חפש מאמרים:
שלום אורח
16.01.2019
 
   
מאמרים בקטגוריות של:

   
 

מכניקה חישובית - מהדיסציפלינות החשובות בעולם המדע של המאה ה- 21

מאת: מעיין סבןפיזיקה16/04/20155184 צפיות שתף בטוויטר |   שתף בפייסבוק

מכניקה חישובית הינה תחום המחקר האחראי על השימוש בשיטות חישוביות לטובת מחקרי תופעות הנשלטות ע"י עקרונות המכניקה. בטרם הופעת המדע החישובי (נקרא גם מיחשוב מדעי) כ"דרך שלישית" פרט למדעים ניסויים ותיאורטיים, נחשבה המכניקה החישובית כתת-תחום של המכניקה היישומית. כעת היא נחשבת כתת-תחום בתוך המדע החישובי.

התהליך

מדענים מהתחום של מכניקה חישובית עוקבים אחר רשימה של משימות במטרה לנתח את התהליך המכני המיועד שלהם:

1. נוצר מודל מתמטי של התופעות הפיזיקליות. הדבר כולל לרוב ביטוי של המערכת הטבעית או ההנדסית במונחים של משוואות דיפרנציאליות חלקיות. בשלב זה משתמשים בפיזיקה בכדי לבצע פורמליזציה למערכת מורכבת.

2. המשוואות המתמטיות מומרות לצורות המתאימות לחישוב דיגיטלי. שלב זה מכונה "דיסקריטיזציה" - הפיכת ערך לבדיד, כיוון שהוא כרוך ביצירת מודל בדיד משוער מהמודל המתמשך המקורי. באופן יותר פרטני, הוא לרוב מתרגם משוואה דיפרנציאלית חלקית (או מערכת בשל כך), לתוך מערכת של משוואות אלגבריות. התהליכים המעורבים בשלב זה נחקרים בתחום של אנליזה נומרית.

3. תוכנות מחשב יודעות לפתור את המשוואות הבדידות ע"י שיטות ישירות (שיטות בעלות שלב אחד שנובע מהפתרון) או שיטות איטרטיביות (שמתחילות עם פתרון ניסיוני ומגיעות לפתרון האמיתי ע"י ליטוש רציף). תלוי באופי הבעיה, מחשבי-על או עיבודים מקבילים עשויים להיות מנוצלים בשלב זה.

4. המודל המתמטי, הפרוצדורות הנומריות וצופני המחשב מאומתים או ע"י שימוש בתוצאות מניסויים או ע"י מודלים מופשטים עבורם זמינים פתרונות אנליטיים מדויקים. לעיתים קרובות, טכניקות חישוביות או נומריות חדשות מאומתות ע"י השוואת תוצאותיהן עם אלו של שיטות נומריות מבוססות היטב. במקרים רבים, בעיות בוחן ביצועים זמינות אף הן. התוצאות הנומריות חייבות להיות בנוסף גם נראות לעין ולעיתים קרובות אינטרפרטציות פיזיות יינתנו יחד עם התוצאות.

סקירה כללית

מכניקה חישובית היא אינטרדיסציפלינרית. שלושת עמודי התווך שלה הן מתמטיקה, מדעי המחשב ומכניקה. דינמיקה חישובית של זורמים, CFD, תרמודינמיקה חישובית, אלקטרומגנטיות חישובית, ומכניקת מוצקים חישובית, הם חלק מתחומי ההתמחות של מכניקה חישובית.

תחומי המתמטיקה הקשורים ביותר למכניקה חישובית הינם משוואות דיפרנציאליות חלקיות, אלגברה ליניארית ואנליזה נומרית. השיטות הנומריות הנפוצות ביותר הן אלמנטים סופיים, הפרשים סופיים ואלמנט הגבול בסדר החשיבות שלהן. במכניקת המוצקים שיטות אלמנטים סופיים הן הרבה יותר שכיחות משיטות הפרשים סופיים, בעוד שבמכניקת זורמים, תרמודינמיקה ואלקטרומגנטיות, שיטות הפרשים סופיים הן כמעט ברות יישום במידה שווה. שיטת אלמנט הגבול פחות נפוצה באופן כללי, אך יש לה נישה בתחומים מסוימים כגון הנדסת אקוסטיקה למשל.

