Metoda elementów skończonych jako uniwersalnie stosowane przyrząd do obliczeń inżynierskich

Analizy mes to inaczej Metoda Elementów Skończonych (MES) pozwala na całościową analizę wytrzymałości, sztywności oraz optymalizację masy i geometrii elementów konstrukcji, zaczynając od łatwych konstrukcji części maszyn a kończąc na konstrukcjach pudeł pojazdów szynowych, autobusów, tramwajów. Strategia jest wykorzystywana w wielu obrębach jak: mechanika ciał stałych, mechanika płynów, analiza termiczna, analiza pól magnetycznych i elektrycznych. Jak z samej nazwy można wywnioskować - pierwszą własnością metody jest podział badanego elementu (lub obszaru pola) na siatkę niedużych elementów skończonych.

Fragmenty te złączone są w punktach zwanych węzłami. Przesuwania punktów w środku elementu są wyznaczane na podstawie przemieszczeń węzłów. Przesuwania 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 ogólnie wykorzystywanym narzędziem obliczeń inżynierskich. Łatwo można zauważyć, iż rozwój metody elementów skończonych przebiega równolegle z rozkwitem techniki komputerowej. Pierwsze prace wskazujące na praktyczne zastosowania MES opublikowane były w latach czterdziestych ubiegłego wieku. W tych samych latach zresztą 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 istotną funkcję odgrywa np. prędkość zmian obciążeń, zagadnienia kontaktowe – tarcie, przepływy mediów. Obliczenia numeryczne można zastosować także w celu objaśnienia przyczyn awarii i degradacji.

Tensometr to czujnik, służący do mierzenia naprężenia. W praktyce pomiar stół pomiarowy tensometryczny opiera się na pomiarze odkształcenia i obliczeniu naprężenia w oparciu o przyjęty związek fizyczny (np. prawo Hooke’a). Tensometry stosuje się także pośrednio do pomiaru innych wielkości nieelektrycznych (np. siły, ciśnienia, przyspieszenia, masy). Bardzo często używanym 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 prawie 70 lat stanowią ustanawiają źródło sygnału określającego wartość wielkości mechanicznych, mierzonych sposobami obróbki sygnału elektrycznego.