ME 489 Finite Element Analysis In Mechanical Design

-السمستر: 111

-المحاضر: Dr. Abul Fazal Arif (ابو الفضل عارف)

-تصنيف الكورس: mechanics - structural mechanics - design - computer modeling
heat transfer (2weeks only)


-المتطلبات الاكاديمية: ME307

-متطلبات ينصح بها:
السلاسة في التعامل مع الـmatrices او المصفوفات
تصور رسومي جيد
فهم عميق للـstructural mechanics
المرونة في التعامل مع الكمبيوتر
ME315: heat transfer

-مواد اخرى تشترك مع المادة في بعض المواضيع:
ME485: mechanical system design
ME482: mechanical vibration

-نوع المحاضرات:
SMW محاضرات عادية 50 دقيقة
بعد نصف السمستر تقريبا ، الحضور يكون في لابات الكمبيوتر الى نهاية السمستر

-البروجكت:
بروجكت لطالبين، يتضمن حل مسئلة (باستعمال الكمبيوتر)، كتابة ريبورت ، وتقديم بريزنتيشن

-طبيعة الاختبارات:
open book + 1 page formula sheet

------------------------

بسم الله الرحمن الرحيم


ما المقصود بالـ finite element analysis??

هي طريقة من طرق الـnumerical methods تستخدم في حل بعض المسائل في الـmechanics والـheat transfer والـfluid mechanics

ما الفرق بين الـnumerical methods وطرق الحل التقليدية؟
الـnumerical methods لا تعتمد على الذكاء البشري في التعرف على المسئلة، حساباتها طويلة ومتعبة لكن لانها تعتمد على الـarithmatics ودائما تكون روتينية وفيها تكرار، من السهل على الكمبيوترات القيام بها

نجي لمثال عملي:

في الME307 والـCE203 تعلمنا طرق لعمل الـstatic failure analysis تعتمد بشكل كبير على انه القطعة المراد دراستها يكون شكلها standard او تشبه اللي تعلمناه. واذا كانت 3D نقسمها لـstandard shapes with reactions على قدر المستطاع
واذا كان فيها فتحات او fillets او grooves او shamfers دخلنا متاهة الـstress concentration والتعرف على الشكل يصير جدا صعب

هذا المثال موجود في كتاب shigley's لتوضيح الطريقة التقليدية:



نقسمها لعواميد ونحط الreactions ونرسم الfreebody diagrams
لاحظو طبعا انه الfillets طارت علينا في التقسيم



لازم نحسب الreactions كلها،، بعدين نمسك القطع وحدة وحدة ونرسم الshear and moment diagrams
وبعدها نحدد الcritical point
ونطلع الstresses في نقطة وحدة بس

النتيجة انه ممكن ندرس القطعة لكن العملية متعبة

نفترض انه الواحد ابتلي بهذي القطعة:



اللي مستواه ME307 بس، وجهه راح يقلب اخضر ولا يقدر يسوي شي

لكن اللي يدرس ME489 (او يتدرب على البرنامج حقها) يقدر يحل المسالة!


نجي للنقطة اللي بعدها.. هل الكورس عبارة عن تدريب على استخدام برنامج مثل الME210?

الجواب: لا!

خلال اكثر من نصف السمستر تقريبا حنتعلم نستخدم طريقة الfinite element analysis في حل مسائل بسيطة جدا (بعد واحد او بعدين) باليد. الطريقة تتم عن طريق الmatrix يعني حيكون عندك معادلات تركبها وبعد كذا حيكون عندك عدد معين من المجاهيل وعدد معين من المعادلات ولازم تطلع المجاهيل

حيكون معانا الكتاب طبعا يعني فيه ماترسز معينة بس ما يحتاج الواحد يحفظها

الكورس ما فيه calculus ابدا، يعني اللي يتعب مع التفاضل والتكامل راح يرتاح باذن الله


في النص الثاني راح نتعلم على برنامج اسمه ANSYS يستعمل هذي الطريقة لحل المسائل.

