Thread Rating:
  • 1 Vote(s) - 5 Average
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

[CAE] Overview and benefits - By Nguyễn Ngọc Tâm

#1
Computer-aided engineering (CAE) is the use of computer software to simulate performance in order to improve product designs or assist in the resolution of engineering problems for a wide range of industries. This includes simulation, validation, and optimization of products, processes, and manufacturing tools.
A typical CAE process comprises of preprocessing, solving, and postprocessing steps. In the preprocessing phase, engineers model the geometry (or a system representation) and the physical properties of the design, as well as the environment in the form of applied loads or constraints. Next, the model is solved using an appropriate mathematical formulation of the underlying physics. In the post-processing phase, the results are presented to the engineer for review.
CAE applications support a wide range of engineering disciplines or phenomena including:
- Stress and dynamics analysis on components and assemblies using finite element analysis (FEA)
- Thermal and fluid analysis using computational fluid dynamics (CFD)
- Kinematics and dynamic analysis of mechanisms (multibody dynamics)
- Acoustics analysis using FEA or a boundary element method (BEM)
- 1D CAE, or mechatronic system simulation, for multi-domain mechatronics system design
- Mechanical event simulation (MES)
- Control systems analysis
- Simulation of manufacturing processes like casting, molding and die press forming
- Optimization of the product or process
- Some engineering problems require the simulation of multiple phenomena in order to represent the underlying physics. CAE applications that address such problems are often called multi-physics solutions.

Benefits of CAE
- The benefits of CAE include reduced product development cost and time, with improved product quality and durability.
- Design decisions can be made based on their impact on performance.
- Designs can be evaluated and refined using computer simulations rather than physical prototype testing, saving money and time.
- CAE can provide performance insights earlier in the development process, when design changes are less expensive to make.
- CAE helps engineering teams manage risk and understand the performance implications of their designs.
- Integrated CAE data and process management extends the ability to effectively leverage performance insights and improve designs to a broader community.
- Warranty exposure is reduced by identifying and eliminating potential problems. - When properly integrated into product and manufacturing development, CAE can enable earlier problem resolution, which can dramatically reduce the costs associated with the product lifecycle.
LESS TALK. MORE ACTION
Name: LÊ HỒNG SƠN
Major: Cơ điện Tử
Gmail: Son97haui@gmail.com
Phone number: 0166 596 2008








Reply
#2
CAE là việc sử dụng phần mềm máy tính để mô phỏng các đặc tính kỹ thuật nhằm cải tiến các thiết kế sản phẩm hoặc hỗ trợ trong việc giải quyết các vấn đề kỹ thuật cho nhiều ngành công nghiệp.Nó bao gồm mô phỏng,kiểm tra và tối ưu hóa các sản phẩm,quy trình và công cụ sản xuất.

