CAE Nedir?

CAE Nedir?

CAD yazılımlarıyla geliştirilen tasarımlar üretilebilirlik ve işlevsellik hakkında bilgi vermelerine rağmen, gerçek çalışma koşullarında maruz kalacağı ısıl etkiler, statik ve dinamik yükler hakkında bilgi vermezler. Bu dış etkenler gerçek dünyanın taklit edilmesiyle oluşturulabilirse tasarımın performansını tahmin edebilmemizi sağlar. Bu durumda farkettiğiniz gibi; mühendislik tasarımının analiz aşamasında farklı yazılım çözümlerine ihtiyaç vardır. Bilgisayar destekli mühendislik(computer aided engineering,CAE) yazılımları ile hedeflenen; gerçek çalışma koşullarının sanal ortamda simülasyon(benzetim) ile oluşturulması ve bu sayede tasarımın analiz edilmesidir.

Bu yazılımların hayatı kolaylaştıran teknolojilere ne denli etki ettiğini anlamak için; otomotivde aerodinamik ve yapısal analizin, motor teknolojisinde yanma analizinin, havacılıkta akış analizinin, elektronikte ısı transferinin, inşatta statik analiz ve depreme dayanıklılık analizinin önemini kavramak gerekir. Yalnızca birer örnekle ele aldığımız bu teknolojik alanlardaki kaynaklara daha kısa sürede ve daha düşük maliyetle ulaşabilmemizde bilgisayar destekli mühendislik çalışmalarının katkısı azımsanamaz.

Tasarım ve Analiz Kavramları

Bir sistem ya da sistem bileşeni zamandan ve çevre koşullarından bağımsız olarak tasarım yazılımı ile oluşturulur. Analiz kavramı tasarımdan zamana ve gerçek koşullara bağlı olması ile ayrılır. Ayrıca gerçeğe en yakın sonuçları elde edebilmek için doğru sınır değerler ve kritik durumların belirlenmesi gerekir. Bu değerlerin belirlenmesinde ilgili alanda teorik mühendislik altyapısı önemli rol oynar. Başka bir ifadeyle; CAE yazılımları kullanıcının teorik bilgi düzeyine göre doğru sonuç vermektedir. Bu altyapıya sahip olduğumuzu varsayarsak, tasarıma bütün olarak bakılmalı ve aynı zamanda parçalara bölerek çözümleme yapılmalıdır. En yaygın iş makinalarından ekskavatör örneği üzerinden gidersek;

cae-2cae-3

  • Kepçe kol hareketinin, yürüme ve dönüş sisteminin kinematik analizi,
  • Kepçe ve kol silindirlerinde kuvvet analizi,
  • Hidrolik sistem tasarımı süreçleri birbiriyle ilişkili olarak yürütülür. Sonuç olarak kritik değerlere göre tasarım revize edilir, kuvvet analizi ile hidrolik motor gücü vb. parametreler hesaplanabilir.

CAE Yazılım Çeşitleri

İş makinası örneğinde yapısal analiz ile kuvvet değerlerinin kritik değerleri ve kritik noktalar belirlenebilmektedir. Ancak söz konusu yazılımlar mühendislik ilgi alanlarına göre farklılaşmıştır ve genel olarak iki grupta ele alınırlar;

  • Sonlu Elemanlar Yöntemi(Finite Element Analysis, FEA) ile çeşitli parça ve sistemlerde; statik dayanım, yorulma, titreşim, ısı transferi, devrilme, çarpışma analizleri gerçekleştirilir.
  • Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği(Computational Fluid Dynamics, CFD) ile; iç ve dış akış, ısı transferi, aeordinamik, karışım, yanma, tesisat sistemleri analizleri gerçekleştirilir.

Sonuç olarak CAE yazılımları tasarım sürecini oldukça hızlandırarak hedeflenen performansın prototipten önce gözlemlenmesini ve ölçülebilmesini sağlar. Ekonomik yönden rekabet içindeki ürünlerin piyasaya daha erken sürülmesine zemin hazırlar. Ayrıca daha verimli sistemlerin çevresel etkileri göz ardı edilemez. Örneğin yüksek aerodinamik kabiliyetleri olan otomobiller daha az karbonmonoksit salınımı demektir. Isıl çözümlemesi iyi yapılan elektronik sistemler daha hızlı çalışıp daha az enerji tüketecektir. Buna ek olarak özellikle CFD uygulamaları henüz yeni bir kavram olduğu için son yıllarda gelişmekte olup, bilimsel çalışmalardan endüstriyel tasarım uygulamalarına geçiş yapmaya başlamıştır.

Konuyla ilgili daha kapsamlı bilgiler ve örnekler için kaynakları inceleyebilirsiniz.

Kaynaklar

  1. Integrated Computer-Aided Design of Mechanical Systems, S. A. Meguid
  2. Shigley’s Mechanical Engineering Design, Richard G. Budynas, Keith J. Nisbett
  3. http://en.wikipedia.org/wiki/Computer-aided_engineering
  4. http://www.ankatiponay.com/wp-content/uploads/tez.pdf
  5. http://www.mmo.org.tr/resimler/dosya_ekler/354333c0759346f_ek.pdf
  6. Kullanılan gif uzantılı resimler için kaynak video: http://www.youtube.com/watch?v=4lkNxEDfKyc

Written by Osman Öztürk

2010 TOBB ETÜ Makina Mühendisliği mezunuyum, Selçuk Üniversitesi'nde yüksek lisans eğitimi ile birlikte Araştırma Görevliliği'ne devam etmekteyim.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.