Spokojnie, nie będzie w tym miejscu wykładów z wyższej matematyki, wyjaśnimy jedynie ogólnie, na czym awizowana w tytule niniejszego artykułu metoda polega i jakie są jej zastosowania. MES to oczywiście akronim wyrażenia „metoda elementów skończonych”, a jego angielskim odpowiednikiem jest FEM od „finite element method”. Mówiąc w największym skrócie, jest to komputerowa metoda obliczania pewnych wielkości w obszarach, których nie da się całkowicie i wprost opisać za pomocą znanych funkcji matematycznych.
Uniwersalność metody MES
Wzmiankowana metoda polega na wykonywaniu pewnych cząstkowych obliczeń na podstawie analizy możliwych do zastosowania w danym momencie matematycznych funkcji, a później interpolowaniu otrzymanych wyników w celu znalezienia funkcji następnych, które mogą dalej być przeliczane; rzecz może być powtarzana wielokrotnie, aż do uzyskania kompletnego opisu jakiegoś obszaru czy też obiektu. W zależności od potrzeby mogą to być interpolacje jedno-, dwu- lub trójwymiarowe. W praktycznym użytkowym zastosowaniu obliczenia te będą w głównej mierze dotyczyły brył, a więc obiektów trójwymiarowych, czyli bardzo konkretnych przedmiotów, lecz przede wszystkim tych o bardzo skomplikowanych kształtach, a także ośrodków ciągłych w tym gazów i płynów. Obliczenia metodą elementów skończonych przydatne są w szczególności w szeroko pojmowanej mechanice, dynamice, kinematyce i w statyce do badania wytrzymałości, naprężeń, przemieszczeń, przepływów cieczy, gazów i ciepła oraz oddziaływań elektrostatycznych, magnetostatycznych i elektromagnetycznych. Bardzo konkretne przykłady zastosowań obliczeń MES opisali nam specjaliści z Centrum Techniki Okrętowej S.A. z Gdańska.
Przykłady zastosowań obliczeń MES w technice okrętowej, mechanice i inżynierii środowiskowej
Sięgnęliśmy do tematów wskazanych w powyższym podtytule, by nasi czytelnicy mogli w bardziej „namacalny” sposób uzmysłowić sobie, czym są obliczenia MEN, lecz równie dobrze można by zaprezentować wiele innych, gdyż jak wykazaliśmy wcześniej, metoda jest uniwersalna i stosowana w bardzo wielu dziedzinach naszego życia.
Zacznijmy od techniki okrętowej. Wręcz idealnym przykładem przedmiotu o nadzwyczaj skomplikowanych kształtach jest okrętowa śruba. Bez obliczeń MES nie dałoby się obliczyć występujących w niej naprężeń, jej sprawności, oporów wody czy zjawiska kawitacji. W szerszej obszarze techniki okrętowej obliczenia metodą elementów skończonych służą między innymi do eksperymentalnych badań modelowych statków, jachtów, a także obiektów off-shore w basenach holowniczych i w kawitacyjnych oraz aerodynamicznych tunelach.
MES to niezastąpione narzędzie do wykonywania badań środowiskowych, projektowania i wytwarzania urządzeń badawczych oraz aparatury pomiarowej mechaniki płynów, a również do przeprowadzania analiz numerycznych z dziedziny mechaniki konstrukcji.
Obliczenia MES pomocne są w sporządzaniu certyfikacji wyrobów przeróżnego rodzaju, w tym materiałów budowlanych, a nawet w inżynierii medycznej.
