Simulaatiot teollisuuden tuotekehityksessä

Teholähteiden suunnittelussa on huomioitava monia fysiikan ilmiöitä, kuten sähkömagnetismi, mekaniikka, termodynamiikka ja fluididynamiikka. Systeemin käyttäytymisen ennustaminen näiden ilmiöiden vaikutuksesta on nykyään mahdollista simulointiohjelmien ansiosta. Laitteen tai sen osan toimintaa ja suunnittelun vaikutuksia laitteen ominaisuuksiin voidaan tutkia ennen kokeellisten mittausten suorittamista fyysisillä testiversioilla. Tässä työssä perehdyttiin COMSOL Multiphysics -ohjelmiston avulla FE-analyysin hyödyntämiseen teknisten ongelmien ratkaisussa teollisuuden tuotekehityksessä. Tutkielmassa selvitetään fysikaalisen mallintamisen ja numeerisen simuloinnin olemusta ja esimerkkitapausten avulla kuvataan konkreettisia ongelmanratkaisutilanteita, joissa simulaatiot ovat oiva apuväline. Simuloinnin teoriassa keskeisessä roolissa on elementtimenetelmä, jolla osittaisdifferentiaaliyhtälöiksi muotoillut jatkuvan fysiikan teoriat voidaan ratkaista. Työssä käydään läpi fysiikan abstraktin teorian kuvailun lisäksi tapa mallintaa systeemi graafisesti simulaatio-ohjelmassa. Työssä simuloitujen systeemien kokeellinen validointi antaa kuvaa epävarmuustekijöiden suuruudesta. Työn tuloksena ohjattiin tuotesuunnittelua konseptin alkuvaiheessa parempaan suuntaan, saatiin kattava kuvaus tuotteisiin vaikuttavista fysiikan ilmiöistä ja arvioitiin simulaatiotoiminnan kannattavuutta tuotekehityksessä. Lisäksi korostettiin tunnettujen arvojen oikeellisuuden merkitystä simulaatiotulosten laadun, ennustusvoiman ja käyttökelpoisuuden kannalta