zagadnienia_odpowiedzi.pdf

1. Co oznaczają skróty -CAD – projektowanie wspomagane komputerowo -CAE – obliczenia inżynierskie wspomagane komputerowo -CFD – numeryczna mechanika płynów -CAM – wytwarzanie wspomagane komputerowo -CAID – projektowanie wspomagane komputerowo artystyczne, koncepcyjne, podtyp...

1. Co oznaczają skróty -CAD – projektowanie wspomagane komputerowo -CAE – obliczenia inżynierskie wspomagane komputerowo -CFD – numeryczna mechanika płynów -CAM – wytwarzanie wspomagane komputerowo -CAID – projektowanie wspomagane komputerowo artystyczne, koncepcyjne, podtyp CAD -MES – metoda elementów skończonych -MEB – metoda elementów brzegowych -MRS – metoda różnic skończonych -FVM – metoda objętości skończonych (ang. Finite volume method) -FEM – metoda elementów skończonych(ang. Finite elements method) -FDM – metoda różnic skończonych (ang. finite difference method) -FBM – metoda elementów brzegowych (ang. finite boundary method) -MOS – metoda objętości skończonych 2. Co to jest i do czego służy standard IGES? IGES – initial graphics exchange specification – narzędzie translacyjne pozwalające na konwertowanie różnych zbiorów krzywych 3D, czy też powierzchni- na jeden format danych czytelny dla innych systemów 3. Co miały umożliwić systemy CAD? -wspomaganie procesu projektowania -zastąpienie tradycyjnych technik kreślarskich -realizację techniki obliczeniowej w zakresie geometrii (kinematyki, trajektorii) -zautomatyzowanie powtarzalnych czynności 4. Kernele geometryczne Kernel geometryczny(jądro) to zbiór procedur w postaci zoptymalizowanych algorytmów matematycznych do tworzenia, modyfikacji i przetwarzania danych projektowych. Stosowane w systemach CAD 2D i 3D oraz CAM i CAE. Kernel jako taki nie jest bezpośrednio wykorzystywany przez użytkownika. Znajduje zastosowanie pośrednio dzięki aplikacji, która się do niego odwołuje 5. Dobre praktyki przy nadawaniu wiązań w złożeniu Do pełnego zdefiniowania szkic wymaga: -wymiarów -wiązań Po co wiązać? - wiązania tworzą zależności geometryczne pomiędzy komponentami złożenia  - kiedy wiążem definiujemy dozwolone kierunki liniowego lub obrotowego ruchu komponentów - możemy przenieść komponent w ramach jego stopni swobody, wizualizując zachowanie złożenia DOBRE PRAKTYKI: - wiązać wszystkie komponenty do jednego lub dwóch unieruchomionych komponentów lub odniesień -nie tworzyć pętli wiązań -unikać zbędnych wiązań -przeciągnąć komponenty aby przetestować dostępne stopnie swobody -rzadko używać wiązań limitu, ponieważ wydłużają procesy wiązań -naprawić błędy wiązania kiedy te się pojawią -dodawanie kolejnych wiązań nie naprawia wcześniejszych problemów z wiązaniami -wiązania tworzyć w podzespołach a nie w złożeniu najwyższego poziomu, żeby skrócić czas odbudowywania złożenia najwyższgo poziomu 6. Jakie zjawiska opisywane są równaniami różniczkowymi cząstkowymi? - mechanika ciała odkształcalnego - przepływ ciepła - przepływ płynu - akustyka 7. Co to są zagadnienia początkowe, brzegowe oraz początkowo – brzegowe i jakie metody numeryczne służą do ich rozwiązania? POCZĄTKOWE -problemy opisane równaniami różniczkowymi zmienne w czasie -problemy opisane równaniami różniczkowymi zwyczajnymi BRZEGOWE -problemy opisane równaniami różniczkowymi cząstkowymi -problemy opisane równaniami różniczkowymi zmienne w przestrzeni -problemy opisane równaniami różniczkowymi zwyczajnymi POCZĄTKOWO – BRZEGOWE -problemy opisane równaniami różniczkowymi zmienne w czasie i przestrzeni -problemy opisane równaniami różniczkowymi cząstkowymi Metody numeryczne do rozwiązywania poszczególnych zagadnień: a) Zagadnienia początkowe : - Eulera - Crank-Nicolson - Rungego-Kutty - MRS  b) Zagadnienia brzegowe: - MEB - MOS - MES - MRS 8. Wymienić i omówić rodzaje warunków brzegowych - war. brzeg. (I rodzaju – Drichleta) - war. brzeg. (II rodzaju – von Neumanna) - war. brzeg. (III rodzaju) - war. brzeg. (IV rodzaju) 9. Wymień pakiety typu CAE i CAD CAE: - ANSYS - Abaqus - LS-Dyna3d -Magma -Moldflow -ANSA -HyperWorks -Nastran CFD: -Fluent -ANSA -StarCD -VISCART -CFD-ACE+ CAD: -Catia -SolidWorks -Inventor -Fiusion -ProEngineer -SolidEdge 10. Jaka jest struktura oprogramowania typu CAE? 11. Omów zadania przypisane do preprocesora, solvera, postprocesora PREPROCESOR - budowa modelu CAD - wprowadzenie danych materiałowych - wybranie rodzaju elementu skończonego - przypisanie warunków przegowych SOLVER - budowa i przekształcenie macierzy oraz wektorów, - budowa modelu obliczeniowego, rozwiązanie równań różniczkowych (wykorzystanie metod bezpośrednich lub iteracyjnych) POSTPROCESOR - obliczenia pomocnicze - graficzna prezentacja wyników  12. Co to jest i na czym polega metoda elementów skończonych? Polega na dyskretyzacji kontinuum skończoną liczbą podobszarów (elementów) zwykle o prostej geometrii, które są ze sobą połączone w punktach nazywanych węzłami, najczęściej występującymi w narożach elementów. W węzłach elementów poszukiwane jest przybliżone rozwiązanie równania różniczkowego lub układu równań różniczkowych. 13. Obszar obliczeniowy i jego uproszczenia Model geometryczny CAD nie musi być identyczny z modelem obliczeniowym CAE! Modele geometryczne szczegółowe (karby, zaokrąglenia, itp.) Modele geometryczne ogólne (ogólna informacja o zjawisku) Pomijać można: -śruby, nakrętki (jeżeli nie analizujemy połączenia) - nieistotne małe zaokrąglenia - nieistotne małe powierzchnie Model symetryczny jest wtedy gdy: - model geometryczny - węzły konstrukcji - warunki brzegowe, początkowe - zjawisko Są identyczne względem jednej lub wielu osi i płaszczyzn. Symetrii zwykle nie wykorzystuje się w analizie stateczności i analizie dynamicznej! 14. Wymień co najmniej trzy sposoby uproszczenia modelu CAD do celów symulacyjnych -nie modelować śrub, nakrętek, małych zaokrągleń, nieistotnych małych powierzchni - stosować modele symetryczne -nie modelować połaczeń -stosować np. modele powłokowe zamiast bryłowych 15. Kiedy nie wykorzystuje się symetrii? Symetrii zwykle nie wykorzystuje się w analizie stateczności i analizie dynamicznej 16. Sklasyfikuj elementy skończone wg: kształtu, wymiaru, przyjetej funkcji kształtu Elementy prętowe: -wymiar: Jednowymiarowe 1D - f. kształtu: pierwszego, drugiego, n-tego stopnia - Kształt: stały przekrój poprzeczny, lub liniowo zmienny wzdłuż elementu Elementy prętowe termiczne: -wymiar: Jednowymiarowe 1D - f. kształtu: pierwszego, drugiego, n-tego stopnia - Kształt: stały przekrój poprzeczny, lub liniowo zmienny wzdłuż elementu Elementy belkowe: -wymiar: Jednowymiarowe 1D - f. kształtu: pierwszego, drugiego, n-tego stopnia - Kształt: stały przekrój poprzeczny, lub liniowo zmienny wzdłuż elementu Elementy płaskie -wymiar: dwuwymiarowe 2D - f. kształtu: pierwszego, drugiego, n-tego stopnia - Kształt: trójkątny lub czworokątny Elementy powłokowe (powłokowe termiczne) -wymiar: dwuowymiarowe 2D - f. kształtu: pierwszego, drugiego, n-tego stopnia - Kształt: trójkątny lub czworokątny Elementy bryłowe -wymiar: trójwymiarowe 3D - f. kształtu: pierwszego, drugiego, n-tego stopnia - Kształt: prostopadłościan lub czworościan Elementy bryłowe termiczne -wymiar: trójwymiarowe 3D - f. kształtu: pierwszego, drugiego, n-tego stopnia - Kształt: prostopadłościan, czworościan, pięciościan, sześcian  17. Co to są elementy izoparametryczne? Elementy o konturach zakrzywionych – gdy chcemy odwzorować obszar z brzegami zakrzywionymi, zamiast dużej liczby elementów podstawowych, ograniczonymi liniami prostymi lub płaszczyznami, stosujemy el. Izoparametryczne 18. Właściwości elementów prętowych, belkowych, powłokowych i bryłowych El. Prętowe: - 3 DOF - przenosi siły osiowe(ściskanie, rozciąganie) - nieodkształcalność przekroju poprzecznego podczas deformacji El. Belkowe: - 6 DOF - przenosi siły osiowe i poprzeczne, zginanie El. Powłokowe: - 6 DOF - grubość stała lub zmienna - zakłada się stałą grubość podczas deformacji EL. Bryłowe(Bryłowe termiczne): - 3 DOF (1 DOF) 19. Wypisz co najmniej trzy różnice pomiędzy elementami prętowymi a belkowymi -Prętowe 3 DOF a belkowe 6 DOF -Prętowe przenoszą siły osiowe a belkowe osiowe, poprzeczne i zginanie -nieodkształcalność przekroju poprzecznego podczas deformacji -Rama, podciąg, łuk ruszt – belkowe, prętowe - kratownica 20. Do jakich analiz można zastosować elementy płaskie a do jakich analiz stosuje się elementy powłokowe? Płaskie stosuje się gdy rozważamy – płaski stan naprężeń, odkształceń (termiczne -przewodzenie) Powłokowe stosuje się gdy zakłada się stałą grubość podczas deforamcji, modeluje się nimi cienkie powłoki w cienkościennych zbiornikach ciśnieniowych, części pojazdów, elementy lotnictwa, powłoki, tarcze, płyty, powłoki kuliste, termicznymi el. Powłokowymi modelować można jedynie przewodzenie. 21. Wypisz co najmniej 5 sposobów dyskretyzacji obszaru obliczeniowego w pakiecie ANSYS - Patch Confirming/Independent Tetrahedron -Cut cell - general sweep - MultiZone - Hex Dominant - Mosaic Meshing Technology 22. Który z etapów budowy modelu obliczeniowego jest najważniejszy? Tworzenie siatki podziału obszaru obliczeniowego (meshing) 23. Wymień pakiety do dyskretyzacji obszaru obliczeniowego - Gmsh - GridTool(NASA) - CUBIT - ANSYS Meshing - TCGRID - ICEM CFD 24. Wymień i opisz metody dyskretyzacji obszaru obliczeniowego 25. W jakich sytuacjach należy zagęszczać siatkę elementów? W miejscach szybkich zmian obserwowanych wielkości: - koncentracja naprężeń - warstwa przyścienna (przepływ, wymiana ciepła) - zagadnienia falowe (minimalna liczba elementów na długość fali) 26. Inflacja – gdzie i po co się ją stosuje? Stosuje się ja głównie w CFD, aby zagęścić obszar obliczeniowy przy ściankach rury i wszędzie tam gdzie występują szybkie zmiany obserwowanych wielkości, a chcemy uzyskać zadowalające nas, dokładne wyniki obliczeń, najbliżej ścianki występują najmniejsze elementy a czym dalej tym robią się one większe. 