Mühendislik problemleri çözmek çeşitli nesnelerin veya sistemlerin tasarımıyla ilgili problemlerdir. Mühendislik problemlerini çözmede üç genel yaklaşım vardır:
1- Deneysel yaklaşım:
Bir donanım düzeneği veya prototipi, yani tam ölçekli nesne ve/veya modeli üretilir ve nesneyi tasarlamak için gereken deneyler bu donanımla gerçekleştirilir;
2- Hesaplamalı yaklaşım:
Nesnenin tasarlanması için gerekli hesaplamalar yapılır ve sonuçları
herhangi bir deney yapılmadan doğrudan nesnenin tasarlanması için kullanılır;
3- Hesaplamalı-deneysel bir yaklaşım:
Hesaplamaları ve çözülen probleme bağlı olarak nesnenin, sırasının ve içeriklerinin tasarlanması için gerekli deneyler (üretilen tam ölçekli nesne ve/veya modeli ile) yapılabilir, örneğin yinelemeli prosedürler çalıştırılabilir.
İlk iki yaklaşımın her birinin avantajları ve dezavantajları vardır. Tamamen deneysel yaklaşım, düzgün bir şekilde yürütüldüğünde, elde edilen sonuçların ek doğrulamalarını gerektirmez, ancak nesne modelleri üzerinde gerçekleştirilse bile çok pahalıdır, çünkü test tesisleri ve donanım zaten gereklidir. Dahası, nesne modelleri test edilirse, elde edilen sonuçlar tam ölçekli nesneye ölçeklenmelidir, bu nedenle yine de bazı hesaplamalar gereklidir.
Tamamen hesaplamalı yaklaşım, düzgün bir şekilde gerçekleştirildiğinde, hem mali açıdan
hem de zaman açısından deneysel yaklaşımdan önemli ölçüde daha az maliyetlidir, ancak
elde edilen hesaplamalı sonuçların yeterliliği konusunda güvence gerektirir.
Doğal olarak, bu güvence, hem matematiksel hem de fiziksel bakış açılarından, yani hem elde edilen sonuçların matematiksel doğruluğu (sonuçların kullanılan matematiksel modele uygunluğu) hem de
kullanılan matematiksel modelin yönetici fiziksel süreçlere uygunluğu (hesaplamaların mevcut deneysel verilerle karşılaştırılmasıyla doğrulanır) açısından kullanılan hesaplamalı kodların çok sayıda doğrulanmasına ve geçerli kılınmasına dayanmalıdır.
Üçüncü yaklaşım, deneyleri ve hesaplamaları makul bir şekilde birleştirirse, yukarıda belirtilen ilk
iki yaklaşımın avantajlarını birleştirir ve dezavantajlarından kaçınır. Karmaşık mühendislik
sorunları esas olarak bu şekilde çözülür. Mevcut deneysel veriler üzerinde doğrulanan bir
hesaplama kodu, optimum nesne tasarımını ve/veya optimum çalışma modunu hızla seçmeyi
sağlar. Daha sonra seçimi doğrulamak için gerekli deneyler yürütülür.
Dünya pazarından problemlerinizi çözmek için en uygun hesaplama kodunu seçerken,
aşağıdaki önerileri dikkate almak gerekir. Herhangi bir hesaplama kodu, öncelikle, kural olarak,
fiziksel yasalardan türetilen bir dizi diferansiyel ve/veya integral denklemler biçiminde ifade edilen,
yönetici fiziksel süreçlerin matematiksel bir modeline dayanır ve gerekirse yarı-ampirik ve ampirik
sabitler ve/veya ilişkiler içerir.
İkinci olarak, bu denklemleri çözmenin bir yöntemi gereklidir. Matematiksel modelin denklemleri kural olarak analitik olarak çözülemediğinden, bir hesaplama ağı üzerinde ayrık bir biçimde çözülürler, böylece matematiksel problemin çözümü belirli bir doğruluk derecesiyle elde edilir. Doğal olarak, matematiksel problemin çözümünün doğruluğu hem diferansiyel ve/veya integral denklemleri ayrıklaştırma yöntemine hem de elde edilen ayrık denklemleri çözme yöntemine bağlıdır.
Bu yöntemler seçildikten sonra, matematiksel problemin çözümünün doğruluğu, hesaplama ağının doğrusal olmayan davranışa sahip problem bölgelerini ne kadar iyi çözdüğüne bağlıdır. İyi bir doğruluk sağlamak için, ağ bu bölgelerde oldukça ince olmalıdır. Dahası, matematiksel problemin
çözümünün doğruluğunu tahmin etmenin olağan bir yolu, daha kaba olandan daha inceye doğru
birkaç farklı ağ üzerinde çözümler elde etmekten oluşur.
Dolayısıyla, bu kümedeki herhangi bir ağdan başlanarak, daha ince ve daha kaba ağlarda elde edilen çözümler arasındaki ilginç fiziksel parametrelerdeki fark, mühendislik problemi açısından önemsiz hale gelirse, yani çözüm düzleşirse, sözde çözüm ağı yakınsaması elde edildiğinden, bu mühendislik problemini çözmek için gereken matematiksel problemin çözüm doğruluğuna ulaşılmış kabul edilir.
