ومع تقدم العلم والتكنولوجيا، أصبح التصميم الأمثل هدفا مهما في جميع المجالات. وفي تصميم التصاميم المثبِّطة، يمكن أن يؤدي التصميم الأمثل إلى تحسين الأداء إلى حد كبير، وإلى خفض التكاليف، والحد من إهدار المواد. وفي السنوات الأخيرة، تم تدريجيا على نطاق واسع تطبيق أساليب التصميم الأمثل للناصر الصلبة القائمة على المحاكاة بالعناصر المحدودة، مما أتاح مسارات جديدة للتصميم الأمثل للعناصر الصلبة.
أما المحاكاة المحدودة فهي طريقة تحليلية تستند إلى النمذجة الرياضية، وتتشتت النماذج الفيزيائية، وتحول مسألة الاستمرارية إلى مشكلة تشتت، وتستخدم الحسابات العددية لحل مشكلة التفرقة. وفيما يتعلق بالتصميم الأمثل للمشدود، يمكن لمحاكاة العناصر المحدودة أن تحقق المستوى الأمثل من التصميم الهيكلي، واختيار المواد، وتطوير العمليات، وما إلى ذلك.
وينبغي استخدام طرائق التصميم الأمثل للمشدّدات القائمة على محاكاة العناصر المحدودة على نطاق واسع. فعلى سبيل المثال، من أجل تحسين قدرة الجسر على الصمود أمام التعب، يمكن تحسين هيكل الجسر باستخدام المحاكاة المحدودة. وتسير العملية على النحو التالي:
نموذج حدودي لهياكل الجسور يشمل خصائص المواد ووسائل الربط وما إلى ذلك.
تحميل النماذج وضبطها لمحاكاة المرونة في ظروف العمل الفعلية.
وأُجري تحليل وصفي محدود للنماذج من أجل الحصول على معلومات عن الإجهاد والتكيف وما إلى ذلك.
واستنادا إلى نتائج التحليل، تم تحسين هيكل الجسر على النحو الأمثل، مثل تغيير شكل العوارض، وزيادة التشنجات، وما إلى ذلك.
وأُجري محاكاة حدودية للنماذج المحسَّنة من أجل تحليل أدائها الميكانيكي مرة أخرى.
كرر الخطوتان 4 و 5 حتى بلوغ مؤشر الأداء المثالي.
المزايا التالية:
يمكن إجراء تحليل فعال للهياكل المعقدة وتقديم نتائج أقرب إلى الواقع ؛
تحسين نوعية التصميم وكفاءته عن طريق الجمع بين العوامل، مثل المواد والهياكل والعمليات ؛
ويمكن تحديد المشاكل وحلها في مرحلة مبكرة من التصميم، مما يحول دون حدوث هدر في عمليات التصنيع والتجهيز ؛
وتوفر الأفكار والمنهجيات الجديدة للتصميم الأمثل للأحزمة الصلبة، مع آفاق عريضة للتطبيقات.
غير أن هناك بعض أوجه القصور في هذا النهج:
ارتفاع الاحتياجات من المعدات والبرامجيات الحاسوبية مما يتطلب موارد كافية للحساب ؛
هناك بعض الاعتماد على دقة عمليات المحاكاة ونتائجها، ويصعب في بعض الأحيان ضمان دقتها ؛
وهناك حاجة إلى فننيين متخصصين في مجال النمذجة وتحليل البيانات، مما يتطلب مؤهلات مهنية عالية.
ومن أجل زيادة تحسين كفاءة ودقة طرائق التصميم الأمثل للمشدّدات القائمة على المحاكاة بالعناصر المحدودة، يمكن النظر في المستقبل في اتجاهات التحسين التالية:
وضع وصقل خوارزميات ونماذج أكثر كفاءة ودقة للحدود من أجل تحسين دقة المحاكاة وموثوقيتها ؛
إجراء بحث متعمق لآليات التفاعل بين عوامل مثل أداء المواد، وشكل الهيكل، وبرامج العمليات، ووضع نماذج فيزيائية أكثر دقة وتحسينا ؛
تحقيق الاستخدام الأمثل لعمليات التصميم الأكثر ذكاءً والأتمتة من خلال تكنولوجيا متطورة مثل الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي ؛
تعزيز التكامل مع الدراسات التجريبية للتحقق من دقة وفعالية نتائج المحاكاة.
وخلاصة القول إن أساليب التصميم الأمثل للمشدّدات القائمة على المحاكاة بالعناصر المحدودة تتسم بأهمية كبيرة في تحسين الأداء، وخفض التكاليف، وتحقيق وفورات في المواد، وما إلى ذلك. ومع تطور تكنولوجيا الحاسوب والمحاكاة العددية، سيكون تطبيق هذه المنهجية في التصميم الأمثل للعناصر الصلبة أوسع وأعمق، ومن المتوقع أن يسفر عن تقدم تكنولوجي وفوائد اقتصادية أكثر بروزاً في صناعة المواد الصلبة.