Một quy trình CAE điển hình bao gồm các bước tiền xử ký (chia lưới,hiệu chỉnh lưới,đặt các điều kiện),giải thuật (thuật toán được đưa ra để giải quyết các bài toán tương ứng) và hậu xử lý (hiển thị kết quả,xuất báo cáo).Trong giai đoạn tiền xử lý các mô hình hình học kỹ thuật (hoặc một hệ thống hình vẽ) và các tính chất vật lý của mẫu thiết kế cũng như môi trường trong đó nó chịu tác động của tải (gồm lực,các momen..) và các điều kiện ràng buộc được thực hiện.Tiếp theo mô hình sẽ được tính toán bằng cách sử dụng một công thức toán học phù hợp với các tính chất vật lý cơ bản.Trong giai đoạn hậu xử lý,kết quả sẽ được thể hiện để các kỹ sư xem xét.
Ứng dụng CAE hỗ trợ nhiều ngành hoặc lĩnh vực kỹ thuật bao gồm :
-Phân tích động lực học và ứng suất của chi tiết và cụm chi tiết lắp ráp sử dụng tính toán phần tử hữu hạn (FEA)
-Phân tích dòng chảy và nhiệt độ sử dụng khí động lực học tính toán (CFD)
-Phân tích động học và động lực học của các cơ cấu truyền động (động lực học nhiều vật)
-Phân tích âm học sử dụng tính toán phần tử hữu hạn hoặc phương pháp phần tử biên (dùng cho phân tích NVH-phân tích tiếng ồn,độ rung và độ nhiễu)
-Mô phỏng hệ thống cơ điện tử
-Mô phỏng tác động cơ khí
-Phân tích hệ thống điều khiển (điển hình là mô phỏng PID trong Matlab)
-Mô phỏng quy trình sản xuất như đúc,làm khuôn và khuôn dập.
-Tối ưu hóa quy trình hoặc sản phẩm.
-Một số vấn đề kỹ thuật đòi hỏi sự mô phỏng của nhiều hiện tượng vật lý để thể hiện cho các tính chất vật lý cơ bản.Ứng dụng CAE giải quyết các vấn đề như vậy được gọi là các giải pháp đa vậy lý.
Lợi ích của CAE
-Lợi ích của CAE bao gồm giảm thời gian và chi phí phát triển sản phẩm với chất lượng và độ bền của sản phẩm được nâng cao.
-Quyết định việc thiết kế dựa trên tác động của chúng đến năng suất (tức là lựa chọn phương pháp thiết kế tối ưu để thu được hiệu suất tối ưu nhất).
-Việc thiết kế được đánh giá và hiệu chỉnh bằng việc sử dụng mô phỏng tính toán chứ không phải là các mẫu thử nghiệm vật lý qua đó giúp tiết kiệm thời gian và tiền bạc.
-CAE cung cấp những cách thức thực hiện có hiệu quả hơn trong quá trình phát triển sản phẩm,khi đó những thay đổi trong thiết kế được thực hiện ít tốn kém hơn.
-CAE giúp các nhóm kỹ thuật quản lý rủi ro và hiểu được các tính năng kỹ thuật liên quan đến thiết kế của họ.
-CAE tích hợp quy trình quản lý và dữ liệu mở rộng có khả năng tận dụng hiệu quả những cách thức thực hiện và cải tiến mô hình thiết kế cho một phạm vi rộng lớn. (tức là tận dụng được kinh nghiệm đã làm thực tế với các thuật toán giải tích để cải tiến mô hình chất lượng hơn đối với từng lĩnh vực sản phẩm khác nhau).
-Đảm bảo mức độ giảm thiểu rủi ro bằng việc xác định và loại bỏ những vấn đề tiềm tàng,khi được tích hợp một cách hợp lý vào quy trình sản xuất và phát triển sản phẩm,CAE có thể cho phép giải quyết vấn đề một cách dễ dàng hơn,nó có thể làm giảm đáng kế các chi phí liên quan đến vòng đời sản phẩm.
LESS TALK. MORE ACTION
Name: LÊ HỒNG SƠN
Major: Cơ điện Tử
Gmail: Son97haui@gmail.com
Phone number: 0166 596 2008








Reply
#3
Bài viết từ diễn đàn meslab.org
[Image: EDEM-Abaqus.png]
Ví dụ về mô phỏng chịu tải của gầu múc trong quá trình sử dụng
1) CAE là cái gì ? 

CAE là thuật ngữ viết tắt của cụm từ “Computer Aided Engineering” . Hán Nhật , Hán Trung và có lẽ Hán Việt (đọc ké theo âm) thì đọc CAE là “Kế toán Cơ Viện trợ Công học”, dịch đại cho xuôi theo Việt hóa thì CAE là “Môn công học với sự hỗ trợ của máy tính”.Đại khái là vậy, mấy cái vụ ngữ nghĩa này xin dành lại cho các giáo sư Hàn lâm tiếng Việt.

