ANSYS’in Akuple Analiz Kabiliyeti, Sanal Prototiplemeyi Kolaylaştırıyor – MSI Dergisi: Türk Savunma ve Havacılık Sanayisinin Güncel Referans Bilgi Kaynağı ve Yenilik Habercisi

ANSYS’in Akuple Analiz Kabiliyeti, Sanal Prototiplemeyi Kolaylaştırıyor

7 Ekim 2019

MSI Dergisi’nin 183’üncü sayısında yayımlanan tanıtıcı makale, derginin İnternet sitesinde paylaşılmıştır:

 

Türkiye’deki Elite Channel Partner unvanı ile temsilciliği NUMESYS tarafından yürütülen ANSYS yazılımı, sahip olduğu pek çok farklı modül ile sanal prototipleme süreçlerinde; mekanik, ısıl, akışkanlar, elektromanyetik ve optik gibi alanlarda ihtiyaç duyulan pek çok analizi, tek bir platformda gerçekleştirebiliyor. Bu farklı analiz yöntemleri ile elde edilen sonuçların bir arada değerlendirilebildiği akuple çözümler de sunan ANSYS, sanal prototipleme süreçlerini çok daha efektif hâle getiriyor.

Günümüzde gelinen teknoloji seviyesinde, ürünün gerçek dünyadaki performansının, dijital ortamda görülmesini sağlayan sanal prototipleme, önemi ve sağladığı avantajları ile oldukça öne çıkıyor. Peki, bizi sanal prototiplemeye yönlendiren sebepler nelerdir?

  • Tamamen dijital dünyada yapılan parametrik çalışmalar ve optimizasyon algoritmaları sayesinde, fiziksel prototipleme öncesinde ürün performansını artırabilmek,
  • Oluşabilecek tüm operasyonel veya ekstrem koşulları ve senaryoları deneyebilmek,
  • Çıkacak sonucun, yani nihai ürünün güvenilirliğini artırabilmek ve
  • Bazen deney çalışmalarına bile gerek kalmadan performans kriterlerini raporlayabilmek.

Bu çalışmalar, ürünün pazara çıkış süresini kısaltmakta, firmaların Ar-Ge süreçlerine harcadıkları bütçeden tasarruf ettirmekte, küresel ölçekte rekabette avantaj sağlamakta ve ilk seferde doğru fiziksel prototipe ulaşılmasını sağlamaktadır.

İnsan yapımı ürünler, farklı koşullarda çalışabilmelidir; gerçek dünyada ise doğal olarak pek çok farklı fiziksel etken bir aradadır ve çoklu-fizik prensipleri geçerlidir. Ürün içerisindeki akışkanlar ve ürünün mekanik yapısı ile; elektromanyetik, optik, ısıl ve akustik etkiler, ürünün performansını etkileyebilir. Dolayısıyla önemli fiziksel kuvvetlerin ve bunların arasındaki etkileşimlerin sanal prototip üzerinde doğru şekilde benzetimi, bir ihtiyaç olarak öne çıkar. Tam da bu noktada ise çoklu-fizik benzetimleri devreye girmektedir. Aslında sanal prototiplemenin en temel parçaları olan bu yöntemler, çoklu mühendislik disiplinlerinin etkileşimini göz önünde bulundurarak ürün performansının daha iyi bir şekilde anlaşılmasını sağlar.

Genel olarak çoklu fizik çözümlerinde, 3 farklı yol izlenmektedir:

  • Veri aktarımı: İlk koşul veya sınır koşulu girdileri için; deneylerden, diğer yazılım paketlerinden ve kurum içi benzetim araçlarından gelen verilerin aktarılması ve eşleştirilmesi.
  • Tek yönlü bağlantı: Bir fizik çözümünün diğerine bağımlı olduğu durumlarda, otomatik sonuç transferi yapılması.
  • Çift yönlü bağlantı: Farklı fizik çözümlerinin birbirlerini karşılıklı etkilediği durumlar için, çift yönlü entegrasyon gerçekleştirilmesi.