Doğal olarak, matematiksel problemin çözümü deneysel değerlerden (yani, biliniyorsa fiziksel problemin çözümünden) farklı olabilir ve bu fark, birincisi, matematiksel modelin ve simule edilen fiziksel süreçlerin uygunluğuna ve ikincisi, bu deneysel değerlerin ölçüldüğü ve kural olarak bilinen ve
ölçüldükleri test sayısı arttıkça azalma eğiliminde olan hatalara bağlıdır.
Buna bağlı olarak, piyasada sunulan hesaplamalı kodlar yalnızca maliyet açısından değil, aynı zamanda fiziksel problemlerin matematiksel simülasyonunun doğruluğu, başlangıç verilerinin belirlenmesi prosedürü, bu belirleme için kullanıcının ihtiyaç duyduğu zaman miktarı, problemi çözme prosedürü ve gerekli doğrulukta bir çözüm elde etmek için ihtiyaç duyulan bilgisayar belleği ve CPU zamanı ve son olarak elde edilen sonuçların işlenmesi ve görselleştirilmesi prosedürleri ve bunun için gereken kullanıcı zamanı açısından da birbirlerinden farklılık göstermektedir.
Doğal olarak, yüksek doğrulukta bir çözüm, ince bir hesaplama ağı ve dolayısıyla oldukça önemli bilgisayar belleği ve CPU zamanı ve ayrıca bazı durumlarda hesaplama için başlangıç verilerini belirtmek için artan kullanıcı zamanı ve çabası gerektirir.
Sonuç olarak, bir mühendislik problemini bir hesaplama koduyla çözmek için gereken zaman bir eşik zamanını aşarsa, o zaman ya mühendislik problemi önemsiz hale gelir, örneğin rakipleriniz bu zamana kadar sizi geride bıraktığı için ya da bu problemi belirli bir zaman aralığında çözmek için daha doğru olmayabilecek ancak kesinlikle daha hızlı olan alternatif yaklaşımlar kullanılır.
Akış Simülasyonu ile bir mühendislik probleminin güvenilir ve oldukça doğru bir çözümünü elde etmek için önerilen prosedüre aşina olmadan önce, aşağıda açıklanan Akış Simülasyonu ile mühendislik problemlerini çözme stratejisini yöneten Akış Simülasyonunun özelliklerini göz önünde bulundurmak uygundur.
Akış Simülasyonu zamana bağlı Navier-Stokes denklemlerini çözmeye dayandığından, sabit durum problemleri sabit durum yaklaşımıyla çözülür. Sabit durum çözümünü daha hızlı elde etmek için, yerel (hesaplama alanı üzerinde) zaman adımları yöntemi kullanılır. Çözüm yakınsamasını hızlandırmak ve parazitik salınımları bastırmak için çoklu ızgara yöntemi kullanılır. Hesaplama alanı, SolidWorks modelinin Kartezyen Küresel koordinat sisteminin eksenlerine dik düzlemlerle modeli saran bir paralel yüzlü olarak tasarlanmıştır. Hesaplama ağı, hesaplama alanını, kenarları Küresel koordinat sistemi eksenlerine dik olan paralel yüzlü hücrelere bölerek oluşturulur. (Sıvı dolu bölgelerin dışında ve içinde ısı iletimi olan katıların dışında bulunan hücreler sonraki hesaplamalara katılmaz).
Hesaplamalı ağ iyileştirme (bölme) prosedürleri, akışkanla temas halindeki yüksek eğrilikle yüzeyler, akışkanla çevrili ince duvarlar, dar akış geçitleri (boşluklar) ve belirtilen yalıtkanların sınırları gibi model özelliklerini daha iyi çözümlemek için kullanılır. Problemin çözümü sırasında sonraki hesaplamalar sırasında hesaplamalı ağ, bu hesaplamalarda ortaya çıkan yüksek eğim akış ve katı bölgeleri daha iyi çözümlemek için ek olarak iyileştirilebilir (kullanıcı tanımlı ayarlar tarafından izin veriliyorsa) (Çözüm Uyarlamalı Ağ Oluşturma).
Akış Simülasyonunda sabit durum problemleri sabit durum yaklaşımıyla çözüldüğünden, hesaplama için sonlandırma anını doğru bir şekilde seçmek gerekir. Hesaplama çok erken tamamlanırsa, yani sabit durum çözümü henüz elde edilmediğinde, elde edilen çözüm belirtilen başlangıç koşullarına bağlı olabilir ve bu nedenle çok güvenilir olmayabilir. Aksine, hesaplama çok geç tamamlanırsa, o zaman biraz zaman boşuna harcanmış olur. Hesaplama için sonlandırma anını optimize etmek ve yinelemelerde salınan ilgi çekici fiziksel parametreleri (örneğin bir model yüzeyine etki eden bir kuvvet veya bir model hidrolik direnci) daha doğru bir şekilde belirlemek için, ilgi çekici fiziksel parametreleri hesaplama hedefleri olarak belirtebilirsiniz.
SolidWorks+Flow Simulation ile bir mühendislik probleminin fiziksel açıdan doğru ve yeterli bir
şekilde simüle edilmesinin yolu, yani ilgili model problemini ortaya koymak ve bu model
problemini Akış Simülasyonu ile doğru ve güvenilir bir şekilde çözmek, Akış Simülasyonu ile
Mühendislik Görevlerinin Simüle Edilmesi ve Mühendislik Görevlerinin Çözülmesi bölümlerinde
anlatılmıştır.
Kaynak : www.solidworks.com
Diğer yazılarımız için : www.facadium.com.tr/blog