Vậy CAD và khác nhau ra sao và CAE dùng để làm cái gì ? Tôi xin đưa ra một ví dụ đơn giản nhất cho dễ hiểu. Đó là tấm cản đằng trước của xe hơi. Ngày trước chưa có kỹ thuật CAE thì mấy ông thợ gò , làm khuôn v.v.. cứ theo cái mẫu của ông họa sĩ Design vẽ sẵn làm theo, miễn gắn lên xe thấy nó đẹp là được rồi, không cần biết nó nặng nhẹ, rủi bị tông lộn có bể hay không bể , chết người hay không chết thì họ cũng không cần biết, kiểu giống như chế mấy cái xe bục bịch ở trong nam mà người bắc gọi văn hoa hơn là xe Công Nông vậy. Ở xứ chạy xe tông cái đùng , chết đền 10 triệu tặng thêm cái hòm .Mũ bảo hiểm gấp xếp lại được bán chạy và dân trẻ khoái hơn cái mũ bảo hiểm loại “nồi cơm điện” hoặc bác “hai lúa Tây Ninh” chế máy bay đòi bay chơi coi sinh mạng của mình như giấy mà báo chí khen rầm rầm làm các giáo sư đại học nhà ta ê hề mặt mũi thì cỡ vậy là đủ. Mức độ vẽ , design cái xe như vậy với sự trợ giúp của computer chỉ ngừng ở lãnh vực của CAD.

Nhưng mà thời thế thay đổi,mạng người ngày càng đắt giá hơn thì cái xe với cản gò đại vậy chắc là bán không được vì không biết có an toàn hay không.

Muốn chế chiếc xe có cái cản an toàn thì phải thực nghiệm, tính toán ứng lực, tính độ xung kích, tính hệ số an toàn v.v…Vậy thì chúng bắt đầu đi vô thế giới của CAE, thế giới của các ông kỹ sư thiết kế.

Ngày xưa chưa có Computer thì các ông kỹ sư chế vài chục cái đủ kiểu cho nó va đập để làm thực nghiệm va đập, xung kích xong rồi lựa cái còn “sống sót” ít thương tích nhất gắn vô xe. Sau này cao hơn một chút khi khái niệm FEM ra đời thì kỹ sư tính toán bằng tay, nhưng rồi cũng phải chế thật nhiều để lựa ra được cái tốt nhất, vì cái cản mà ngồi tính tay để tìm cho ra các thông số tối ưu thì tính xong một cái cũng mất vài năm. Mới có chuyện tía của tôi thời năm 60 được người Nhật mướn tính tìm giải pháp để chế 24 con ốc gắn cái động cơ máy bay lên chiếc máy bay YS11 cho nó an toàn, chỉ có 24 con ốc phải ngồi tính tay 4 năm. Thành ra cái thời gian và chi phí làm khuôn, làm thử nghiệm, thực nghiệm rất dài và rất đắt đỏ. Khoảng 15 năm trước thôi , tiền để nghiên cứu thành công một cái cản xe hơi cũng phải mất khoảng 10 đến 30 triệu USD, bạn nào làm khuôn sắt thì biết, một bộ khuôn để chế cái cản thực nghiệm không thôi rẻ nhất cũng khoảng từ 400.000USD trở lên. Thữ chừng chục cái mới lựa ra được một cái như vậy thì công ty cũng “méo mặt” vì tiền nghiên cứu. Để tránh bớt những thực nghiệm lãng phí tiền bạc và thời gian thì người ta phải dựa vào CAE để tìm phương pháp tối ưu gần thực tế nhất.

