סיקור מקיף

בעצם זה קל…

מהנדסי בואינג מסוגלים לבצע חישובים מסובכים בתכנון המטוסים בזכות תוכנת "אלמנטים סופיים", שפותחה בהשראת תהליך גידול העצמות בגוף האדם.

 

 בדיקת עומסים על רכב בעת תאונה באמצעות תוכנת אלמנטים סופיים
בדיקת עומסים על רכב בעת תאונה באמצעות תוכנת אלמנטים סופיים

 

מאת זיו כוהני

במשך שנים רבות היו הנוסחאות, שלרוב האנשים נראות כמו סינית עתיקה, הכלי שבעזרתו ביצעו מהנדסים חישובים שונים, כגון אלה הקשורים לחוזק חומרים ומבנים, כדי לתכנן מוצרים מורכבים, כמו מטוס, כלי רכב וכו', ביודעם שטעות בחישוב עלולה לעלות בחיי אדם.

בנוסף, מהנדסים נדרשו ללוח שרטוט ולכלי כתיבה שונים ומשונים על מנת לבצע שרטוטים ותכנונים של מוצרים מכניים פשוטים או מורכבים.

אז את לוח השירטוט וכלי הכתיבה התחילו להחליף לפני כ-20 שנה תוכנות תיב"מ (תיכנון בעזרת מחשב) דו-ממדיות ותלת-ממדיות, שאפשרו חיסכון גדול בזמן וקבלת תמונה מוחשית במהלך שלבי התכנון.

חישוב חוזק החומרים והמבנים שהוזכרו קודם, הם שקובעים למעשה באיזה חומר גלם יבחר המהנדס לייצור של חלק מסויים, ובאיזה גודל ועובי הוא יגדיר את החלק, בחירה שכמובן משפיעה על עלות המוצר הסופי, על המשקל שלו ועל פרמטרים נוספים. המהנדסים נלחמו בנוסחאות והשתמשו במקדמי ביטחון לתוצאות החישובים על מנת להבטיח את איכות המוצר שתכננו.

לפני מספר שנים צצו בשוק תוכנות שנועדו להקל על חיי המהנדסים: תוכנות "אלמנטים סופיים", תוכנות שיודעות לחשב, בצורה מדויקת ומפורטת, את העומס שכל חלק "מרגיש" כתוצאה מכוחות שמופעלים עליו, דבר שעד אז, כאמור, היו המהנדסים משיגים רק בעזרת חישובים מייגעים. תוכנות אלה מאפשרות להוריד עלויות, להפחית משקל, להגדיל יעילות ולשפר בטיחות במוצרים רבים.

בתמונה: בדיקת עומסים על רכב בעת תאונה באמצעות תוכנת אלמנטים סופיים.
ואיך כל זה קשור לעניינינו? מסתבר שאחת התוכנות החדשות בתחום זה בשוק מבוססת על עולם הביומימקרי…

נראה כי תוכנת OptiStruct של חברת ALTAIR כל כך אמינה וטובה, שאפילו חברת בואינג, יצרנית המטוסים הגדולה בעולם, עושה בה שימוש ומצליחה להגיע לתכנון אופטימלי של איכות-עלות-משקל של רכיבים רבים במטוס, החל מכנפי המטוס ועד רצפתו.

אותה תוכנה עושה שימוש באלגוריתמים בהשראת עולם הביולוגיה, כמו, למשל, אותו עץ שמגדל תאים, מעבה את הגזע שלו ומוסיף עובי וחוזק בדיוק במקום הנדרש כדי למנוע כיפוף של עצמו שנגרם בגלל רוח חזקה.

מתוך האלגוריתם הזה אפשר להסיק לגבי צורת המבנה האופטימלית, שמתאימה מאוד לעולם המדפסות התלת-ממדיות שנכנסו לעולמנו בכל תחום. אפשר להגדיר באופן מדויק את מבנה החלק בעזרת התוכנה, ולממשו בקלות,  על ידי ייצור בטכנולוגיה של הדפסה תלת ממדית.

OptiStruct פותחה למעשה על בסיס תהליך גידול העצמות בגוף האדם, כאשר למרבה הפלא, הממציא שלה, ג'ף בראנן (Jeff Brennan), כיום ממנהליה הבכירים של חברתALTAIR, חקר בכלל מנגנונים לפתרון למחלת האוסטאופורוזיס, ומשם הגיע לאפשרות ההתאמה לתוכנה…

מקור מידע 1

מקור מידע 2

3 תגובות

  1. מחזק את דברי יניב
    תוכנת MATLAB שהיא אחת התוכנות המתימטיות ההנדסיות הנפוצות בשוק ביחד עם Mathematica Wolfram כוללת finite element toolbox. זה מעיד על התפשטותה של השיטה בקרב סטודנטים ומהנדסים.
    קיימת טכניקה קצת דומה אך לא זהה של עיבוד מקבילי שבה משתמשים במאות אלפי מחשבי הרשת. כל מחשב מקבל מקטע שמיים קטן לחקור, ובדומה למשל בחיפוש אחר המספר הראשוני הגדול ביותר הידוע.
    היו הצלחות כאן,אך זהו עיבוד מקבילי ולא שיטת אלמנטים סופיים.

  2. תוכנות אלמנטים סופיים קיימות בשוק כ-30 שנה. עד לפני מספר שנים בשל מורכבותן ומגבלות מחשוב, שימוש בתוכנות בתהליך פיתוח היה מועט ונעשה רובו ככולו ע"י מומחים בעלי ניסיון רב בתחום FEA.
    לאחרונה, חברות, המפתחות תכנות FEA שמו דגש מיוחד על ממשק ידידותי למשתמש. בעקבות זאת, יותר ויותר מתכננים מכאניים החלו להשתמש בתוכנות solidworks בתהליך פיתוח מוצר. על סמך תוצאות סימולציות FE מתקבלות החלטות הנדסיות מרחיקות לכת ובמקרים רבים הסימולציות מחליפות ניסויים הנדסיים.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

דילוג לתוכן