ΤΕΙ Αθήνας: Σχολή ΤΕΦ: Τμήμα Ναυπηγικής Εφαρμογές Η/Υ στην Ναυπηγική ΙΙ ΚΩΔΙΚΟΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ NA0703C39 Εξάμηνο Ζ’ Διδάσκων Κωνσταντίνος Β. Κώστας Παρουσίαση 1

Εφαρμογές Η/Υ στην Ναυπηγική ΙΙ2 Υπολογισμοί στην επιστήμη του μηχανικού  Σημαντικό τμήμα των εκπονούμενων μελετών Συχνά χρονοβόρα διαδικασία  Υπολογιστικά Πακέτα: Μείωση του χρόνου Μεγάλη πιθανότητα εμφάνισης σφαλμάτων με την αύξηση της πολυπλοκότητας  Υπολογιστικά Πακέτα: εξάλειψη λαθών Χρήση προσεγγιστικών θεωρήσεων για την μείωση του υπολογιστικού όγκου  Υπολογιστικά Πακέτα: χρήση ακριβούς ή καλύτερης προσέγγισης

Εφαρμογές Η/Υ στην Ναυπηγική ΙΙ3 Υπολογιστική Μηχανική  Η σημασία των υπολογισμών στις επιστήμες του μηχανικού οδήγησε στην ανάπτυξη της επιστημονικής περιοχής της «Υπολογιστικής Μηχανικής» (Computational Mechanics) Αρχικώς αποτέλεσε υπό-περιοχή της εφαρμοσμένης μηχανικής (Applied Mechanics) Σήμερα συγκαταλέγεται στις υπό-περιοχές της υπολογιστικής επιστήμης (Computational Science ή Scientific Computing)

Εφαρμογές Η/Υ στην Ναυπηγική ΙΙ4 Αντικείμενο της Υπολογιστικής Μηχανικής (Ι) 1.Μαθηματική Μοντελοποίηση του φυσικού ή μηχανικού φαινομένου Συχνά εκφράζεται από ένα σύστημα μερικών διαφορικών εξισώσεων (Partial Differential Equations – PDΕs) 2.Μετατροπή του μαθηματικού μοντέλου σε μορφή κατάλληλη για επεξεργασία σε Η/Υ Το βήμα αυτό ονομάζεται και διακριτοποίηση (discretization) καθώς συχνά η μετατροπή του μαθηματικού μοντέλου περιλαμβάνει την μετατροπή του σε ένα προσεγγιστικό διακριτό πρόβλημα.

Εφαρμογές Η/Υ στην Ναυπηγική ΙΙ5 Αντικείμενο της Υπολογιστικής Μηχανικής (ΙΙ) 3. Παράγεται λογισμικό για την επίλυση του βήματος 2. Χρησιμοποιούνται: 1. Άμεσες μέθοδοι υπολογισμού ή/και 2. Επαναληπτικές μέθοδοι υπολογισμού Σε ορισμένα προβλήματα ανακύπτει η ανάγκη για την χρήση υπέρ-υπολογιστών ή παραλληλισμού των διεργασιών (parallel computing) 4. Ελέγχεται η ορθότητα του λογισμικού προϊόντος με πειράματα ή με απλά μοντέλα όπου η λύση μπορεί να προκύψει αναλυτικά Αρκετά συχνά, νέες υπολογιστικές μέθοδοι υπόκεινται σε έλεγχο με βάση παλαιότερες και επιβεβαιωμένες υπολογιστικές μεθόδους

Εφαρμογές Η/Υ στην Ναυπηγική ΙΙ6 Επιστήμες βάσεις της Υπολογιστικής Μηχανικής  Μοντελοποίηση (Μηχανική – Φυσική – Μαθηματικά)  Διακριτοποίηση (Μαθηματικά [Αρ. Ανάλυση])  Παραγωγή Λογισμικού (Πληροφορική)  Έλεγχος Λογισμικού (Πληροφορική – Μηχανική)

