موضوع مقاله: نرم‌افزارهای رشته مهندسی مکانیک شاخه CAD و CAE | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # نرم‌افزارهای رشته مهندسی مکانیک شاخه CAD و CAE | مقدمه: نرم‌افزارهای رشته مکانیک شاخه CAE, CAD و CAM دنیای امروز دنیای گستردهٔ نرم‌افزارهاست دنیایی که مبتنی بر سرعت محاسبات می‌باشد و برای این هدف استفاده از نرم‌افزارها بهترین گزینه می‌باشد. | ## بخش 1: نرم‌افزارهای رشته مهندسی مکانیک شاخه CAD و CAE | برای آشنایی با نرم‌افزارهای مکانیکی لازم است که ابتدا با شاخه‌های کلی نرم‌افزاری آشنا شویم. واژه CAE به این معنی است که تحلیل‌های استاتیکی، دینامیکی و حرارتی روی قطعات شبیه‌سازی شده در رایانه انجام می‌گیرد. در این مرحله توزیع تنش، تغییر مکان و در مواردی دما در حین عملکرد قطعه و مجموعه بدست می‌آید. واژه CAM مرحله‌ای است که در آن روش ساخت مورد بررسی قرار می‌گیرد و توسط نرم‌افزارهای خاص کدهایی به نام جی کد G Cod به دستگاه می‌فهماند که چه مراحلی را برای ماشین‌کاری باید طی کند که شامل مراحل خشن کاری و اتمام کار(Finishing) است و توسط راهبردهای به خصوص صورت می‌گیرد. در سال ۱۹۸۴ شرکت بویینگ تصمیم به استفاده از CATIA V3 به عنوان نرم‌افزار اصلی خود گرفت و بدین ترتیب بزرگترین مصرف‌کنندهٔ این نرم‌افزار نامیده شد؛ و در سال ۱۹۹۰ شرکت کشتی‌سازی آمریکا برای طراحی ناو جنگی از این نرم‌افزار استفاده کرد. امکانات این محصول این شرایط را ایجاد می‌کند تا قطعه هرچه راحت‌تر و سریعتر طراحی شود و با همکاری قسمت‌های مختلف با سرعت و دقت محصولی مقرون به صرفه ارائه گردد. یکی از نرم‌افزارهای مطرح که تقریباً به تمامی نیازهای یک مهندس طراح جامهٔ عمل پوشانده است. قدرت ABAQUS در تحلیل‌های هم‌زمان وابسته به دما، پلاستیسیته و تماس، باعث استفاده از این نرم‌افزار در صنعت هسته‌ای شده بود. یکی دیگر از کاربردهای اولیهٔ این نرم‌افزار در مدلسازی اسکله‌های نفتی تحت بار موج دریا بود. | ## بخش 2: نرم‌افزارهای رشته مهندسی مکانیک شاخه CAD و CAE | هدف موقت این سامانه، پیشرفت نرم‌افزارهای تحلیل المان محدود برای ساختارهای فیزیکی که توانایی شبیه‌سازی استاتیکی، دینامیکی و انتقال گرما بود. این نرم‌افزار حدود ۲۵ سال پیش توسط جمعی از نخبگان دانشگاه میشیگان به نگارش درآمد و تا به امروز توانسته است جایگاه قابل توجهی در صنعت به دست آورد. این نرم‌افزار با قابلیتهای بسیار متنوع و بالای خود، مهندسان را در ایجاد، آزمایش، بررسی و بهینه کردن طرح‌های سیستم‌های مکانیکی قبل از رسیدن به پیش ساخت فیزیکی یاری می‌کند. با بهره‌گیری از بخش‌های مختلف در نظر گرفته شده در این نرم‌افزار، می‌توان با شبه‌سازی حرکتی سیستم مکانیکی، تست سینماتیکی سیستم، اندازه‌گیری نیروهای وارد بر اتصلات، Clearanceها و