Введение.
Аналитическиеметоды оценкиотклика конструкцийна внешниевоздействияразличнойфизическойприроды безнатурногомоделированиявозникли довольнодавно. Появлениеи развитиевычислительнойтехники далоновый толчоксовершенствованиючисленныхметодов анализа, которые являютсясегодня основныминструментомрасчетчика.Средстваавтоматизацииинженерногоанализа, основанныена численныхметодах , сталинеотъемлемойчастью процессапроектированияизделия. Дляуспешногоприменениякаждый расчетныйпакет долженсоответствоватьдвум требованиям:
Воплощатьсамые эффективныечисленныеалгоритмы;
Предоставлятьпользователюразвитый наборсервисныхфункций поподготовкеисходных данныхи обработкерезультатоврасчета.
В зависимостиот степенисоответствияданным критериямвсе программныесредства автоматизации подразделяютсяна легкие, средниеи тяжелые. Степень«тяжести» вданном случаеявляется показателеммощности иэффективности.Рассмотримвозможности«тяжелых» ,т.е. наиболеемощных расчетныхкомплексов.
Ansys(ANSYS, Inc.)
Ansysужеболее 25 лет входит в число лидирующихтяжелых конечно-элементныхрасчетныхкомплексов.Начинавшийсякак системадля внутреннегоиспользования фирмы Westinghouse Electric, Ansys проник из своей«материнской» области , ядернойэнергетики,во все области промышленности,завоевав довериемногих тысяч пользователейпо всему миру.Такой успехдостигнут наоснованииследующихважнейшихотличительных особенностей:
Ansys–единственнаяконечно-элементнаясистема с такимполным охватомявлений различнойфизическойприроды:прочность,теплофизика,гидрогазодинамика и электромагнетизмс возможностьюрешения связанныхзадач , объединяющихвсе перечисленныевиды;
Широчайшаяинтеграцияи двухстороннийобмен даннымисо всеми CAD/ CAE / CAM –системами;
Открытость(то есть модифицируемостьи дополняемость);
Самыйвысокий показатель«эффективность/стоимость»;
Средимножестваконечно-элементныхпрограммныхкомплексовAnsys– первый иединственный, разработанныйи сертифицированныйсогласномеждународнымстандартамISO9000 и ISO9001;
Ansysпредоставляетуникальнуюпо полноте исамую обширнуюпо содержаниюсовременнуюсистему helpна основегипертекстовогопредставления, доступ к которойосуществляетсяв интерактивномрежиме online.
ПрепроцессорAnsys позволяет нетолько создаватьгеометрическиемодели собственнымисредствами, но импортироватьуже готовые,созданныесредствамиCAD-систем.Надо отметить,что геометрическаямодель в дальнейшемможет бытьмодифицированалюбым образом,поскольку приимпорте осуществляетсяперетрансляцияданных в геометрическийформат Ansys,и деталь неподменяется«неприкасаемой»конечно-элементнойсеткой. Пользовательможет удалятьнесущественныемелкие подробности,достраиватьопределенныедетали, проводитьсгущение/разрежениесетки и другиеважнейшиеоперации , безкоторых дальнейшеерешение можетбыть совершеннонекорректно или вообщеокажетсянедостижимым.Построениеповерхностей,твердотельной и каркасной геометрии ивнесение изменений осуществляетсясредствамисобственногогеометрическогомоделера.
Какуже отмечалось,Ansysпозволяетрешать проблемыпрочности,теплофизики,гидрогазодинамики,электромагнетизмасовместно срасчетом усталостныххарактеристики процедурамиоптимизации.Единая системакоманд и единаябаза данныхполностьюисключаютпроблемы интеграциии взаимногообмена междууказаннымисферами. Болеетого, в программеиспользованыспециализированныеконечные элементы,имеющие , помимоперемещений и поворотовв узлах , степенисвободы потемпературе,напряжению и др., а такжепереключениятипа элемента, напримерэлектромагнитногона прочностной.Благодаря этому,в программе реализованыуникальныевозможности проведениясвязанногоанализа. Оптимизацияконструкции, таким образом, может вестисьс учетом всегомногообразияфизическихвоздействий на нее.