بالنسبة للقطع وكيف نوصلها للبرنامج، يقدر الواحد يصمم الmodels عن طريق البرنامج نفسه، او يسوي لها import عن طريق الsolidworks

التعامل مع البرنامج صعب نوعا ما وماهو بربع بساطة الsolidworks
لكن اذا تمكنت منه، راح تصير المسائل عندك piece of cake

السبب في كون الكورس يركز اكثر على التدريب على الtheory قبل التدريب على البرنامج ، هو انه فيه برامج كثير تسوي الfinite element analysis
واللي يتدرب على الطريقة يقدر يعلم نفسه البرامج الباقية بسهولة


امثلة لطريقة عرض النتائج:





البرنامج يعرض القطعة عليها color code، بحيث انه اللون الاحمر يعبر عن اعلى قيم للstresses واللون الازرق يعتبر safe

الكورس يتضمن التدريب على مسائل الheat transfer في ال2D وال3D
حساب الh طبعا مو معانا
الطريقة قريبة من اللي تعلمناه في الme315 في موضوع ال2d conduction

بس هنا نقدر نحط conduction and convection في جميع الاتجاهات، والبرنامج يحسبلنا الحرارة في اي نقطة،، وممكن المسالة تتضمن thermal stresses بسبب تمدد القطعة، وممكن المسالة الوحدة تتضمن heat transfer و structural forces في نفس الوقت!! حل مسائل من هذا النوع شبه مستحيل بالطرق التقليدية لانه يجمع اكثر من فرع واحد من فروع الميكانيكا

يمشي حالك اكيد لو ما خلصت ME315
بس لو خلصتها فهمك راح يكون اقوى


الFEA لها تطبيقات اوسع لدرجة انه ممكن الواحد يسوي simulation لحادث تصادم سيارة مثلا ويطلع النتيجة بفديو! (سوي بحث عنها في اليوتيوب، فيه اشياء مذهلة!)
لكن الكورس ما يغطي الا الstatic analysis, الthermal analysis والthermal stress analysis
وفي نفس الوقت ، الكورس ما يغطي الا الelastic cases يعني ما قبل الyeilding
فيه كورس ثاني يقدمه نفس الدكتور (ابو الفضل عارف) لطلاب الgraduate studies اسمه non-linear FEA يغطي مواضيع advanced اكثر

بالنسبة للاختبارات، الاختبار الاول كان كتابي بس
الثاني كان ثلاثة ارباعه كتابي، وربعه تدريب نسويه على البرنامج
الفاينل كان نصه كتابي ونصه تدريب
الجزء الكتابي من ميجر 2 الوقت فيه تقريبا ما كفى لانه الmatrices حجمها صار كبير
بس on average, محد خلص الميجر كامل فماحد انخسف

طبعا الكتابي open books
والعملي على البرنامج، open everything و take home exam ، بس الدكتور يخلي الطلاب يوقعو تعهد انهم ما يتناقشو سوى في مسالة الاختبار



بالنسبة للبروجكت، يشتغلو عليه طالبين ويكون اختيار الstructure على كيف الطلاب، يعني يختارو القطعة اللي تعجبهم، بعدين يعرضوها على الدكتور عشان يعطيهم الموافقة. الرفض يكون اذا المسالة كانت جدا معقدة او جدا سهلة

ومن حق الطلاب يختارو قطعة من القطع اللي يصمموها في الSenior project فيكون بروجكت مشترك في هذي الجزئية


الكتاب اشوفه جيد.. فيه تفصيل بزيادة عن الderivation بس ما يحتاج الواحد يقراها
فيه examples محلولة كثيرة عشان كذا اشوفه كويس


للاستزادة في الموضوع:
http://en.wikipedia.org/wiki/Finite_element_method

http://ar.wikipedia.org/wiki/%D8%B7%D8%B1%D9%8A%D9%82%D8%A9_%D8%A7%D9%84%D8%B9%D9%86%D8%A7%D8%B5%D8%B1_%D8%A7%D9%84%D9%85%D9%86%D8%AA%D9%87%D9%8A%D8%A9

http://www.youtube.com/results?search_query=finite+element


التدريبات اللي جهزها الدكتور عارف:

http://dl.dropbox.com/u/30282402/ANSYS%20manual%20and%20tutorials.pdf

انصح فيها بشدة للي ناوي يتعلم على البرنامج بس لظروف (او لانه حيتخرج) ما قدر ياخذ الكورس

طبعا ما حيكون بنفس قوة اللي اخذ الكورس في المجال، لكنها خبرة جيدة

----------------------------

كورس ME485- mechanical system design كان فيه اسبوع تدريب على الFEA باليد،، و3 lab sessions تدريب على ANSYS

طبعا الفترة هذي ما تكفي، لكنها كانت تجربة جيدة..

