Matematika jako nástroj pro obrábění aneb simulace v COMSOL Multiphysics

Metoda konečných prvků, na které je založen software švédské společnosti COMSOL AB, je matematickým nástrojem pro numerické simulace fyzikálních jevů.

V dnešní době se již stěží rozhlédneme do ulice, aniž bychom nenarazili na produkt, u jehož zrodu či optimalizace nestála metoda konečných prvků. Pokud bychom takový produkt přeci jen našli, můžeme si položit otázku, zda tato matematická metoda nestála alespoň za zrodem strojů, které produkt vyrobily. Ano, pravděpodobně stá­la.

Společnost COMSOL AB vyvíjí software COMSOL Multiphysics, jenž pokrývá neobyčejně rozsáhlou škálu fyzikálních odvětví. Máte rádi čokoládu Nestlé? Pak vězte, že optimalizaci proudění čokolády ve výrobě má na starosti COMSOL, stejně jako byl použit při návrhu efektivnějšího ohřevu v troubách Whirlpool. Až sednete k televizi nebo monitoru značky Sharp, tak si můžete vzpomenout, že za snížením parazitních odporů a kapacit uvnitř LCD obrazovek stojí také tento program.

Simulace obráběcích strojů

Uplatní se však COMSOL Multiphysics v simulacích obráběcích strojů? Nejnovějším přírůstkem do rodiny fyzikálních odvětví COMSOL je Rotordynamics Module představený na podzim roku 2016. Tento modul doplňuje možnosti Multibody Dynamics Module, jenž je v nabídce od jara 2013. Tato dvojice modulů umožňuje modelovat pohyb mechanismů – tzn. polohu, rychlost a zrychlení každého bodu. Od zrychlení je již velmi blízko k silovým účinkům a k následné pevnostní analýze. To má v COMSOL Multiphysics na starosti Structural Mechanics Module, v případě analýzy životnosti doplněný o Fatigue Module.

Velmi častým požadavkem jsou simulace přestupu tepla v obráběcím procesu nebo optimalizace za účelem snížení vibrací. COMSOL zvládá všechny druhy přenosu tepla – kondukcí, konvekcí i radiací a poradí si i s optimalizací. Optimalizovat lze libovolný parametr např. tuhost stroje. Bez zmínky by neměly zůstat ani možnosti v oblasti simulace laserových paprsků s velmi zajímavým tématem interakce laserového paprsku s materiálem. V tomto oboru má COMSOL Multiphysics také bohaté reference. Třešničkou na pomyslném dortu uplatnění v oblasti obráběcích strojů by mohly být simulace akustiky případně elektrochemie či koroze.

Společná platforma

Rozsah fyzikálních odvětví však není jediná přednost, o kterou se mohou výrobci obráběcích strojů opřít. Jelikož je celý software postaven na společné platformě, kterou je metoda konečných prvků, dokáže spojovat (tzv. couplovat) více fyzikálních odvětví a přinášet tak odborníkům odpovědi na řadu multifyzikálních problémů. Vývojáři COMSOL Multiphysics navíc dali svému produktu jednotné uživatelské ovládání nezávislé na modulech, které inženýr používá. To vše dělá z relativně nového software (na trhu od roku 1998) unikátní řešení v oboru matematických simulací. Matematika se bez nadsázky stala nástrojem nejen pro obrábění.