В результатемноголетнегосотрудничествафирм ANSYSInc. и LSTCв программувключен модульANSYS/LS-DYNA– полностьюинтегрированнаяв среду Ansysвсемирно известнаяпрограмма длявысоконелинейных расчетов LS-DYNA.Соединениев одной программнойоболочке традиционныхметодов решенияс обращениемматриц и математическогоаппарата программыLS-DYNA,которая использует явныйметод интегрирования, позволяетпереходитьс неявного наявный методрешения и наоборот.Описанныйподход объединяетпреимуществаобоих методови позволяетчисленно моделироватьпроцессы формованияматериалов,анализа аварийныхстолкновений (например, автомобилей)и ударов приконечных деформациях, нелинейномповеденииматериала иконтактномвзаимодействиибольшого числател. С использованиемэтой функцииперехода могутбыть решенызадачи динамическогоповедения предварительнонапряженныхконструкций(попаданиептицы в преднапряженную турбину двигателя,сейсмическийанализ сооружений, нагруженных,например ,собственнымвесом и т.д.) изадачи исследованияразгрузкиконструкций,подвергнутыхбольшим деформациям(упругое пружинениетонкого штампованноголиста и т.д.).
LS-DYNA(Livermore Software Technologies Corp.)
LS-DYNA– многоцелеваяпрограмма ,использующаяявную формулировку метода конечныхэлементов(МКЭ), - предназначенадля анализанелинейногодинамическогоотклика трехмерных упругих структур.LS-DYNAбылазадумана какчасть обороннойпрограммы США и до сих порявляется ею.
Полностьюраспараллеленный и векторизованныйвысокоэффективныйалгоритм решениянелинейныхи быстротекущихпроцессов ,автоматизированныйпроцесс решенияконтактныхзадач , а такжемножествофункций попроверке получаемогорешения позволяют инженерам вовсем мире успешнорешать сложнейшиезадачи удара,разрушенияи формования.
Уникальныйматематическийаппарат включаетболее 25 алгоритмовконтактноговзаимодействия,более 100 уравненийсостояния, чтопозволяетрешать задачи:
Нелинейнойдинамики;
Тепловые;
Разрушения;
Развитиятрещин;
Контакта;
Квазистатики;
ЭйлеровойформулировкиМКЭ;
Произвольноголагранж-эйлероваповедения;
Акустикив реальноммасштабе времени;
Многодисциплинарногоанализа:прочность,теплофизика,акустика;
Всеприведенныеаналитическиеинструментыпозволяютмоделироватьширокий круг реальных задач.Вот лишь некоторые приложениявозможностейLS-DYNA:
Оценкасопротивляемостиудару (краш-тест):автомобили,летательныеаппараты, поезда,суда;
Анализдинамическойпрочностиавтомобильныхкомплектующих:кузов, бамперы, колесныедиски, рулевыеколонки и т.д.при движениипо неровнойповерхности;
Оценкабезопасности пассажира:взаимодействиевоздушнойподушки ивиртуальноймодели человекас моделированиемремней безопасности,прорыв подушкибезопасностии др.;
Формованиеметалла , стекла,пластиков:прокат,выдавливание,штамповка,волочение ,сверхпластическоеформование,резка, прокатпрофилей, литье,глубокая вытяжка,гидроформование(включая большиедеформации)и многоступенчатыепроцессы;
Птицестойкостьи задачи оботрыве лопаткитурбинныхдвигателей;
Взаимодействиепотоков жидкостии газа с конструкцией;
Взрывнаянагрузка наизделия;
Задачипроникания(пробиваниеброневой пластины,внедрение вгрунт пенетраторови т.п.);
Расчетсварных, заклепочныхи болтовыхсоединений;
Биомедицинскиеприложения;
Моделированиеземлятресений.
Eta/DYNAFORM(Engineering Technologies Associates)
Eta/DYNAFORM– специализированныйпрограммныйкомплекс,ориентированныйна моделированиепроцессовлистовой штамповкии использующийв качестве ядраматематическийаппарат программыLS-DYNA.