Simülasyon ihtiyacı yukarıdaki durumlardan hangisini gerektiriyor olursa olsun, ANSYS ürün ailesinin   farklı disiplinler içeren zengin çözücüleri ve bu çözümleri akuple etmeye yarayan akış şemalarından faydalanılabilir.

Genel olarak günümüzdeki mühendislik problemleri, disiplinler arası olmaya; farklı yazılımlardan alınan verilerin incelenip sonuca ulaşılması ise gittikçe zor bir hal almaya başlamıştır. Böyle bir dönemde, farklı çözücülerin aynı grafik ara yüz içerisinden kullanılabilmesini, tek ve çift yönlü bağlantıların yapılabilmesini sağlayan ANSYS ise farklı analiz yöntemlerini bünyesinde barından bir platform olarak öne çıkmaktadır. ANSYS’in gerçekleştirebildiği farklı disiplinler arası çoklu-fizik çalışmalarından bazıları şu şekilde sıralanabilir:

  • Akışkan yapı etkileşimi (FSI),
  • Isıl ve mekanik (termomekanik) analizler,
  • Elektrik motorları için gürültü/titreşim/sertlik (NVH) uygulamaları,
  • Çip, paket ve elektronik kartlarda ısıl ve mekanik etkilerin incelenmesi,
  • Elektrikli makinelerde elektromanyetik, elektrotermal, elektromekanik etkiler ve elektromanyetik soğutma ve
  • Aydınlatma ürünlerinde termal deformasyonunun ışık performansına etkileri.

 

Araba Farlarının Isıl Deformasyonu ve Optik Performansı

ANSYS’in farklı modüllerinin, farklı fizik ve mühendislik problemlerine cevap verebilme kabiliyeti, araba farlarının sıcaklık yönetimi örneği üzerinden anlatılabilir. Araba farlarının sıcaklık yönetimi, üretici ve tedarikçi firmaların gün geçtikçe ilerleyen ve daha da zorlaşan güvenlik standartlarına uyabilmesi açısından önem teşkil etmektedir. Çünkü farlardaki ısı, termal genleşmeye ve deformasyona sebebiyet vermekte; bu da ışık yolunu değiştirmektedir.

ANSYS’in; Icepak, Fluent, Mechanical ve SPEOS modülleri ile farın tüm termal performansı, nihai deformasyonu ve optik performansının benzetimi gerçekleştirilebilmekte ve böylelikle gereksinimlere uygunluk sağlanabilmektedir.

“Araba far parçalarının termal deformasyonunun ışık performansına etkileri” konulu çoklu-fizik probleminin çözümünün örnek bir iş akışı, aşağıdaki gibi özetlenebilir:

  • ANSYS SPEOS ile deformasyonlar hesaba katılmadan optik sistem benzetimi gerçekleştirilir.
  • Far sistemine dışarıdan gelen güneş ışığı enerjisi, optik sistemde eğrilme ve kolorimetrik değişikliklere sebebiyet vermektedir. Bunun analizi maksadıyla günün farklı zamanlarındaki güneş yükleri için aydınlatma haritaları, ANSYS SPEOS tarafından oluşturulur.
  • Isı sığası üzerindeki PCB’nin termal iletkenliği ise ANSYS Icepak tarafından oluşturulur.
  • Ardından da bu iki girdi, ANSYS Fluent tarafından kullanılıp birleşik ısı transferi çözümü yapılır.
  • ANSYS Mechanical ürünü içerisinde, kararlı hal termal analizi yapılır ve bu analizin sonuçları ile termal deformasyonlar hesaplanır.
  • Değiştirilmiş ve bozulmuş far sisteminin ANSYS SPEOS ile tekrar benzetimi yapılarak farklılıklar karşılaştırılır.

