Konstrukce a vývoj

Konstrukce

V oblasti konstrukce zajišťujeme jakékoliv činnosti související s návrhem prototypu a přípravou výkresové dokumentace pro prototyp, malosériovou či velkosériovou výrobu. Naši konstruktéři pracují na projektech pro:

• Automobilní průmysl
• Letecký průmysl
• Obuvnický průmysl
• Některé oblasti stavebnictví

Jsme schopni zajisti zakázku na klíč, či dočasné nebo trvalé umístění našeho specialisty na místo u zákazníka.

Podpora osob na projektech u zákazníka

Zákazníkům nabízíme naši podporu přímo na místě, a to za účelem plnění projektových prací v oblastech CFD a FEM simulací, přípravy výpočtových modelů a dalších prací při vývoji produktů včetně projektového a programového vedení. Na základě mezifiremních projektových a programových dohod jsme schopni zajistit žádaný počet patřičně vyškolených odborníků jak na krátkodobou, tak i na dlouhodobou podporu na místě u zákazníka. Typickými zákaznickými požadavky na kontraktory jsou: Designér, Projektový vedoucí, Analytik CFD, Analytik FEM, Síťař (CFD/FEM), Analytik pro termodynamické výpočty, Analytik pro term-omechanické výpočty, Program manager, atp.

Analýzy rizik

Součástí našich činností je vypracování Analýzy rizik a dokumentů dle požadavků FMEA.

Analýza rizik - riziko většinou neexistuje izolovaně, ale obvykle se jedná o určité kombinace rizik, které mohou ve svém dopadu představovat hrozbu pro daný subjekt. Rizika je třeba popsat z pohledu dopadu a pravděpodobnosti výskytu (včetně jejich kombinací) a zaměřit se na klíčové rizikové oblasti a navrhnout protiopatření.

FMEA - cílem této metody je již ve fázi vývoje nového výrobku definovat všechny možné vady (včetně procesu výroby), tyto vady ohodnotit z hlediska dopadu a pravděpodobnosti výskytu a dle Paretova principu, zaměřit se na ty nejvýznamnější a již dopředu navrhnout protiopatření.

Příprava modelu a čištění geometrie

CAD data na výstupu z podpora obsahují veškeré, pro CFD a FEM analýzy mnohdy nepotřebné, resp. nedůležité detaily. Pro přípravu výpočtových sítí je tudíž vhodné vyseparovat pouze data důležitá pro oblast zájmu analýzy a sestavit tak zjednodušenou geometrii výpočtového modelu.
Separaci potřebných dat a stavbu modelu provádíme v softwaru ANSA (BETA CAE Systems S.A.). Vstupní data pro tvorbu modelů jsou vyžadována v datových formátech, které jsou výstupem většiny modelářů :

• iges, igs
• step, stp
• vda, vdafs
• ansa

Tvorba sítí pro CFD / FEM

Jelikož správné výsledky CFD / FEM analýz výrazně závisí na kvalitě výpočtové sítě, je třeba vytvořit na předem připravené geometrii modelu správnou výpočtovou síť.

S ohledem na typ výpočtů vytváříme výpočtové sítě specifických velikostí, struktur a kvality elementů. Naše kapacity, nám umožňují vytvářet výpočtové sítě až o velikosti 80 milionů objemových buněk. Umíme vytvářet výpočtové sítě jak pro stacionární výpočty, tak i pro nestacionární výpočty s pohyblivou sítí.

Jako tradiční nástroje pro tvorbu strukturovaných, nestrukturovaných hybridních povrchových, objemových a pohyblivých sítí používáme softwary ANSA, TGrid a GAMBIT, ve kterých připravíme sítě i pro vaše výpočetní analýzy.

Analýzy proudění

Interní aerodynamika

V oblasti interní aerodynamiky se zabýváme řešením proudění plynů a kapalin v omezených prostorech. V obecných případech je třeba řešit problémy se stlačitelností média, viskozitami, turbulentním chováním a dalšími nelinearitami, což řadí toto téma k obtížným předmětům, nejen strojírenských aplikací. Cílem našich optimalizací je obvykle nalezení vhodného tvaru kanálů pro optimální proudění plynu, s ohledem na splnění definovaných požadavků, jako jsou minimální tlakové ztráty, maximalizace průtoků apod. Řešíme také optimalizace proudění v motorových prostorech automobilů za účelem efektivnějšího chlazení a navrhujeme tvary výstupních mřížek ventilačních okruhů automobilů.

