani szimulációk esetén, hogy ha van benne falkezelés, akkor a fal mellett a tapadási törvény miatt az áramlási sebesség legyen 0 (ha nem nulla, akkor nincs ott fal a szoftver szerint és nem a valóságnak megfelelő folyamatot modellezi a szoftver), statikai szimulációk esetén például egy kéttámaszú tartónál ez azt jelenti, hogy az erőrendszer eredője 0 legyen (ha nem nulla, akkor a test mozog és az egy dinamikai folyamat…)
a második lépcső nem egy, hanem több folyamat együttes vizsgálata és azoknak a következményeit nézik. Áramlástan esetén ilyen a hőátadási folyamatok, a kavitáció, statikai szimulációk esetén a fajlagos alakváltozás, feszültségi állapot(ok) vagy a biztonsági tényező.
Az első két szakasz 2D-s, azaz síkbeli folyamatok modellezésével történik, a harmadik verifikációs és validációs szakaszban a folyamatokat 3D-s, azaz térbeli, összetettebb esetekre vizsgálják. Ebben az esetben az összehasonlításhoz használt adatok (mérési eredmények, analitikus/elméleti levezetések) bizonytalansága is nagyobb, mivel a vizsgált folyamatok is összetettebbek.
Az utolsó szakaszban már csak validáció és összehasonlítás történik. Ebben a szakaszban inkább csak a szoftverkódok tanúsítása, akkreditálása történik. Azok a szoftverek, amik ide eljutnak, már valamilyen célfunkciót tartalmaznak az egyes iparágak részére. Ilyen az áramlástan esetén a HVAC (Heat Ventilation Air Conditioning azaz a fűtés, szellőzés, légkondicionálás) vagy az elektromos eszközök hűtésére optimalizált modul, végeselem estén pedig ilyen modul például az ejtési szimuláció.
Komplexitás szempontjából az előző négy szint egy fejére állított piramissal mutatható be a legkönnyebben.
SOLIDWORKS Simulation
A SOLIDWORKS Simulation esetén beépítették a validációs feladatokat a Simulation menübe, hogy minél könnyebben meg tudjuk találni. Elérni Simulation/Help/Verification Problems vagy az alatta levő NAFEMS Benchmarks-on keresztül lehet.
Ha rákattintunk bármelyikre a kettőből a képernyő „kettőbe szakad” és jobb oldalon látjuk a verifikációs és a NAFEMS-es feladatokat.
(NAFEMS = National Agency for Finite Element Methods and Standards. A NAFEMS egy nemzetközi független nonprofit szervezet, ami 1983-ban alapult, majd 1990-ben vált független szervezetté. A szervezet fő célja, hogy segítse a vállalatokat a megfelelő numerikus szimulációs szoftverek/technológiák kiválasztásában.)
A szervezet végeselemes módszeren (Finite Element Method) alapú szimuláción kívül, végestérfogat (Computational Fluid Dynamics) és többtest dinamikai (Multibody Dynamics) szimulációval is foglalkozik*.
Források: https://fr.wikipedia.org/wiki/NAFEMS és https://www.nafems.org/about/ )
*A módszereket lefordítva SOLIDWORKS termékekre és megoldásokra,
végeselemes módszer alapú szimulációs szoftver a SOLIDWORKS Simulation,
végestérfogat alapú hő- és áramlástani szoftver a SOLIDWORKS Flow Simulation,
végestérfogat alapú fröccsöntési szimulációs szoftver a SOLIDWORKS Plastics és
többtest dinamikai szoftver a SOLIDWORKS Motion.
A felső 4x3-as mátrixból ki tudjuk választani, hogy milyen szimuláció típusra szeretnénk a verifikációs feladatokat vagy a NAFEMS-es összehasonlításokat lefuttatni.
Ha rákattintunk bármelyik feladatra, egy megrajzolt modellt és egy lefuttatható szimulációt találunk a modellbe mentve.
Jó hír! Ahelyett, hogy ide kigyűjtötem volna egy-két adatot táblázatban, inkább újra csináltam három véletlenszerűen kiválasztott feladatot.
NAFEMS Linear Static Benchmarks/Hemisphere Under Point Loads
Feladat estén a referencia szerint 0,185 m-es X irányú elmozdulás, a SW Simulation referencia értéke szerint 0,1847, nekem a beállításaimmal 0,184799, azaz kerekítve 0,1848 m.
SOLIDWORKS Simulation Static Verification Problems/
Másodiknak választott feladatnál 60 MPa az Axis1 nevű tengelyhez illesztett hengerkoordinátarendszerben a tangenciális (SY) feszültségösszetevő (ld. https://hu.wikipedia.org/wiki/Tart%C3%A1ly#A_hengeres_k%C3%B6peny_szil%C3%A1rds%C3%A1ga ) feszültség referenciaértéke, a SW Simulation referenciaértéke 60,05 MPa, nekem 59,998 MPa.
SOLIDWORKS Simulation Nonlinear Verification Problems / Large Displacement of a Cylindrical Shell – Force
Harmadik esetben nem tudtam számszerű értéket számszerűhöz hasonlítani, mert a referencia feladatban csak egy diagramom volt, ahonnan közelítőlegesen tudtam csak leolvasni az értékeket, így megkerestem a hivatkozott cikket (G. Horrigmoe, P. G. Bergan: Nonlinear analysis of free-form shells by flat finite elements), amiben szintén diagramot találtam (vagy rosszul kerestem).
Lefuttatva, a globális koordinátarendszerban -X irányba történt az elmozdulás, illetve erőre szabályzással futtattam a szimulációt, így az Y tengelyre nem tudtam erőt kirakni, így az eredményeket kiexportáltam és Excellel megfordítottam.
A végeredmény a következő képeken láthatók.
SW Referencia
Saját számolt eredmény
Az utolsó számolt eredményem 10,302 mm, amit szabad szemmel nem tudok leolvasni a referenciáról.
Összefoglalás
Három esetet futtattam le, az első kettő esetben számszerűsíthető értékekhez tudtam hozzáhasonlítani a szimulációim eredményeit, a harmadik esetben egy grafikonhoz tudom hozzáhasonlítani a grafikonomat.
Az, hogy az első kettő esetben a referenciaértékhez közelebbit kaptam, annak az lehet az oka, hogy régebbi szoftververzióval számították ki őket, és ennyivel pontosabb lett a szoftver, vagy az is lehet, hogy szerencsém volt :).
A blogbejegyzés 2. részében a SW Flow Simulation-nel és a SW Plastics-szal fogok foglalkozni.
Forrás a bevezetőhöz: https://www.solidworks.com/sw/docs/Flow_Validation_Methodology-Whitepaper.pdf