Như vậy có thể tóm tắt công dụng của CAE là làm các thực nghiệm, tính toán, mô phỏng để tìm phương pháp thiết kế tối ưu nhất , giá rẻ nhất , thời gian nhanh nhất trên máy tính dựa trên các thuật toán FEM v.v…

Khoảng 25 năm trước khi mà kỹ thuật hardware còn yếu và kỹ thuật CAD 3 chiều chưa mạnh như bây giờ thì người dùng ngôn ngữ C hay Fortran để giải các bài toán FEM thì cần thiết phải có những kỹ sư chuyên môn về CAE để đọc các trị số trong kết quả mà máy tính đưa ra để phân tích. Gần đây với sự tiến bộ vượt bậc của kỹ thuật CAD 3D , nhất là ứng dụng của kỹ thuật Solid Modelling thì không cần đến các kỹ sư CAE chuyên môn, các kỹ sư bình thường cũng có thể nhìn , xem kết quả dự đoán các mô phỏng tính toán bằng mắt trên màn hình máy tính. Mặc dầu vậy những bài toán khó như giải tích va đập , xung kích , biến hình lớn thuộc hệ phi tuyến tính cấu tạo giải tích thì vẫn còn cần các kỹ sư CAE chuyên môn để phân tích.

2) Các bước để thao tác CAE đối với một kỹ sư thiết kế 
1. Thu thập thông tin : Thu thập các thông tin liên quan đến điều kiện thiết kế như Cường độ, không gian, Cơ năng v.v..
2. Xử lý thông tin: Xử lý ,sàng lọc các thông tin , điều kiện ràng liên quan đến sản phẩm thiết kế để tìm ra hướng giải pháp và mục tiêu thiết kế.
3. Đưa ra ý tưởng: Đưa ra ý tưởng gần với cấu tạo của sản phẩm nhất. Trong trường hợp này thì chưa cần đến bước vào thao tác CAD vội, bạn chỉ cần vẽ khái quát ý tưởng trên giấy. Nếu bế tắc thì nên tìm chuyện gì vui vẻ để relax, gặp người yêu , đi tắm , uống cafe,đi hút thuốc chẳng hạn , những ý tưởng bất ngờ tốt nhất lại thường xuất phát từ những lúc ta thoải mái trong đầu óc nhất.
4. Chỉnh lý ý tưởng , dự đoán hiện tượng xảy ra trong quá trình phân tích để đi đến quyết định nội dung phân tích: Bạn tự lập một bảng phân tích và cho điểm về các yếu tố cấu thành sản phẩm thiết kế trong các ý tưởng của bạn như Tính năng, phẩm chất, giá thành, tính sản xuất v..v . Sau đó lọc ra ý tưởng nào điểm cao nhất thì xử lý trước , cái nào điểm ít hơn thì xử lý sau. Từ đó bạn có thể dự đoán tìm ra các khuyết điểm của sản phẩm dự định thiết kế.
5. Dùng CAD để design sản phẫm theo ý của bạn hay của khách hàng.

6. Bắt đầu bước vào CAE. Có 3 bước :
* Pre-processing – Dùng preprocessor để soạn những thông số cần thiết để giải tích, định nghĩa các phần tử hữu hạn trong model và các thông số vùng biên, các thông số hoàn cảnh (enviromental factor) v.v..
* Analysis solver – Thực hành solver để simulation
* Phân tích hình ảnh hoặc các trị số do kết quả đưa ra từ Post-processing

3) Các phương pháp được ứng dụng trong CAE
Có 3 thủ pháp giải tích CAE là
1) Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method, FEM)
2) Phương pháp sai phân hữu hạn ( Finite difference method; FDM)
3) Phương pháp phần tử biên (Boundary element method; BEM)

4) Các lĩnh vực ứng dụng CAE và các phần mềm CAE chuyên dụng

Các lĩnh vực ứng dụng của CAE là Cơ khí công học, Điện cơ, Điện tử, Kiến trúc, Công chánh, Hóa học. Tùy theo mỗi ngành mà ứng dụng của CAE và phần mềm chuyên dụng khác nhau.
[-] The following 1 user says Thank You to Dương Trần for this post:
  • Kĩ Sư 4CHaUI
Reply


Forum Jump:


Users browsing this thread: 1 Guest(s)