Výpočty s fázovými změnami

Kondenzace

Provádíme výpočty zaměřené na úpravu vzduchu. Využití lze najít všude tam, kde je nutné dosáhnout určité kvality vzduchu, jako například u obytné místnosti nebo kabiny automobilu. Lze posoudit riziko vzniku kondenzátu, a zabránit tak škodám spojených s jeho vylučováním.

Odmrazování

Volné výhledové plochy vozu jsou nezbytnou podmínkou bezpečné jízdy dopravních prostředků. Díky 3D CFD výpočtům můžeme modelovat vývoj odmrazování oken v čase. Na základě výsledků jsme schopni navrhnout vhodné množství a směrování vzduchu jdoucího z ofukovačů, a zajistit tak řidiči co nejrychlejší výhled.

Var kapaliny

Var kapaliny v uzavřených soustavách může velmi negativně ovlivňovat pevnost a životnost technických konstrukcí a jejich korozi. Nerovnoměrný tepelný tok působí vznik termogalvanických článků a způsobuje korozi zvláště tam, kde přestupem tepla dochází ke změně mezi kapalným a plynným skupenstvím. Kontrolou geometrie kapalinového kanálu s ohledem na zajištění dostatečného chlazení jsme schopni označit oblasti ohrožené možným výskytem lokálního varu kapaliny.

Špinění / Prášení

Vícefázové výpočtové modely umožňují trasovat pohyb malých částic, jako je prach nebo vodní kapky, ve vzduchu. Tyto výpočty jsou hojně využívány například při návrhu odlučovačů pevných částic a definování rychlosti zanesení filtru.

Externí aerodynamika

V oboru externí aerodynamiky se zaměřujeme zejména na výpočty odporových a vztlakových sil, působících na tělesa obtékaná vzduchem, které doplňují, nebo často i zcela nahrazují, reálné experimenty v aerodynamických tunelech. Největší význam má tento obor v automobilovém a leteckém průmyslu, ale své uplatnění nachází také například ve stavebnictví. Optimalizace tvarů z pohledu aerodynamiky jde ruku v ruce s trendem snižování energetických ztrát vozidel, a tedy s nižším dopadem na životní prostředí.

Akustika

Proudění tekutiny a plynu v průmyslových aplikacích je často doprovázeno vznikem nežádoucího hluku. Příčinou jsou nepatrné tlakové pulzace v tekutině, které nesou zpravidla o několik řádů menší energii než samotné proudění. V oboru aeroakustiky se nejčastěji věnujeme predikci generování a šíření hluků vyvolaných prouděním vzduchu.

• Generování/šíření nízkofrekvenčního hluku při obtékání (buffeting při otevřených bočních a střešních oknech vozidel)
• Generování/šíření vysokofrekvenčního hluku při obtékání (pískání v důsledku obtékání tenkých spár)
• Hluk generovaný při vstupu plynu např. do radiálního kompresoru
• Hluk generovaný při výtoku tekutiny tryskou

Termodynamické analýzy

Chlazení / Zahřívání / Radiace

Správným odvodem tepla z tepelně namáhaných součástí se zvyšuje jejich spolehlivost. Díky 3D CFD výpočtům můžeme posoudit nejen dostatečnost celkového odváděného tepla, ale také riziko vzniku lokálního varu. Pro chladicí systémy jsme schopni vhodně navrhnout nebo optimalizovat tepelné výměníky a zároveň zajistit jejich uspokojivé obsloužení chladícím médiem. V souvislosti se vzrůstajícími nároky na efektivitu a ekonomičnost všech systémů se zabýváme také využíváním odpadního tepla.