Пре-и постпроцессингDYNAFORM построенс учетом всехспецифическихособенностейтехпроцесса: онавтоматизируетстандартныеоперации подготовкирасчетной схемыи функции оценкии интерпретациирезультатованализа и базируетсяна общепринятойтерминологии, знакомой каждому инженеру-технологу.Инструментарийпрограммывключает:
Автоматическоепостроениесеток;
Адаптивныесетки с анимациейистории построения;
Обширнуюбиблиотекупромышленныхматериалов;
Автоматизированноепозиционированиеинструмента;
Вовлечениеявлений потериустойчивостилиста – коробления;
Расчеттангенциальныхусилий под прижимами(тормознымиребрами);
Расчетупругой разгрузкиизделия ;
Высококачественнуювизуализациювсех результатови анимацию;
Построениепредельной диаграммы“формуемости”.
ADAMS(MechanicalDynamics, Inc.)
Насегодняшнийдень ADAMSнаходитприменениев автомобилестроении,авиастроении,космонавтике,железнодорожномтранспорте,общем машиностроении,судостроении,робототехнике,приборостроении,биомеханикеи даже в индустрииотдыха и развлечений.
ADAMSпредоставляетпользователямследующиевозможности:
Создаватькомпьютернуюмодель системыиз жестких идеформируемыхэлементов,соединенныхмежду собойразличнымисвязями и шарнирами;
Создаватьпараметризованнуюмодель на базе ядра твердотельногомоделирования Parasolid, а такжеобмениватьсягеометрическимимоделями вформатах IGES,STEP, DXF, DWG, STL;
Визуализироватьмодель конструкциимощными средствамиграфики;
Задаватьвынужденныеперемещенияи движенияэлементовсистемы иприкладыватьактивные внешниесилы и моменты;
Проводитьстатический,динамическийи кинематическийанализ системы;
Визуализироватьдвижение системыи фиксироватьзаданные события;
Анализироватьвлияние вариацийпараметровконструктивныхэлементов наповедениесистемы (анализчувствительности);
Оптимизироватьизделие позаданномукритерию;
Получатьрезультатыанализа в удобномдля оценке иинтерпритациивиде:графики,таблицы, анимация(высококачественнаяанимация, втом числе испециализированная– с «точки зренияводителя»,облет движущегосяизделия камеройпо заданнойтраектории,«следящаякамера» и т.д.);
Производитьдвухстороннийобмен информациейс программнымикомплексамиавтоматизированногопроектирования, конечно-элементногоанализа, анимации;
Настраиватькомплекс подтиповые задачиконкретногопользователя;
Использоватьспециализированныемодули, ориентированныена конкретныеобласти техники(автомобильная,железнодорожная);
Определятьвсе параметрыдвижения системыкак из абсолютножестких, таки из упругихзвеньев;вычислятьусилия в связяхи реакции вопорах с полнойисторией измененияпо времени,приходящиеусилия на элементыуправления;определятьвзаимное перемещениесоставныхчастей, перемещениеи углы поворотав шарнирах ;проводитьстатический и модальныйанализ и многоедругое.
Star-CD(ComputationalDynamics)
Star-CDбылапервой в мирепрограммой,включившейв себя процедурутак называемых скользящихсеток. Эффективнаяпараллелизацияалгоритмарешения , основанногона примененииметода конечныхобъемов, в сочетаниис уникальнымиметодикамиавтоматизированногоразбиенияобласти теченияпозволяетмоделироватьзадачи любойстепени геометрическойсложности.
