Można zmieniać warunki, w jakich dane zjawisko zachodzi oraz badać, jak na jego przebieg wpływa geometria otoczenia. Symulacje komputerowe to potężne narzędzie, które znalazło różnorodne zastosowania w nauce. Jest także nie do przecenienia w przemyśle – pozwalają na znaczne zmniejszenie kosztów projektowania i wdrażania produktu poprzez skrócenie procesu projektowania i redukcję koniecznej ilości prototypów.

Tę właśnie koncepcję, zwaną „wirtualnym prototypowaniem”, realizujemy w firmie SKA Polska dla naszych klientów. Ma ona zastosowanie już od najwcześniejszej fazy projektowania – testowania zasady działania mechanizmu, urządzenia czy stanowiska pomiarowego. Nic oczywiście nie zastąpi sprawdzenia zasady działania „na żywo”, symulacje pozwalają jednak ograniczyć ilość wykonanych eksperymentów i konfiguracji do tych, które mają szansę się powieść. Również na kolejnych etapach projektowania, wszędzie tam, gdzie trzeba coś sprawdzić fizycznie (na przykład wybrać lepszy wariant konstrukcji), można to zrobić wirtualnie. Dopiero wtedy, jeżeli okaże się to konieczne, potwierdzić modelem fizycznym.

Rozwiązywane przez nas zagadnienia można podzielić na trzy najważniejsze kategorie:

Wytrzymałościowe

rozwiązywane przy pomocy metod typu MES (Metoda Elementów Skończonych), które umożliwiają wyznaczanie stanów naprężeń i odkształceń w ciałach stałych poddanych obciążeniu. Metody te świetnie nadają się na przykład do określania wytrzymałości kluczowych elementów projektowanego układu.

Przepływowe

rozwiązywane przy pomocy metod CFD (Computational Fluid Dynamics), które umożliwiają wyznaczanie parametrów przepływu cieczy lub gazu w danym układzie: pola prędkości, ciśnienia, temperatury na podstawie określonych warunków początkowych i brzegowych. W zależności od stopnia złożoności zagadnienia, które modelujemy, możemy uwzględnić takie rzeczy jak: lepkość, ściśliwość, reakcje chemiczne czy przepływy wielofazowe.

Kinematyka i dynamika bryły sztywnej (symulacje mechanizmów)

Poprzez rozwiązanie równań więzów lub równań ruchu dla rozpatrywanego układu ciał można badać mechanizmy jako całość: określać trajektorie, prędkości i zakresy ruchu poszczególnych elementów, oraz działające na nie w trakcie ruchu siły, uwzględniając również sterowanie. Wszystko po to, by ocenić, na ile badany układ spełnia założenia projektowe i jak będzie realizować swoje zadania.

Przy bardziej skomplikowanych i wymagających zagadnieniach stosujemy metody typu multiphisics, które pozwalają na zbadanie jak różne zjawiska zachodzące w obrębie tego samego układu wpływają na siebie nawzajem – np. jak zmienia się przepływ powietrza w podlegającym odkształceniom kanale.

Wykorzystujemy także różne metody optymalizacji numerycznej (np.: algorytmy gradientowe, genetyczne) po to, by dzięki wykonaniu szeregu symulacji znaleźć taką konfigurację układu, która jak najlepiej spełnia stawiane wymagania. Przykładem zastosowania optymalizacji może być problem znalezienia optymalnej geometrii mechanizmu czworoboku przegubowego, który realizowałby zadaną trajektorię albo problem znalezienia sterowania zaworem, który spełnia zadany kształt wydatku przepływu.

Najważniejszą kwestią w modelowaniu komputerowym (symulacjach) jest odpowiednie uproszczenie modelu względem rzeczywistości. Zbyt szczegółowo opisany układ może być niemożliwy do policzenia w rozsądnym czasie. Z kolei zbyt daleko idące uproszczenia mogą prowadzić do nieumyślnego pominięcia efektów, które w rzeczywistości mogłyby być znaczące. Doświadczenie naszych inżynierów pozwala na tworzenie optymalnej wirtualnej reprezentacji rzeczywistości.