Sikerrel zárult az eCon Engineering Kft. és a Pannon Egyetem közös kutatás-fejlesztési projektje
Az Econ Engineering és a Pannon Egyetem közös, „Erősített és erősítetlen polimer anyagok nemlineáris mechanikai viselkedésének precíziós jellemzése mérnöki szimulációkhoz” című, az NKFI Alapból támogatott KFI-2021 kutatás-fejlesztési projektje 2024. szeptember 30-án sikeresen lezárult. A projekt célja egy innovatív szoftveres megoldás kifejlesztése volt a modern anyagok, különösen a gumik és a kompozitok viselkedésének pontos szimulációjához.
Az eCon Engineering Kft. és a Pannon Egyetem közös, „Erősített és erősítetlen polimer anyagok nemlineáris mechanikai viselkedésének precíziós jellemzése mérnöki szimulációkhoz” elnevezésű kutatás-fejlesztési projektjének elsődleges fókuszában a modern anyagok, különös tekintettel a gumik (elasztomerek), valamint a folytonos szálerősítésű polimer kompozitok állnak.
A projekt célja
Ezen anyagok mechanikai viselkedése mérnöki szimulációk során sok esetben nem modellezhető egyszerű megközelítésekkel, ezért a szofisztikált anyagmodellek megbízható virtuális terméktervezéséhez olyan anyagparaméter illesztési algoritmusokra van szükség, amelyek a lehető legkevesebb egyszerűsítést tartalmazzák, valamint az anyagi viselkedés statisztikai bizonytalanságát is kezelni képesek. Erre jelenleg a tudományos világban nem található még megoldás, így a cél ennek a hiánynak a pótlása volt. Olyan algoritmusokat kellett kifejleszteni és felhasználói termékké alakítani, amelyek a szálerősített kompozitok nemlineáris feszültség-deformációs viselkedését, valamint komplex, többtengelyű tönkremeneteli viselkedését leíró elméleti modellek. Gumi anyagok esetén pedig a deformációs tulajdonságokat komplex módon becslő hiperelasztikus anyagmodellek paramétereit szabványos mechanikai tesztek vagy egyedi komponens tesztek eredményeinek automatikus feldolgozása mellett képesek meghatározni, valamint az aktuális problémát legjobban jellemző megközelítést automatikusan kiválasztani. Ezáltal a mérnöki szimuláció pontossága jelentősen növelhető, a termékek fejlesztésének átfutási ideje, végsősoron pedig a fejlesztési költség csökkenthető.
A projekt legfontosabb eredményei
A projekt megvalósítása során elkészült egy szoftver termék, amely webes applikáció formájában szolgáltatások széles spektrumát nyújtja.
A fejlesztés során létrejött a folytonos szálerősítésű kompozitokra, valamint gumi anyagokra vonatkozó nyilvános, kiterjedt, folyamatosan bővülő mechanikai teszt és anyagparaméter adatbázis. A szoftver szabványos teszt eredmények azonnali és automatizált feldolgozására képes szabványos analitikus összefüggések használatával. Segítségével lehetővé válik egyedi mechanikai vizsgálatok egy csoportjának automatizált végeselemes (VEM) anyagmodell kalibrációja az egyes mérések VEM reprezentációját és fejlett optimalizáló algoritmusokat használva (gradiens mentes módszerek, bayesiánus tanulás). A program elvégzi a kompozit tönkremeneteli modellek automatizált szimultán illesztését az összes elérhető teszt eredmény felhasználásával, statisztikai módszerekkel, valamint automatizált módon javaslatot tesz a leginkább megfelelő elméleti megközelítésre adat alapú technikák használatával (Fischer Információs Mátrix, MCMC módszer stb.).
Elasztomer anyagok esetén szintén automatizált javaslattétellel segíti a munkát, a rendelkezésre álló információk alapján kontinuum-mechanikai alapon legmegfelelőbbnek ítélt elméleti anyagmodell-típus használatához. Az automatizált VEM anyagkártya kiíratás Ansys és LS-Dyna megoldók számára, valamint a részletes jelentés generálása az illesztési feladat megoldásáról mind olyan funkciók, melyek a minél hatékonyabb szimulációt és munkavégzést szolgálják.
A szoftver integrációs tesztjei folyamatosan zajlanak, az első online elérhető verzió 2025 első negyedévében várható. A szoftver további fejlesztése, valamint felhasználói igényekhez igazítása érdekében az Econ Engineering szívesen fogad érdeklődőket ingyenes szoftver tesztelésre, valamint illesztési benchmark feladatokra, amelyek több hazai és nemzetközi partnerrel jelenleg is folyamatban vannak.
Projekt összefoglaló
A projekt során az eltervezett automatizált anyagmodell illesztési módszereket az Econ sikeresen tesztelte. Konzorciumi partnere, a Pannon Egyetem, valamint alvállalkozói segítségével számos különböző mechanikai vizsgálatot végzett kompozit és elasztomer mintákon, amellyel a szoftver anyag- adatbázisát építi és bővíti. Az Econ ezenfelül egyedi vizsgálatokat is tartott, amelyek önmagukban is tudományos eredményként szolgálnak (pl. kompozit csövek kombinált húzó/nyomó-csavaró vizsgálata). A fejlesztési folyamat során a cég olyan kompetenciákra tett szert, amellyel a releváns piacon alig néhány konkurens szoftverforgalmazó vagy szakértő csoport rendelkezik, és amely megalapozza, hogy az eddiginél nagyobb mértékben lehessen mérnöki szimulációt alkalmazni polimer anyagú termékek fejlesztése során, már a terméktervezés legkorábbi fázisaiban is. A szoftver fejlesztése során a konvencionális analitikus és numerikus anyagmodell-kalibrálási eljárások mellett az Econ olyan további, modern, adatalapú anyagparaméter identifikációs megoldásokat alapozott meg (pl. bayesiánus tanuláson alapuló optimalizáció, nyers mérési adatok és absztrakt modellparaméterek közti korreláció felépítése a gépi tanulás eszközeivel stb.), amelyeket a jövőben a szoftverbe építve tovább javítható az anyagi viselkedés virtuális előrejelzésének képessége, ami a teljes virtuális tervezés egyik feltétele.
Az Econ és a Pannon Egyetem által közösen fejlesztett szoftver előnyei:
- Átfogó anyagadatbázis: A szoftver fejlesztés során létrejött egy kiterjedt, folyamatosan bővülő adatbázis, amely számos különböző anyag mechanikai tulajdonságait tartalmazza.
- Automatizált anyagmodell kalibráció: A szoftver képes automatikusan kalibrálni az anyagmodelleket a kísérleti adatok alapján, így jelentősen felgyorsítva a szimulációk elkészítését.
- Precízebb szimulációk: Az új szoftver segítségével a mérnökök sokkal pontosabban tudják előre jelezni a folytonos szálerősítésű kompozitok vagy elasztomer anyagok viselkedését különböző terhelések hatására.
- Rövidebb fejlesztési idő: A pontosabb szimulációknak köszönhetően a folytonos szálerősítésű kompozitokból vagy elasztomer anyagokból készülő termékek fejlesztési ideje jelentősen lerövidülhet.
- Költségcsökkentés: A szoftver általi szimulációk segítségével csökkenthető a fizikai prototípusok száma, ami jelentős költségmegtakarítást eredményez új termékek tervezése, gyártása és piacra vitele esetén.
A projekt azonosító száma: 2020-1.1.2-PIACI-KFI-2021-00314
További információ:
Kovács László projektvezető: laszlo.kovacs (at) econengineering.com