Farın, ısıl deformasyon öncesindeki (solda) ve sonrasındaki (sağda) aydınlatma performansının, ANSYS SPEOS ile karşılaştırılması.

Farın, ısıl deformasyon öncesindeki (solda) ve sonrasındaki (sağda) aydınlatma performansının, ANSYS SPEOS ile karşılaştırılması.

 

PCB Kartların Ömür ve Performansını Arttırmak

Çoklu-fizik uygulamalarına bir diğer örnek olarak ise elektronik kartların (PCB’lerin) ısıl analizleri verilebilir. Elektronik kartların performansı kadar, çevre şartlarına uyumluluğu da pratik hayatta oldukça önem arz etmektedir. Normal şartlarda, hemen hemen tüm elektronik kartlar bir muhafaza içerisine yerleştirilmektedir. Toz, nem ve titreşimlerden PCB’nin korunması için, bu muhafazanın kullanımı gerekli ve şarttır. Fakat bu gereklilik, termal problemleri de beraberinde getirmektedir. Muhafaza içerisindeki elektronik kartın, soğutma amacıyla kullanılan fan ve ısıl soğurucu gibi elemanlarla beraber termal davranışının ve oluşan sıcaklık dağılımına göre elektronik karttaki genleşme ve deformasyonların benzetimi, ANSYS yazılımları ile gerçekleştirilebilmektedir. Elektronik kartların çoklu-fizik benzetimleri gerçekleştirilirken daha gerçekçi sonuçlar alınabilmesi için, PCB’nin, öncelikle elektromanyetik analizinin gerçekleştirilmesi ve termal benzetimlere girdi olarak sunulması gerekmektedir.

Elektronik kartlar ile ilgili gerçekleştirilen benzetimler; rezonans modları, yakın/uzak-alan ışıma problemleri, güç/sinyal bütünlüğü, EMI/EMC gibi diğer birçok uygulamaları da kapsamaktadır. Fakat burada, elektrotermal benzetim örneğine yer verilecektir.

  • PCB üzerindeki akım ve güç haritası, DC/IR analizleri ile PCB üzerindeki, ayrıca ısı yayan tümleşik devre elemanları da dikkate alınarak ANSYS SIWave ve HFSS 3D Layout yazılımları ile hesaplanabilmektedir.

  • Elde edilen güç haritası, ANSYS Icepak yazılımına girdi olarak kullanıldıktan sonra, PCB üzerindeki sıcaklık dağılımı, ANSYS Icepak kullanılarak analiz edilebilmektedir.

 

  • Sıcaklık dağılımından kaynaklı termal deformasyonlar, ANSYS Icepak yazılımından elde edilen veriler kullanılarak, ANSYS Mechanical yazılımı ile analiz edilebilmektedir.

 

 

 

  • Nihai sıcaklık dağılımına bakıldıktan sonra, fan ve ısı soğurucu elemanların muhafaza içerisindeki elektronik kart soğutma performanslarının incelenmesine, yine ANSYS Icepak yazılımı kullanılarak devam edilebilmektedir.

  • Elektronik kartların performans kriterlerinden en önemlilerinden bir diğeri ise kartın dayanımıdır. ANSYS Sherlock yazılımı kullanılarak, elektronik kartın titreşim yükleri altında tüm komponentlerin mekanik ömürleri ayrı ayrı tayin edilebilmektedir.

Yukarıda bahsedilen karmaşıklıktaki mühendislik problemlerinin, sanal prototipleme ve çoklu-fizik benzetimi bazında çözülebilmesinin önemi, her geçen gün daha da artmakta ve mühendislik firmalarının yazılım yatırımları, çoklu fizik çözücülere doğru ilerlemektedir. Bu durum, mühendislik kabiliyetlerini arttırdığı gibi, doğru çalışmayan prototiplerin, firmalara olan maliyetlerini de azaltmaktadır.

575 toplam görüntüleme, 26 bugünkü görüntüleme