بالنسبة لتدريبات الlab، نظام كورس me485 انه كل طالبين يجهزو presentation وتدريب ويعطوه للطلاب بنفسهم
انا اخترت موضوع الFEA هذا السمستر (لاني منزل me485 في 112) وانا شخصيا اعطيت لاب ونص عن الموضوع
في سمسترنا هذا ما كان فيه الا طالبين (وانا منهم) اخذو me489 عشان كذا كنا اولى باننا نعطي اللاب



me489 فيه جزئية بسيطة مشتركة مع me482 وهي الdynamic (vibration) analysis of multiple degrees of freedom
في me489 ما اخذنا عنه الا محاضرتين ومو داخل في الاختبار يعني مجرد اطلاع عام

برنامج ANSYS يقدر يحل مسائل من هذا النوع بس ما تدربنا عليها

-------------------------

اشوف الكورس جدا ممتع، والفائدة منه جدا عالية، يعني احس اني ما اقدر اسوي شي في الstructural mechanics الا من بعد هذا الكورس

وجدا يفيد الطالب اذا كان عنده تصميم وتصنيع قطع في الsenior project

كان كورس قريد بالنسبة لي لاني كويس في الكمبيوتر وكويس في الstructural mechanics ولله الحمد

ومعروف انه الشركات تحتاج مهندسين يعرفو لبرنامج ANSYS، واذا ما حصلت، ترسل المهندسين اللي عندها ياخذو دورات عليه

وهذي فرصة ذهبية انه الواحد يتعلم عليه في الجامعة

خصوصا انه الدكتور اللي يقدمها كل سنة من افضل دكاترة الجامعة في الmachine design



بالتوفيق ، واعتذر عن كتابة التقييم قبل التسجيل ب3 ايام بس... لكن ظروف المنتدى عطلتني للاسف

 

^^^^

ياشيخ الله يوفقك على مجهوداتك

 

اضافة أخيرة : الكورس اسهل بمراحل من me307 وما ينشال همه

 

الله يعطيك العافيه يا الغالي و يرزقك من حيث لا تحتسب

 

الله يعطيك العافية على الشرح الكافي

انا اخذت المادة
و لم تبقي لي شيء اتكلم عنه فقد الممت بالموضوع من كل جوانبه

 

شباب في احد عنده اي اختبارات للمادة me489

 

http://www.learnerstv.com/Free-Engineering-Video-lectures-ltv083-Page1.htm
شروحات أونلاين فيديو لأغلب محتويات الكورس

 

amat_24 كفى ووفى الله يعطيه العافية.

_________________________________
أخذت الكورس في سمستر 132 عند د.أبو الفضل عارف.

رأيي الشخصي عن الكورس:

ينقسم الى قسمين: نظري وعملي

النظري: تدرس وتفهم مبادئ الـFinite element analysis اللي تشتمل على Idealization, Material Modeling, Geometry Modeling, Load and Boundary modeling وبأنك تحل وتفهم علاقات بين مصفوفات (Matrices) باليد.

----> النظري كان غثيث شوي بس اللي يسهل الموضوع ان الدكتور سامح تجيب 3 فورميولا شيتس في المياجر والفاينل، يعني تكتب اللي تبيه براحتك بس تفهم كيف تطبق أفكار الكورس.

_______________________________________________________________

العملي: تتعلم على برنامج اسمه ANSYS، او بدقة أكثر (ANSYS Mechanical Parametric Design Language) وصراحة قدرات البرنامج جبارة جداااااااااااااا في تمثيل وتصوير القيم اللي تبغا تدرسها (مثل Stress, Strain, Displacement, Nodal Temperatures, Heat flux ..etc)

----> العملي كان مفيد جداً بالنسبة لي بس فيه شيئين لازم تعرفهم:
1- الدكتور راح يتعبكم بواجبات العملي (مطلوب تسوي تقريبا 8 واجبات عملية، تسلم كل واحد على شكل ريبورت).
2- البرنامج ليس User-friendly والتعلم عليه أصعب من التعلم على السوليد وركس. لدرجة انه مافيه خيار تراجع ctrl+z لذلك لازم تحفظ شغلك بعد كل خطوة تسويها.