בהקשר של מחשוב, תכנות מחשבים, אלגוריתמים, ועיבוד מקבילי, משחקים תפקיד משמעותי במכניקה חישובית. שפת התכנות הנפוצה ביותר בקהילה המדעית, כולל מכניקה חישובית, היא Fortan. לאחרונה, C++ עלתה בפופולריות שלה. קהילת המחשוב המדעי הייתה איטית באימוץ C++ כלינגואה פרנקה. בשל הדרך הטבעית מאוד שלה בביטוי חישובים מתמטיים, והיכולות הויזואליות המובנות בה, הסביבה/השפה הקניינית MATLAB אף היא בשימוש נרחב, במיוחד עבור פיתוח מהיר של אפליקציות ואימות מודלים.

מספר דוגמאות בהן מכניקה חישובית מנוצלת באופן פרקטי הינן סימולציות של מבחני ריסוק בענף הרכב, מידול מאגרי נפט, ביומכניקה, ייצור זכוכית, ומידול מוליכים למחצה.

בעשור האחרון, בייחוד בחצי השני, למכניקה חישובית יש השפעה עמוקה על המדע והטכנולוגיה. מערכות מורכבות שקשה מאוד עד בלתי אפשרי לטפל בהן בעזרת שיטות אנליטיות ממודלות בהצלחה בעזרת כלים שמסופקים ע"י המכניקה החישובית. עם ההכללה של מכניקות ביולוגיות, מולקולריות וקואנטיות לתוך מודלים חדשים, מכניקה חישובית עומדת לשחק תפקיד אף משמעותי יותר בעתיד.

 





 
     
     
     
   
 
אודות כותב המאמר:

מעיין סבן

נומריקל בע"מ

טל: 1 962 962- 03

marketing@numerical.co.il

www.numerical.co.il

למד לבנות מודל תוך 30 דקות!

 
     
   
 

מאמרים נוספים מאת מעיין סבן

מאת: מעיין סבןתוכנה16/04/15813 צפיות
חברות רבות ברחבי העולם וכמובן גם בישראל עוסקות במלאכה המעניינת אך גם המאתגרת של פיתוח מוצרים אשר יש בהם אלמנטים טכנולוגיים. חלקן שייכות לצוות המו"פ של חברות אשר עוסקות גם בייצור בפועל של המוצרים, בעוד שחלקן נותנות את שירותי הפיתוח והתכנון לחברות יצרניות שונות ומגוונות.

מאת: מעיין סבןפיזיקה16/04/155191 צפיות
1905 לא הייתה עוד שנה בלוח כמו זו שהייתה לפניה וזו שבאה אחריה. לפחות לא אם תשאלו את כל מי שעוסק בפיזיקה ובתחומים הנלווים לה. שנה זו זכתה לכינוי המחייב והמרהיב "שנת הפלאות", Wunderjahr בשפתו הגרמנית של האחראי הישיר לכינוי שדבק בה - אלברט איינשטיין. הייתה זו שנה יוצאת דופן בה פרסם איינשטיין לא פחות מארבעה מאמרים פיזיקליים פורצי דרך, אשר שינו את כל החשיבה ומה שהיה ידוע עד לאותה נקודת זמן בארבעת ענפי הפיזיקה בהם עסקו המאמרים.

מאת: מעיין סבןפיזיקה16/04/155183 צפיות
מגישים מקצוענים בבייסבול מסוגלים לגרום לכדור לנוע שמאלה, ימינה, למטה, ואפילו למעלה (בערך) על מנת שיחלוף על פני החובט של הקבוצה היריבה. הפיזיקה שמאחורי התהליך יכולה להיות מוסברת ע"י אפקט מגנוס.

מאת: מעיין סבןתוכנה16/04/15779 צפיות
מדענים כגון ניוטון, מקסוול ואחרים העניקו לנו את המודלים המתמטיים, "חוקי המדע" שהופכים לאפשרי את החיזוי המדויק של התפתחות מערכות ועצמים פיזיקליים בחלל ובזמן בהינתן תנאי שפה מסוימים ותנאי התחלה. מתמטיקאים יישומיים המציאו שיטות נומריות המסוגלות לייצר מספרים ושרטוטים המסייעים לתאר במדויק כיצד מערכות ועצמים יתפתחו בחלל ובזמן. הדבר מאפשר לנו לבצע סימולציות, להתאים פרמטרים, ובסופו של דבר לבצע תכנון טוב יותר, אם לא הטוב ביותר.

