سیمولیشن مکانیکی چیست و چه کاربردی دارد؟

شبیه سازی(Simulation)و تحلیل مکانیکی بر خلاف باور بسیاری از افراد که تصور می کنند تنها باعث ایجاد هزینه اضافی می شود، روشی مدرن برای کاهش هزینه طراحی، کم کردن قیمت تمام شده محصول و جلوگیری از سعی و خطاهای زیاد و از بین رفتن سرمایه های شرکت است. ما به عنوان یک شرکت فنی مهندسی باتجربه، در طول مدت فعالیت خود با موارد زیادی روبرو شدیم که یک سرمایه گذار یا شرکت خصوصی، به خاطر قیمت تمام شده بالا، اشکالات فنی محصول، ضعف قطعات و طراحی نامناسب، به مشکل خورد و طرح مورد نظر به شکست انجامید. البته این مساله مخصوص ایران نیست و در قبلا شرکتهای اروپایی و آمریکایی هم با این مسائل درگیر بوده اند. نمونه های فراوانی را می توانید ببینید که به خاطر مشکلات فنی، محصولات شرکت های بزرگ خودروسازی از سراسر دنیا جمع آوری شدند و ضررهای مالی کلانی به تولیدکنندگان وارد شد.
به همین دلیل این سوال در ذهن مدیران کارخانجات و تولید کنندگان شکل گرفت که "چگونه می توانیم قبل از تولید انبوه محصول، به اشکالهای احتمالی آن پی ببریم و یا طراحی را با هدف کاهش هزینه های تولید و ایجاد مزیت رقابتی در بازار، بهینه کنیم؟"
این نیاز شرکتها باعث شد تولیدکنندگان نرم افزار، ایده نوشتن برنامه های شبیه سازی و سیمولیشن را اجرا کنند. شبیه سازی یا تحلیل در واقع یک آزمایش کم هزینه است که در آن محیط واقعی و شرایط عملکرد دستگاه یا محصول، تا حد امکان به صورت مجازی مدل می شود. در ادامه با استفاده از قابلیتهای نرم افزار سیمولیشن، می توانیم با دقت خوبی مشکلات احتمالی محصول و یا طرح را پیدا کنیم. پس از مشخص کردن نقاط ضعف نوبت به اصلاح طراحی می رسد تا از هزینه بسیار بالای مالی و اعتباری تولید انبوه محصولی که از نظر فنی مشکل دارد، جلوگیری نماییم.
بعضی از انواع شبیه سازی ها عبارتند از :

• سیمولیشن سیالات و تهویه
• شبیه سازی تهویه و آتش سوزی
• تحلیل تنش و شبیه سازی دینامیک
• شبیه سازی حرکت آب و مایع در کانال باز

می توانیم بگوییم شبیه سازی(سیمولیشن) سیالات، انتقال حرارت و تحلیل تنش یک سرمایه گذاری مطمئن برای کاهش قیمت تمام شده، بهینه کردن محصول و جلوگیری از ایراد و خرابی قطعات و در نتیجه کسب سود بیشتر برای تولید کنندگان در بازار رقابتی است.

امروزه با وجود نرم افزارهای مدلسازی این امکان وجود دارد که کلیه مراحل طراحی با سرعت و کیفیتی مناسب و بوسیله این نرم افزارها صورت گیرد. در حین انجام پروسه طراحی شما می توانید با نرم افزارهای تحلیل و شبیه سازی المان محدود،کلیه تحلیل های مورد نیاز از قبیل: تحلیل استاتیکی، دینامیکی، سیمولیشن خستگی، انتقال حرارت، سیالات(CFD) و تحلیل حرکتی مکانیزم را بر روی مدل و مجموعه انجام داد، به نقاط ضعف و قدرت طرح پی برد و آنرا بهبود بخشید.
شرکت آراکو با سابقه انجام تحلیل و شبیه سازی مکانیک (FEM, FEA)، سیالات (CFD)، انتقال حرارت، و آئرودینامیک صنعتی آمادگی دارد پروژه های مورد نیاز را در کوتاهترین زمان ممکن و با بهترین کیفیت به انجام رساند. خدمات ما در حوزه سیمولیشن های مکانیکی صنعتی عبارت است از :