______________________________________________________

*البروجكت كان مكون من شخصين، وطلب مننا نسوي Finite Element Analysis لإحدى القطع في أحد السينير بروجكتس (حنا نختاره) ونسلمه على شكل ريبورت وكذلك على شكل بوستر A2 عشان نسوي زي المعرض المصغر.

*فيه هوموركات على النظري. مافيه كويزات ولا كلاس تيست.

*حسب علمي ان الشباب كانوا راضين عن الفاينل قريد اللي عطاهم اياها الدكتور الله يعطيه العافية.

 

161 مع الدكتور سليمان باشا
توزيع الكورس
20% هوموركات
5% كويزات
20% ميجر ون
20% ميجر تو
25% الفاينل
10% بروجيكت
طبعا بس توزيع ميجر تو والفاينل الدكتور على نهاية الكورس كان يبغى يغيره بحيث يخلي وزن ميجر تو اكثر لانه ماتيريال فاينل كان سهل وقليل


-نوع المحاضرات:
STR محاضرات عادية 50 دقيقة
واحيانا تكون في بعض الكلاسات في اللاب الدكتور ينبهكم قبل موعد المحاضرة او عن طريق البلاك بورد
-البروجكت:
بروجكت لطالبين، يتضمن حل مسئلة (باستعمال الكمبيوتر)، كتابة ريبورت ، وتقديم بريزنتيشن في ME EXPO

-طبيعة الاختبارات:
open book + 1 page formula sheet
مافي اختبار على الكمبيوتر أو الجزء المتعلق بالبرنامج

الدكتور للأسف كان مو منظم + مايحل مسائل في الكلاس مجرد شرح للكونسبت + تأخير في تصحيح المياجر والكويزات

هذا تقييم مبدئي إن شاء الله ارجع اكمل عليه لما افضى

 

D FROM 40 TO 50
D+ FROM 55 TO 60
C FROM 60 TO 70
C+ FROM 70 TO 75
B FROM 75 TO 80
B+ FROM 80 TO 85
A FROM 85 TO 90
A+ FROM 90 TO 100
IN TERM 151 THE AVERAGE IS B FOR THE ELECTIVE COURSES

 

ترم 171 مع الدكتور خالد العذل

الكورس

- الزملاء الي قبلي م قصرو وشرحو المادة بالتفصيل و ب اضيف لهم كم شغلة
- المادة مقسومة لقسمين ثيوري وعملي على برنامج ANSYS
تقريبا اول 3 اسابيع كانت كلاسات كلها عن الثيوري وبعدين صار الوضع الاحد والثلاثاء يكوت ثيوري في الكلاس ويوم الخميس في لاب 210 نشتغل عالبرنامج وهناك راح يعلمك الدكتور كيف تستخدم البرنامج
- تقريبا الكورس كان اكثر من 70% ثيوري والباقي عالبرنامج مع اني اشوف المفروض العكس
- المادة عبارة عن تطبيق مباشر ل مسائل CE 203 و ME307 لكن من دون اي خوض في التفاصيل فقط تحتاج بعض المعادلات الرئيسية و راح تحلون مسائل Stress Analsys ب طريقة جديدة وبسيطة تعتمد على المصفوفات matrixes
- فكرة المادة بشكل عام انه يكون عندك جسم كبير ك الة او سيارة او اي مسألة موجودة في CE 203 و ME 307 ومطلوب منكم Stress Analasys وتحديد مكان failure , كنا في السابق ب 307 نختبر عدة نقاط معينة في الجسم الي نتوقع انو ممكن يحصل فيها failure وبعدها نحدد مين الاخطر فيهم, finite element analsys نفس الفكرة لكن عن طريق تقسيم الجسم الكبير الى small elements or nodes بحيث انك تحسب stress في كل element باستخدام المصفوفات , طبعا الجسم الكبير اقدر اقسمه الى 5 elements or 100 elements or 10000 elements واحسب stress في كل element وطبعا كل م كثرت عدد elements كل م كان الحل اكثر دقة لكن فيه حد معين لعدد elements الممتاز الي بعده نتائج م تكون دقيقة (حيشرحلكم كيف تعرفون العدد المعين بعدين)
-طبعا بداية الكورس راع يعطيكم مسائل بسيطة بحيث انه يعطيك جسم بعدد elements قليل عشان نقدر تحله بيدك لكن كل م تمشي قدام بالكورس حيصعب المسائل شوي شوي لدرجة انك تحتاج عدد كبير من elements لدرجة ان حلها باليد طوييييييييل جدا ( مو صعب ابدا لكن طويل) ولهذا السبب راح نستعمل برنامج Ansys لحل هذي المسائل
- اول 5 شباتر كانت عن طرق حل اشكال وسيناريوهات محتلفة لمسائل 307 يدويا وبعدين فيه 3 شباتر عن طرق تجهيز المسألة باستخدام ansys وفي النهاية فيه تشابترين قصيرة عن heat transfer and thermal stresses وم راح يكون فيها شي جديد كليا وراح تحلونها بنفس طريقة stress analsys الي تعلمتوها بالكورس
- بوجهة نظري المفروض التركيز من الدكتور خالد يكون اكثر على البرنامج لانه هو زبدة الكورس وهوا الي راح تحتاجه بعدين مستقبلا
- برنامج Ansys مو freindly وقديم ويحتاج شوية ممارسة و اول م تتعود عليه حتشوفه بسيط
- تقدر ترسم الرسمة قي ansys او ترسمها في solidworks وتنقلها ل ansys لكن انا انصح انك ترسمها في ansys عشان م تصيرلك مشاكل لان البرنامج بعض الاحيان يستهبل شويتين

