Metoda elementów skończonych jako ogólnie używane sprzęt do obliczeń inżynierskich

Analizy mes to inaczej Metoda Elementów Skończonych (MES) pozwala na całościową analizę wytrzymałości, sztywności oraz optymalizację masy i geometrii elementów konstrukcji, poczynając od prostych struktur części maszyn a kończąc na konstrukcjach pudeł pojazdów szynowych, autobusów, tramwajów. Strategia jest używana w wielu obszarach jak: mechanika ciał stałych, mechanika płynów, analiza termiczna, analiza pól magnetycznych i elektrycznych. Jak z samej terminu wolno wywnioskować – główną cechą postępowania jest podzielenie analizowanego obiektu (lub obszaru pola) na siatkę małych elementów skończonych.

Części owe złączone są w punktach zwanych węzłami. Przesuwania punktów wewnątrz elementu są wyznaczane na podstawie przemieszczeń węzłów. Przemieszczenia niektórych węzłów są ograniczone przez narzucone więzy kinematyczne. Naprężenia muszą być takie by równoważyły przyłożone obciążenia. Przemieszczenia węzłów wyznaczane są z równań równowagi przy wzięciu pod uwagę więzów i odkształcalności materiału. Metoda elementów skończonych stała się powszechnie wykorzystywanym narzędziem obliczeń inżynierskich. Łatwo można zauważyć, iż rozwój metody elementów skończonych przebiega równolegle z rozkwitem techniki komputerowej. Pierwsze prace zwracające uwagę na praktyczne zastosowania MES opublikowane zostały w latach czterdziestych ubiegłego wieku. W w owych latach ponadto wyprodukowano pierwsze komputery. Na początku obliczenia przeprowadzane za pomocą metody elementów skończonych dotyczyły obiektów o niezwykle prostych geometriach (najczęściej modelowanych jako jednowymiarowe) i stałych własnościach materiałowych oraz zjawisk opisanych liniowymi równaniami różniczkowymi.

Obliczenia mes mogą dotyczyć także zagadnień statycznych jak i dynamicznych, w których ważną rolę odgrywa np.

szybkość zmian obciążeń, zagadnienia kontaktowe – tarcie, przepływy mediów. Obliczenia numeryczne można wykorzystać również w celu zdefiniowania motywów awarii i degradacji.

Tensometr to czujnik, służący do mierzenia naprężenia. W praktyce pomiar tensometryczny opiera się na pomiarze odkształcenia i obliczeniu naprężenia w oparciu o przyjęty związek fizyczny (np. prawo Hooke’a). Tensometry wykorzystuje się również pośrednio do pomiaru innych wielkości nieelektrycznych (np. siły, ciśnienia, przyspieszenia, masy). Bardzo często wykorzystywanym gatunkiem tensometrów są tensometry oporowe, zmieniające swoją rezystancję wraz ze zmianą wymiarów. Ze względu na konstrukcję rozróżnia się tensometry oporowe: wężykowe, zygzakowe, kratowe, foliowe, półprzewodnikowe. Tensometry już od blisko 70 lat stanowią podstawowe źródło sygnału określającego wartość wielkości mechanicznych, mierzonych sposobami obróbki sygnału elektrycznego.