تحلیل و شبیه سازی سیالات و انتقال حرارت-CFD
شبیه سازی انتقال حرارت در مدار و برد الکتریکی
شبیه سازی آتش سوزی و حریق با نرم افزار pyrosim پایرو سیم
تحلیل و شبیه سازی های آئرودینامیک
تحلیل و شبیه سازی استاتیک و دینامیک
شبیه سازی و سیمولیشن مایع با سطح آزاد

مکانیک شاره‌ها یا مکانیک سیالات(Fluid mechanics)یکی از شاخه‌های وسیع در مکانیک محیط‌های پیوسته است. مکانیک سیالات با همان اصول مربوط به مکانیک جامدات آغاز می‌شود، ولی مساله ای که آنها را متمایز می‌سازد، این است که سیالات بر خلاف جامدات قادر به تحمل تنش برشی نیستند.
با دانستن این مسئله معادله‌هایی برای تحلیل حرکت سیالات طرح ‌ریزی شده است. این معادلات به احترام ناویه و استوکس دو ریاضی‌دان بریتانیایی و فرانسوی به نام معادلات ناویه-استوکس نامیده می‌شوند.
تحلیل و شبیه سازی های سیالات و انتقال حرارت(CFD)، همان حل معادله ناویر استوکس برای حجم های کوچک از مدل اصلی می باشد. در این روش کل فضای هندسی مورد نظر، ابتدا به حجم های بسیار کوچکی در عملیات مش بندی تقسیم می شود و پس از اعمال شرایط مرزی، معادلات مذکور برای کلیه المان ها حل می گردد.
شبیه سازی های سیالاتی یا CFD از لحاظ روال کلی مشابه تحلیل های استاتیکی و دینامیکی FEM می باشد. در هر دو روش برای حل از المان های بسیار کوچک تری نسبت به مدل اصلی استفاده می کنند.

امروزه با بالا رفتن سرعت پردازش رایانه ها، تحلیلهای CFD و FEM جایگاه ویژه ای در بخش طراحی و تحلیل خرابی پیدا کرده اند. موارد مهمی که در سیمولیشن سیالاتی و انتقال حرارت می توان محاسبه کرد عبارت است از:

• پلات سرعت، دما و فشار  سیال در هر نقطه از مدل

• پلات ها و کانتر های سرعت، دما و فشار  سیال در سطوح داخلی و خارجی

• دیاگرام مسیر جریان سیال

• پلات ها و نمودارهای انتقال حرارت در سطوح خارجی و مرزی

• محاسبات مربوط به سرعت، دما و فشار در سطوح و احجام مختلف
  

تحلیل و شبیه سازی سیالات و انتقال حرارت که با نرم افزارهایی مانند : فلوئنت Fluent ، انسیس Ansys و فلو-ورکز(Flow works) انجام می پذیرد در بخش های مختلفی از صنایع کاربرد دارد که برخی از این موارد عبارتند از:

• شبیه سازی تهویه صنعتی و تهویه مطبوع
• تحلیل توربین و کمپرسور
• سیمولیشن تهویه تونل
• تحلیل مبدل حرارتی
• شبیه سازی جریان هوا در دودکش
• سیمولیشن پمپ
• پیش بینی فشار و سرعت هوا در فیلتر

سیمولیشن جریان هوای تهویه یا شبیه سازی HVAC CFD، یکی از انواع تحلیل سیالات و انتقال حرارت است که بصورت ویژه، وضعیت سیستم تهویه را بررسی می کند. در این روش، مانند تهویه پارکینگ، تهویه دیتا سنتر، تهویه هتل و ... ، در مرحله اول مدل سه بعدی از فضای مورد نظر برای سیمولیشن ساخته می شود. در ادامه و با استفاده از اطلاعات و محاسبات سیستم تهویه موجود، ورودی ها و خروجی های هوا و شرایط دما و فشار مشخص می شود. نتیجه شبیه سازی تهویه HVAC، مشخص شدن مسیر حرکت جریان هوا، وضعیت انتقال حرارت تجهیزات و مشخص شدن مقدار دما در نقاط مختلف است.
در واقع سیمولیشن سی اف دی، کیفیت طراحی تهویه مطبوع یا تهویه صنعتی را در مکان هایی مانند دیتا سنتر، اتاق سرور، سالن اجتماعات، لابی هتل، پارکینگ طبقاتی و شرکت ها و کارخانه ها مشخص می کند.