توزيع الكورس

Assignments 25%
midterm 20%
term project 25%
Final 30%
(ما في كويزات ابدا )

الدكتور خالد العذل وتقسيم المادة

- طبعا الدكتور خالد نظامه غير عن كل الدكاترة
- الدكتور شبابي و مجتهد في داخل الكلاس وخارجه وشرحه ممتاز و دايما ياخذ راي الطلاب في اي شي
- الدكتور يقول انه غلط اجبر واحكم على الطلاب من خلال حل ميجر او كويز صعب في وقت ضيق, عشان كذا هو يقول ان المياجر و الاختبارات المفروض تكون عن الاساسيات فقط وم يكون فيها تعقيد على الطالب و يكون الوقت كافي, ويقول ان الحكم على الطلاب المفروض يكون من الهوموركات و البروجكتات بحيث الطالب يكون عنده وقت طويل وكافي لحل المسائل ويشوف انه المفروض يكون الهوموورك صعب و الميجر سهل
- هوموركات الدكتور كانت صعبه وطويله و هو عارف هذا الشي
- الدكتور طول الترم وهوا يقلنا ان الميدتيرم حيكون سهل و عن الاساسيات والوقت كافي ولا تخافون
- الميدتيرم حيكون اوبن بوك وللامانة كان من سهل الى متوسط وكان فيه سوال كامل من مثال في الكتاب وباقي الاسئلة م كان فيها تعقيد لكن الوقت م كان كافي للدرجة الي كان يقول عنها الدكتور و ماهو سهل للدرجة الي كان يقول عنها الدكتور
- الفاينل كان مقسوم لقسمين 10 % نظري (مسائل ) وكان بنفس مستوى الميدتيرم وكان في اخر اسبوع دوام و 20% حل مسألة طويلة في البرنامج (الوقت كان كافي جدا) في موعد الفاينل بالريجسترار
- المسألة الي بالفاينل(Ansys) كانت real life problem وتحتاج انك فهم وتخيل جيد يعني م يجيبك مثلا صورة سيارة مفكفكه ووين مكان الفورسز وكذا , يجيبلك صورة حقيقية ل سيارة وانتا لازم تتخيل وتعرف كيف تعرف تنقلها عالبرنامج وكيف تضيف الفورسز "قبل م تاخذ الكورس حتخاف من ذا الكلام لكن لاتشيل هم الموضوع مو صعب ومع الممارسة حتستهل الموضوع, لكن انصحكم تطلبون من الدكتور انه يحل معاكم real life problems بالكلاس ويعلمكم كيف طريقة التفكير والحل "
- تصحيح الدكتور ممتاز والقريد معاه سهل a+ فوق 90 و a من 80 وفوق وباقي القريدات كل 5 درجات
- الدكتور زي م قلتلكم شبابي وفاهم وضع الطلاب ويجاوب بسرعة عالايميل ومتى م ضايقكم شي كلموه و م راح يقصر

قروب المادة:
ME489- 231