27. Typy zniekształceń elementów i kontrola jakości elementów - wydłużenie (ANSYS – Aspect Ratio) – unikać wydłużenia >5:1; w CFD unikać AR>25 -kąty wewnętrzne(ANSYS – Maximum Corner Angle) – najlepiej jak są wartości zbliżone do 60’ elementy tri/tet; 90’ elementy quad/hex -współczynnik skręcenia/wypaczenia (ANSYS – Warping Factor) – akceptowalne wartości 0 do 1 -odchylenie od równoległości (ANSYS – Parallel Deviation) – kąt odchylenia przeciwległych krawędzi w elementach czworokątnych -skośność (ANSYS -Skewness) – okreslana na podstawie albo odchylenia od objetośći czworościanu foremnego ( bok – trójkąty równoboczne) albo na podstawie odchylenia od kąta normalnego - ortogonalność (ANSYS – Orthogonal Quality) – wartość znormalizowana do przedziału 28. Na czym polega analiza zbieżności rozwiązania w zależnośći od liczby elementów? Polega na sprawdzeniu czy wynik obliczeń jest zależny czy nie od siatki podziału, np. kiedy wzrasta wielkość elementu, stają się one bardziej zniekształcone i mniej dokładnie odwzorowują model geometryczny; przykład: potrzeba wielu elementów pierwszego stopnia do uzyskania zbieżności, el. Drugiego stopnia okazują się być szybciej zbiezne, el. Pierwszego stopnia deformuja geometrię. 29. Jakie mogą być modele materiałów w obliczeniach numerycznych z wykorzystaniem MES lub CFD? W analizach strukturalnych: - sprężysty(liniowy/nieliniowy) - plastyczny - sprężysto-plastyczny - sztywny W analizach płynów CFD: - płyn nielepki i nieściśliwy (PŁYN DOSKONAŁY) - płyn lepki i nieściśliwy (CIECZ IDEALNA) - płyn nielepki i ściśliwy (GAZ NIELEPKI) - płyn lepki i ściśliwy (PŁYN RZECZYWISTY, model pełny) - płyn newtonowski/nienewtonowski Reologia (teoria plastyczności/płyn nienewtonowski) Inne: -model materiału zdefiniowany przez użytkownika -biblioteka materiałów modyfikowana przez użytkownika 30. Co to są nieliniowości geometryczne, materiałowe i kontaktowe? Geometryczne – kiedy obiekt podlega dużym odkształceniom lub zmianie ulega kierunek obciążenia Materiałowe – kiedy zależność pomiędzy naprężeniami i odkształceniami nie jest liniowa należy stosować nieliniową teorię sprężystości i plastyczności Kontaktowe (brzegowe) – kiedy kontakt ciał ulega zmianie 31. Jakimi metodami numerycznymi można rozwiązać zagadnienia nieliniowe? -met. Newtona (Newtona – Raphsona) -met. Arc-lenght metghod 32. Kiedy należy stosować nieliniowość? - kiedy wymagamy dużej dokładności - kiedy miejsce kontaktu ulega zmianie - kiedy mogą pojawić się duże odkształcenia - kiedy naprężenia przekroczą granicę plastyczności - kiedy materiał jest nieliniowy np. hiper – sprężysty (guma) - kiedy w wyniku długotrwałego stałego obciążenia odkształcenia stopniowo się zwiększają 33. Czym się różnią obliczenia typu: „serial”, „local parallel”, „distributed parallel”? 34. W jaki sposób i jakimi metodami można rozwiązać algebraiczny układ równań w wyniku zastosowania metody MES lub MOS ? w11 slajdy 5-8 35. Co to są Residua i jak są wyznaczane kryteria zbieżności rozwiązania ?  36. Co to jest tzw. „Imbalance” w analizach CFD ? 37. Co to jest liczba Courant i jak ją wyznaczyć ? 38. Na czym polega metoda objętości skończonych i w jakich zagadnieniach jest najczęściej stosowana ? Metoda objętości skończonych polega na podziale obszaru przepływu na skończoną liczbę objętości kontrolnych i całkowaniu równań opisujących zagadnienie przepływu po każdej objętości kontrolnej, w wyniku czego otrzymuje się równania dyskretne, spełniające prawa zachowania objętości w obrębie każdego elementu. Zagadnienia: Przewodzenie ciepła i przepływy 39. Charakterystyka przepływu w zależności od liczby Re Przepływy zewnętrzne: Re>500000 – wzdłuż powierzchni Re > 20000 – wokół przeszkody Przepływy wewnętrzne: Re >= 10000 – rozwinięty 2300