تصویر ویژگی ها و مزیت های سیمولیشن تهویه مطبوع و تهویه صنعتی - HVAC CFD

روش اجزاء محدود یا روش المان محدود (به انگلیسی Finite Element Method) که به اختصار FEM نامیده می‌شود، روشی عددی برای حل تقریبی معادلات دیفرانسیل جزئی و نیز حل معادله‌های انتگرالی می باشد. کاربرد عملی اجزای محدود معمولا با نام تحلیل اجزا محدود (FEA) خوانده می‌شود. اساس کار این روش حذف کامل معادلات دیفرانسیل یا ساده سازی آنها به معادلات دیفرانسیل معمولی، که با روشهای عددی مانند اویلر حل می‌شوند، می‌باشد. در حقیقت در روش اجزا یا المان محدود، جسم یا مجموعه مورد نظر، به المان های بسیار کوچک تقسیم می شود و معادلات مربوط برای هر یک از المان ها حل می گردد. باید توجه داشت که دقت تحلیل المان محدود به شدت به کیفیت مدل سازی، در نظر گرفتن شرایط مرزی و تخصیص متریال صحیح و نیز مش بندی مناسب مدل وابسته است. تحلیل و شبیه سازی اجزاء یا المان محدود برای بارگذاری استاتیک و دینامیک تجهیزات مکانیکی و سازه ها به کار می رود.

---

شبیه سازی رفتار آتش حریق و سیمولیشن دود با نرم افزار پایروسیم(PyroSim)

یکی از فعالیتهایی که با نرم افزار های شبیه سازی سیالاتی می توان انجام داد، مدلسازی حریق و آتش سوزی است. به کمک شبیه سازی حریق می توان سناریو های مختلف وضعیت بحرانی را در هنگام آتش سوزی در مکان های مختلف مانند: تونل راه آهن و مترو، تونلهای جاده ای، کارخانجات، کارگاهها، مجتمع های مسکونی و تجاری، پل ها و سایر موارد بررسی نمود.
برای انجام شبیه سازی آتش سوزی باید ابتدا مدلی سه بعدی از محل مورد نظر تهیه نمود، سپس با مراجعه به اطلاعات ایستگاهها هواشناسی مجاور، اطلاعاتی از قبیل دمای متوسط هوا و سرعت و جهت باد غالب را به دست آورد. در نهایت با مشخص کردن متریال های موجود در محیط و موقعیت و شدت حریق فرضی، شبیه سازی را اجرا کرد. خروجی های شبیه سازی آتش سوزی عبارتند از نحوه حرکت گستردگی گازهای ناشی از حریق، نحوه گسترش آتش به مرور زمان، وضعیت دمایی نقاط مختلف در هنگام آتش سوزی و ....

به کمک این شبیه سازی ها می توان سناریوهای مربوط به تخلیه اضطراری و مقابله با حریق را اجرا نمود و در نواحی بحرانی در شرایط آتش سوزی را شناسایی کرد.      

---

آموزش و دوره تدریس خصوصی نرم افزار پایروسیم

یکی از خدماتی که ما با داشتن تجربه مناسب می توانیم به شما عزیزان ارائه کنیم، برگزاری کلاس خصوصی آموزش Pyrosim به صورت آنلاین یا حضوری برای شرکت ها، سازمان ها و افراد است . در دوره آموزشی پایروسیم، با روش های مدلسازی سه بعدی، مدلسازی حریق و تهیه اطلاعات خروجی نرم افزار مانند انیمیشن چگونگی گسترش دود، وضعیت Visibility، شرایط دما و حرارت در نقاظ مختلف و مش بندی آشنا می شوید.
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد دوره های آموزش پایروسیم و انجام پروژه های شبیه سازی و سیمولیشن آتش سوزی با ما تماس بگیرید :
شرکت آراکو، محمد قربانعلی بیک
09124780268
02166561974
02166129745

شبیه سازی انتقال حرارت در مدار و برد الکتریکی یا PCB

تولید بردها و مدارات الکتریکی(مدارها و تجهیزات کنترلی، مخابراتی،موتورها، تجهیزات ذخیره سازی و ...) جزو بخشهای مهم صنعت است. این تولیدات که با پیشرفت های حوزه IT روز به روز گسترده تر می شوند در حوزه طراحی الزامات خاصی دارند.