מאת: מעיין סבןתוכנה16/04/15764 צפיות
בארבע כתבות הספקנו להכיר את שיטת התכנון והייצור בעזרת מחשב, למדנו מי עושה בה שימוש ואילו שימושים נרחבים קיימים בעזרתה. בכתבה האחרונה בסדרה נבין מהי הטכנולוגיה העומדת מאחורי השיטה.

מאת: מעיין סבןתוכנה16/04/15779 צפיות
בשלושת הכתבות הקודמות למדנו מהי טכנולוגיית תכנון וייצור בעזרת מחשב, סקרנו את המשתמשים בשיטה ומהם השימושים הרבים שנעשים בה ברחבי העולם. בכתבה רביעית זו נצלול יותר פנימה ונציג את סוגי ה- CAD הקיימים ומי עשוי למצוא שימוש בכל אחד מהם.

מאת: מעיין סבןתוכנה16/04/15731 צפיות
בשתי הכתבות הקודמות הכרנו את תחום התיב"ם – תכנון וייצור בעזרת מחשב, ולמדנו מהי חשיבותו הגדולה בעולם תכנון המוצרים בענפי ההנדסה, הפיזיקה והמדע. נגענו גם במשתמשים העיקריים בטכנולוגיה זו, ובכתבה זו נרחיב אודות השימושים ב CAD ומי מנצל זאת לטובתו.

מאמרים נוספים בנושא פיזיקה

מאת: רענן ברנשטייןפיזיקה01/10/155711 צפיות
מרבית הציבור כבר מודע לכך שחשיפה לקרינה מעל היקפים מסוימים יכולה להוות בעיה בריאותית.

מאת: חנניה (ננו) כהןפיזיקה09/05/156233 צפיות
בפרק זה תשובות לשאלות: מהו מקור היש-החומר והאנרגיה? האם כמות היש-החומר והאנרגיה סופית או אינסופית? מדוע בכלל ישנה המציאות של יקום? מהו גודלו של החלל הריק ללא היש-החומר והאנרגיה?

מאת: חנניה (ננו) כהןפיזיקה18/04/156797 צפיות
הפרק מכיל תשובות לשאלות החשובות: מהו למעשה הזמן? האם היתה התחלה לזמן? כיצד הזמן מתנהל ,ומהם המסקנות מרחיקות הלכת והמדהימות שיש לנו להסיק מדרך התנהלותו?

מאת: מעיין סבןפיזיקה16/04/155191 צפיות
1905 לא הייתה עוד שנה בלוח כמו זו שהייתה לפניה וזו שבאה אחריה. לפחות לא אם תשאלו את כל מי שעוסק בפיזיקה ובתחומים הנלווים לה. שנה זו זכתה לכינוי המחייב והמרהיב "שנת הפלאות", Wunderjahr בשפתו הגרמנית של האחראי הישיר לכינוי שדבק בה - אלברט איינשטיין. הייתה זו שנה יוצאת דופן בה פרסם איינשטיין לא פחות מארבעה מאמרים פיזיקליים פורצי דרך, אשר שינו את כל החשיבה ומה שהיה ידוע עד לאותה נקודת זמן בארבעת ענפי הפיזיקה בהם עסקו המאמרים.

מאת: מעיין סבןפיזיקה16/04/155183 צפיות
מגישים מקצוענים בבייסבול מסוגלים לגרום לכדור לנוע שמאלה, ימינה, למטה, ואפילו למעלה (בערך) על מנת שיחלוף על פני החובט של הקבוצה היריבה. הפיזיקה שמאחורי התהליך יכולה להיות מוסברת ע"י אפקט מגנוס.

מאת: שאול בלספיזיקה15/09/142287 צפיות
מה הקשר בין נדל״ן על הירח לאנרגיה גרעינית

מאת: ש.פ.פיזיקה16/03/149503 צפיות
המאמר מציג הבנה חדשה על מסע בזמן ושימור החומר והאנרגיה

 
 
 

כל הזכויות שמורות © 2008 ACADEMICS
השימוש באתר בכפוף ל תנאי השימוש  ומדיניות הפרטיות. התכנים באתר מופצים תחת רשיון קראייטיב קומונס - ייחוס-איסור יצירות נגזרות 3.0 Unported

christian louboutin replica