Εφαρμογές Η/Υ στην Ναυπηγική ΙΙ7 Υπό-περιοχές της υπολογιστικής μηχανικής  Υπολογιστική Ρευστομηχανική (Computational fluid dynamics)  Υπολογιστική Θερμοδυναμική (Computational thermodynamics)  Υπολογιστικός Ηλεκτρομαγνητισμός (Computational electromagnetics)  Υπολογιστική Μηχανική των Στερεών (Computational solid mechanics)

Εφαρμογές Η/Υ στην Ναυπηγική ΙΙ8 Μαθηματικά & Υπολογιστικές Μέθοδοι στην Υπολογιστική Μηχανική  Μερικές Διαφορικές Εξισώσεις  Γραμμική Άλγεβρα  Αριθμητική Ανάλυση  Πεπερασμένα Στοιχεία (Finite Elements Method – FEM) Εύρεση προσεγγιστικών λύσεων σε προβλήματα μερικών διαφορικών και ολοκληρωτικών εξισώσεων  Πεπερασμένες Διαφορές (Finite Difference Methods – FDM) Προσέγγιση λύσεων σε προβλήματα διαφορικών εξισώσεων  Μέθοδοι Οριακών Στοιχείων (Boundary Element Methods – BEM) Επίλυση μερικών διαφορικών εξισώσεων που γράφονται ως ολοκληρωτικές εξισώσεις (συνοριακές συνθήκες)

Εφαρμογές Η/Υ στην Ναυπηγική ΙΙ9 Εργαλεία πληροφορικής στην Υπολογιστική Μηχανική  Fortran  C++ Τελευταία αποτελεί την lingua franca για την υπολογιστική μηχανική  Γενικά πακέτα λογισμικού: MATLAB (Mathworks OCTAVE (GNU MAPLE (Maplesoft MATHEMATICA (Wolfram  Εξειδικευμένα πακέτα λογισμικού: FLUENT (Fluent Computational Fluid Dynamics ALGOR (Algor Finite Element Analysis, Simulation & Optimization modeFrontier (Esteco Optimization Abaqus (Simulia-Dassault Systems Finite Element Modelling & Simulation

Εφαρμογές Η/Υ στην Ναυπηγική ΙΙ10 Ναυπηγική και υπολογιστική μηχανική  Εκτίμηση κύριων διαστάσεων και βασικών μεγεθών Στατιστική ανάλυση, Μοντέλα παλινδρόμησης (π.χ. γραμμική παλινδρόμηση ελαχίστων τετραγώνων)  Ναυπηγική Σχεδίαση Σχεδίαση με τη βοήθεια Η/Υ, (Computer Aided Ship Design CASD)  Υδροστατικοί Υπολογισμοί Υπολογισμοί εμβαδών και όγκων, αριθμητική ολοκλήρωση  Υδροδυναμικοί Υπολογισμοί Υπολογισμοί αντίστασης, πρόωσης, seakeeping (Computation fluid Dynamics)  Υπολογισμοί Αντοχής Μέθοδοι πεπερασμένων στοιχείων, structural engineering  Κατασκευή Κατασκευή με τη βοήθεια Η/Υ, (Computer Aided Manufacturing)  Υπολογισμοί Κανονισμών και Ασφαλείας Υπολογισμοί ολοκληρωτικών μεγεθών, Εξομοίωση εκκένωσης σκάφους

Εφαρμογές Η/Υ στην Ναυπηγική ΙΙ11 Πακέτα λογισμικού για υπολογισμούς στην ναυπηγική I  Εκτιμήσεις βασικών μεγεθών Γενικά πακέτα υπολογιστικής μηχανικής (Matlab, excel κ.α)  Ναυπηγικό Σχέδιο Tribon ( Napa ( Maxsurf ( AutoShip ( Rhinoceros (  Υδροστατική Autohydro ( Matlab Excel Calc/Hydro ( Maxsurf

Εφαρμογές Η/Υ στην Ναυπηγική ΙΙ12 Πακέτα λογισμικού για υπολογισμούς στην ναυπηγική II  Υδροδυναμική Fluent Autopower ( Rapid ( Napa  Υπολογισμοί Αντοχής Algor Abaqus Autobuild ( ABS Safehull (  Κατασκευή Autoplate ( Maestro (  Κανονισμοί – Ασφάλεια ABS Rules Lloyds Rules DNV Rules Aeneas ( EVI ( Exodus (