پس از طراحی مدار و اجزا الکتریکی، یکی از موارد مهم در این حوزه، طراحی و شبیه سازی انتقال حرارت خواهد بود. این نوع شبیه سازی ها به شما کمک خواهد نمود تا با توجه به مشخصات قطعات و المانهای الکتریکی موجود(پردازنده، مقاومت، حافظه، خازن و ...) و با در نظر گرفتن دمای مطلوب کارکرد قطعات و مدار، میزان انتقال حرارت و وضعیت جریان هوا در داخل برد یا تجهیز الکتریکی را رصد نمایید. به این ترتیب می توان پیش بینی های لازم برای جلوگیری از بالا رفتن بیش از حد دمای تجهیز را در هنگام استفاده، لحاظ نمود و روش مناسبی برای خنک کردن المان ها در نظر گرفت.
مقاله سیمولیشن انتقال حرارت در پی سی بی

---

شبیه سازی و سیمولیشن جریان سطح آزاد(سیمولیشن حرکت آب در کانال باز، مخزن و تانکر)

Free surface modeling

تحلیل و مدلسازی حالت حرکت مایعات مانند آب در داخل کانال ها و محفظه هایی که سطح مایع با هوا در ارتباط است به شبیه سازی جریان دو فازی یا سطح آزاد - free surface simulation معروف است. پیچیده بودن این نوع سیمولیشن بیشتر به خاطر این است که فرم هندسی سطح آب یا سیال های دیگر بر اثر حرکت، جابجایی و سایر عوامل تغییر می کند. 

تصویر شبیه سازی و سیمولیشن حرکت آب در داخل کانال

به این ترتیب سیمولیشن و شبیه سازی نحوه حرکت سیال به زمان وابسته است و به این نوع شبیه سازی ها Time transient simulation گفته می شود. در این روش سیمولیشن، زمان شبیه سازی مشخص می شود و بر خلاف شبیه سازی های Steady State، نتیجه سیمولیشن مربوط به شرایط پایدار نیست. به عنوان مثال در شبیه سازی نحوه تخلیه آب از پشت یک مخرن، می توان هندسه سطح آب را در مدت زمان مشخص شبیه سازی کرد. یکی دیگر از موارد سیمولیشن مایعات و سیالات در این حالت، شدت و نحوه ضربه و تکانه مایع بر دیواره های مخزن در تکان های جانبی است. نمونه این نوع شبیه سازی، نیروی وارد از مایع و سیال به داخل بدنه تانکر حمل است.

بعضی از نمونه های سیمولیشن جریان مایع با سطح آزاد عبارت اند از :

- شبیه سازی جریان آب داخل کانال

- سیمولیشن نحوه حرکت مایع در داخل مخزن

- شبیه سازی حرکت ناوچه، قایق و کشتی در داخل آب

- مدلسازی حرکت سوخت، آب و مایع داخل تانکر

- شبیه سازی و سیمولیشن سیل و سیلاب

- شبیه سازی و مدلسازی موج

نمونه سیمولیشن تاثیر موج بر روی سکوی نفتی اجرا شده توسط شرکت آراکو

شرکت آراکو با تجربه زیاد در شبیه سازی و سیمولیشن های صنعتی آمادگی دارد انواع شبیه سازی های جریان دو فازی و مایعات را با سطح باز انجام دهد.
برای سفارش پروژه شبیه سازی و سیمولیشن سطح آب و موج با ما تماس بگیرید.
09124780268
02166561974
مقاله سیمولیشن مایع در تانکر، همزن و مخزن

---

مقاله های مرتبط در بخش شبیه سازی و سیمولیشن

شبیه سازی فیلترینگ هوا
سیمولیشن جریان هوای خشک کن و کوره آجر
تهویه موضعی صنعتی
سیمولیشن و شبیه سازی با نرم افزار Pyrosim - پایروسیم
شبیه سازی سطح آب در کانال، مخزن و مدلسازی موج
سیمولیشن کولینگ تاور