برخوردها، اندازه موتور و عملگر و…، عمر قطعه در چرخهٔ کاری را تعیین نمود؛ و مکان دهی قطعات را به صورت بسیار دقیقی انجام داد. همچنین بررسی کنترلی و ارتعاش سیستم‌ها و امکان انجام تست‌ها برای قطعات قابل انعطاف از امکانات منحصربه‌فرد گنجانده شده در این مجموعه است. در نسخه‌های قدیمی نرم‌افزار، از کلاس های Fortran در حل معادلات استفاده می‌شد که در سیستم‌های پیچیده، موجب کند شدن شبه‌سازی می‌شد (با این حال Adams همواره دارای سریع‌ترین حل‌کننده‌های عددی نسبت به رقبای خود بوده‌است). اما از نسخه ۱۲ نرم‌افزار به بعد، به تدریج کلاس‌های پر سرعت ++ C استفاده شدند که در آخرین نسخه به کمال خود رسیده‌اند به‌طوری‌که سرعت حل در آن‌ها به ۵ تا ۷ برابر این سرعت در نسخه‌های پیشین می‌رسد. اهمیت این موضوع هنگامی آشکار می‌شود که سیستم پیچیده‌ای نیاز به شبیه‌سازی یا بهینه‌سازی داشته باشد. به‌طوری‌که سیستمی که در گذشته در ۲۰ ساعت اجرا می‌شد، در حال حاضر در کمتر از ۵ ساعت شبیه‌سازی می‌شود. | ## بخش 3: نرم‌افزارهای رشته مهندسی مکانیک شاخه CAD و CAE | نکتهٔ دیگر، بهره‌گیری نسخهٔ جدید نرم‌افزار از روش جدید HHT برای حل معادلات دینامیکی است. این روش به‌طور مستقیم بدون تبدیل معادلهٔ مرتبهٔ دو به مرتبهٔ یک، معادلات را حل می‌کند. هر یک از این زیر بخش‌ها، به کمک هستهٔ اصلی نرم‌افزار، قابلیتهای طرح را به وسیلهٔ اضافه کردن خاصیت جسم غیر صلب به مدل، بالا می‌برند. از جمله این قابلیت‌ها می‌توان به سنسورها، عملگرهای کنترلی و هیدرولیکی، خواص ارتعاش و… اشاره کرد. در بخش سوم، این نرم‌افزار با استفاده از قابلیت برنامه‌نویسی موجود در هسته، اقدام به تولید شبهGUIهایی برای انجام کارهای اختصاصی موجود در صنایعی چون اتومبیل، هوا، فضا و راه آهن کرده‌است. این بخش به مهندسان اجازه می‌دهد که طرح خود را با بخش‌های پیش‌فرض استاندارد موجود درنرم‌افزار، به سرعت آزمایش می‌کنند. به عبارت دیگر CFD مدل‌سازی جریانات سیال با استفاده از حل معادلات حاکم بر جریان توسط روش‌های عددی است. | ## جمع‌بندی | کاربردهای صنعتی و غیر صنعتی CFD: آیرودینامیک هواپیما و وسایل نقلیه هیدرودینامیک کشتیها نیروگاه: احتراق در موتورهای احتراق داخلی (IC) و توربینهای گاز توربوماشین: جریان‌های داخل گذرگاه‌های دوار، پخش‌کننده‌ها و … مهندسی پزشکی: جریان خون عبوری از رگها و… هواشناسی: پیش‌بینی وضع هوا مهندسی فرایند: اختلاط، جداسازی، شکل‌گیری پلیمر مهندسی محیط زیست: توزیع آلودگی و جریانهای گذرا نرم‌افزار Gambit به عنوان نرم‌افزار کمکی اشکال مختلف را به اجزاهای محدود تقسیم می‌کند که به این کار اصطلاحاً مش بندی گفته می‌شود، سپس این نتایج به عنوان داده‌های جدید به نرم‌افزار فلوئنت (Fluent) ارسال شده و این نرم‌افزار عمل تحلیل را انجام می‌دهد.