Inventor Nastran

Základním typem analýzy v Nastranu je lineární statická analýza (Linear Static). Zde lze vypočítat odolnost proti mezním stavů pevnosti a pružnosti při statickém namáhání. V této analýze se dozvíte, jestli je Váš návrh schopen snést plánované zatížení, či naopak jestli není příliš robustní a neplýtváte tak čím dál dražšími surovinami.

Během přípravy výpočtu máte k dispozici velmi detailní možnosti nastavení okrajových podmínek a konečno-prvkové sítě. S nastavením vlastností materiálů Vám pomůže sdílená knihovna Autodesku, která obsahuje většinu běžně používaných konstrukčních materiálů. Pokud požadovaný materiál nenaleznete, lze jej samozřejmě definovat ručně.

Samozřejmostí je možnost analyzovat i sestavy, ve kterých lze nastavit vlastnosti materiálů a sítě nezávisle pro každou komponentu zvlášť. Vzájemné vztahy mezi komponentami pak můžete nadefinovat pomocí dotyků, u který lze nastavit styl interakce (pevná či volná vazba, tření, apod). Výsledkem je po provedení výpočtu redukované napětí, deformace či bezpečnost proti meznímu stavu. Tvorba přehledné zprávy s výsledky je pak dílem okamžiku.

Svět není lineární – základní heslo výpočtáře. Pokud Vám stačí orientační a hlavně rychlá analýza, lze se určitě spokojit s lineární variantou. Pokud ovšem chcete nepřesnější možný výsledek, je vhodné sáhnout po nelineární analýze. Zde lze jednak nastavit nelineární chování materiálu, ale hlavně úlohu řešit na více kroků. Zdeformované těleso se totiž chová mírně jinak než nezatížené. Nastran je schopen těleso zatěžovat postupně a během procesu sledovat jeho odezvu. Tím se dosáhne nejpřesnějšího výsledku.

Modální analýza najde uplatnění při výpočtech vlastních frekvencí těles či sestav. Každé těleso má svoje vlastní frekvence. Pokud v okolí tohoto tělesa či strojního celku existuje buzení na blízké frekvenci (například elektromotor), může dojít k rezonanci a velmi významným deformacím (kmitům) tělesa vedoucího až k jeho destrukci. I pokud těleso rezonanci vydrží, jedná se o velmi nekomfortní provozní režim, kdy například volant v autě bude velmi silně vibrovat či krytování stroje bude cinkat, bzučet apod. Snahou je již v návrhu zařízení tyto frekvence většinou posunout k co nejvyšším hodnotám. K jejich výpočtu a optimalizaci pro různé varianty návrhu slouží právě modální analýza.

Analýza vzpěru, neboli buckling, se využívá kdekoliv, kde jsou štíhlé součásti zatíženy tlakem, či kdekoliv hrozí ztráta stability tvaru. Nejběžnějším příkladem je vybočení dlouhého štíhlého prutu při jeho zatížení tlakem. K tomu u štíhlých součástí dojde většinou dříve, než k překročení dovoleného namáhání v tlaku a u konstrukcí tohoto typu je analýza vzpěrné stability klíčová. Stejný problém může nastat i u tlakových nádob, které jsou zatížené podtlakem, či při jejich vyprazdňování může podtlak vznikat.

V teplotních analýzách lze využít všechny základní varianty přenosu tepla – kondukci, konvekci i radiaci a teplotní analýzy jsou k dispozici ve dvou základních verzích – steady state a transient.

Steady state, neboli ustálený stav se využívá v situacích, kdy vyžadujeme zjistit teplotní distribuci na tělese či sestavě po ustálení všech vnějších vlivů. Tzn. jaká bude výsledná teplota za neomezeně dlouhou dobu. Pro úspěšné dokončení této simulace musí existovat řešení mezi přísunem tepelné energie a jejím odvodem, tedy ztrátami. Jako zdroj tepla může sloužit pro potřeby analýzy definovaná teplota povrchu (například od obtékají tekutiny), či teplo generované a předávané do ploch tělesa.

Ve variantě transient se řeší výsledná teplotní distribuce na modelu v závislosti na čase. Tato analýza tedy najde uplatnění v situacích, kde nás zajímá, jak rychle se prohřeje či ochladí zařízení v závislosti na dodávané či odebírané energii a jaké budou na součástech tlakové gradienty.

Výsledky z termální analýzy se navíc dají využít jako okrajové podmínky pro statickou analýzu, kdy se využije parametr teplotní roztažnosti a deformace součástí způsobné teplem se převedou na mechanické namáhání v podobě napětí.

Cyklické (opakované) namáhání může u součástí znamenat problém i při stavech, kdy není dosažena mez kluzu daného materiálu. Součásti vystavené opakovanému namáhání mohou dosáhnout mezního stavu únavy, kdy dojde k vzniku postupně se šířící únavové trhliny. Rizikovost tohoto mezního stavu závisí na stylu namáhání, aneb jak vypadá namáhání součásti v čase – amplituda a frekvence. Software na základě zadaného zatěžování dokáže predikovat počet cyklů do lomu. Pokud známe délku cyklu či jejich počet za určitý čas, jednoduše dopočteme životnost součásti, mechanismu a tím i celého stroje.

Problémy způsobené vibracemi zná většina konstruktérů. Nastran nabízí velmi širokou paletu nástrojů pro analýzu různých typů vibrací. Dlouhodobé vystavení i poměrně jemným vibracím může mít velmi neblahé důsledky na životnost stroje či dílů. Stejně tak rizikové může být například poškození dílu způsobeného rázem jiného tělesa, kdy dojde k odezvě v širokém frekvenčním pásmu vibrací, přičemž na různé frekvence každá součást reaguje jinak citlivě. V neposlední řadě lze navrhovat i konstrukce odolné proti zemětřesení, což je v podstatě také namáhání v podobě vibrací o různých frekvencích a amplitudách přenášených do konstrukcí.