Tepelná radiace (sálání) hraje významnou roli především při vyšších teplotách sálajících objektů. K sálání dochází nejen mezi povrchy pevných látek, ale v závislosti na obsahu sálavých složek či částic sálají svým objemem i plyny. V oblasti radiace nejčastěji řešíme :

• Ohřev v důsledku solární zátěže (např. ohřev kabiny automobilu, budov)
• Ohřev/chladnutí povrchů sáláním (i ve spojení s konvekcí a kondukcí)
• Sálání plynů při proudění a spalování (např. sálání spalin v turbodmychadle)
• Sálání přes okna v HVAC aplikacích

In-cylinder flow of combustion engines, turbines and turbochargers

Through optimization of flow in the combustion engines can be achieved a better filling of the cylinder or more efficient fuel combustion. Using non-stationary calculations we are able to perform in-cylinder shapes optimization of piston heads or valve seats, and thus reveal the hidden performance potential of the engine. Likewise we are able to suggest a more efficient flow through turbocharger and determine pressure on turbine vanes.

Pevnostní analýzy

Mnoho problémů v praxi je multidisciplinárního charakteru, kdy dochází k interakci fluidní a strukturální mechaniky. Tato interakce je realizována silovým působením proudového pole na strukturální součást a přenosem tepla z proudového pole do strukturální části. V oblasti FEM výpočtů řešíme působení proudového pole na změny v zatěžované strukturální součásti, a následně pak problematiku únavové životnosti. Pro validace používáme experimentů a kontaktních i optických měření, které realizujeme za vysokých teplot, a to až do 1200°C.

Termomechanické a pevnostní výpočty

Poskytujeme služby z oblasti návrhu a vývoje konstrukčních dílů. V návaznosti na znalost rozložení teplotního pole v tělese řešíme elastoplastické analýzy s cílem odhalit kritická místa v konstrukcích. Analýzy mohou také obsahovat zahrnutí vlivu tečení materiálu, kdy jejich výsledkem budou vizualizace počtu cyklů do iniciace trhliny v oblasti nízkocyklové i vysokocyklové únavy. Vytváříme rovněž metodiky pro vyhodnocení plastických deformací a validaci použitím kontaktních i bezkontaktních měření.

• Statické a dynamické analýzy distorzí konstrukce vlivem tepelného zatížení
• Transientní tepelné analýzy za účelem identifikace kritických míst
• Analýzy tečení materiálu
• Kombinované elastoplastické analýzy se zahrnutím vlivu tečení materiálu
• Simulace plastického tečení materiálu (Thermal Ratcheting)
• Optimalizace součástí pro eliminaci teplotní napjatosti
• Statické a dynamické analýzy konstrukčních dílů z kovů, keramik a kompozitních materiálů
• Simulace interakce proudění a struktury (FSI)
• Optimalizace tvaru, váhy, pevnosti a průhybu
• Napjatostně-deformační analýzy s hyperplastickými modely (elastomery, plasty, měkké tkáně)
• Měření materiálových charakteristik a vyhodnocení parametrů materiálových modelů (Mooney-Rivlin, Ogden …)
• Analýzy zbytkové napjatosti v tělese a přepočet měřených hodnot na skutečná napětí a deformace na obecných objektech s uvažováním plasticity

Únava materiálu a lomová mechanika

Nabízíme výpočty z oblasti lomové mechaniky a únavy materiálu. Věnujeme se metodám hodnocení teplotní únavy a eliminaci nákladů potřebných pro získání parametrů popisujících únavový model. Pro návrh experimentu za účelem identifikace parametrů únavového modelu využíváme metod DOE v kombinaci s akcelerovaným testováním. Pro validaci využíváme bezkontaktních optických metod analýzy obrazu.

IT technické aplikace

V oblasti IT jsme specializovaní na vývoj programů pro:

• Measurement of electrical/mechanical quantities based on signal and image processing.
• Engineering data processing, visualization, evaluation and results interpretation.
• Engineering calculations of mechanics, thermodynamics and fluid flow.
• Rotordynamic calculations.

Ve všech výše uvedených oblastech se opíráme o vlastní know-how s použitím nejmodernějších nástrojů. Využíváme vlastních řešení pro měření, vlastních aplikací pro tablety, nejmodernějších statistických metod, zpracování dat a výpočtů na clustrech a grafických kartách. Všechny tyto aplikace ověřujeme experimenty a ve spolupráci se zákazníky neustále vylepšujeme.

Příklady aplikací:

Software pro posouzení stability a hodnocení provozní bezpečnosti stromů

Mercury - Systém pro sledování deformací v reálném čase

Sledování pohybu rtů hudebníka (trumpetisty)

Segmentace lidských hlasivek dle anatomických struktur

Sledování vibrací struny hudebního nástroje