ТрадиционнымиобластямипримененияStar-CDявляются следующиеобласти:
Транспорт;
Энергетика;
Химическаяи обрабатывающая;
Общеемашиностроение;
Строительная;
Электротехническаяи электронная;
Газо-и нефтедобыча;
Star-CDявляетсямногоцелевымединым CFD-пакетом,предоставляющимпользователюследующиевозможностидля решениязадач механикижидкостей игазов на всехтипах сеток:
Стационарныеи нестационарныетечения;
Ламинарныетечения – модельНьютона иненьютоновскиежидкости;
Турбулентныетечения (применяетсянескольконаиболее известныхмоделей);
Сжимаемыеи несжимаемые(включая около-и сверхзвуковые);
Теплоперенос(конвективный,радиационный,теплопроводностьс учетом твердыхтел);
Массоперенос;
Химическиереакции;
Горениегазообразного,жидкого и твердоготоплива;
Распределенноесопротивление(например, впористых средах,теплообменниках);
Многокомпонентныетечения;
Многофазныепотоки– модель Лагранжа(дисперсныегазы – твердоетело, газ –жидкость, жидкость– твердое тело,жидкость –жидкость) ;
Многофазныепотоки – модельЭйлера;
Свободныеповерхности;
К числудругих возможностейотносятся:
Графическийи командныйввод;
Специализированныережимы работы«новичок»/«эксперт»,сопровождаемыеинтерактивнымиподтверждениямии средствамиподсказки;
Обширныйнабор средствпостроениясеток, включаяавтоматизированноесгущение;
Импортгеометрическихмоделей в форматахSTL,IGES иVDAFS;
Интерфейсык CAD/CAE– программам,включая трансляциюконечно-элементныхмоделей, графическоепредставлениерезультатови др.:Ansys, HEXAR, ICEM, I-DEAS, Nastran, Patran, Hypermech иSAMM;
Разнообразныесредствавизуализациии обработкирезультатов(векторные,цветовые контурныезаливки, изоповерхности,сечения, трассировкачастиц, анимацияи др.);
Экстаполяциярезультатовна сетке иповерхностипроизвольноговида (используютсядля выдачирезультатовв конечно-элементныепакеты);
Построениеграфиков;
В качествепрепроцессора в Star-CD используетсяSAMM(Semi Automatic Meshing Methodology – «полуавтоматическаятехнологияразбиения»)разработкаинжиниринговой фирмы Adapco.SAMMпредоставляетследующиевозможности:
Использованиесмешенныхсеток как изчетырех традиционных(например,гексагональныхи тетраэдрических), так и из уникальныхсрезанныхпризматическихэлементов;
Процедураавтоматической«сшивки» полейпараметровв смежных областях с несовпадающейразбивкой –произвольныйинтерфейс;
Автоматизированноеадаптивноесгущение, основанноена оценке ошибкирасчета;
Динамическоеискажение(подстройка)сетки для решениязадач с переменнымиграничнымиусловиями (например ,поршневыедвигатели);
Временно-зависимые,так называемыескользящиесетки с использованиемалгоритма«произвольныйинтерфейс»для лопаточныхмашин и др.;
Дополнительныеадаптивныепроцедурыперестройки(такие, какдинамическоевнедрение иудаление элементови до.);
Множественныевращающиесясистемы координатдля моделированияпроцессов,происходящихв многоступенчатыхтурбинныхнасосах, вентиляторахи т.д.;
Средстваучета циклическойсимметрии илидругих видовпериодичностидля лопаточных и многоступенчатыхмашин с цельюуменьшенияразмерностизадачи.
Star-CDиспользуетвысокоэффективныечисленные алгоритмы. Какправило для,для каждых 100тыс. ячеек требуетсяоколо 39 Мбайтпамяти. ВерсияStar-CD длямногопроцессорныхплатформ Star-CDHPC обеспечиваетпрактическилинейное приращениескорости счета(так, например,на 60-процессорнойплатформе былодостигнуто57-кратное ускорение).
Устойчивыечисленныепроцедурыобеспечиваютвозможностьрешения сверхбольшихзадач (например,для моделированияобтеканиямашины Е-класса специалистыMercedesBenz использовалимодель из 10 000 000элементов.Решение проводилосьна 128-процессорном компьютереIBMSP2. Запроспамяти подзадачу составил6000 Мбайт.
CADfix(Finite Element Graghical Systems)
Компанияоснована в 1970году. Базой длясоздания послужилконечно-элементный пакет FAMсобственной разработки. Основным направлениемдеятельностиявляется разработка универсальногосредства трансляциигеометрии исозданияконечно-элементныхмоделей CADfix.
CADfixпредназначендля пользователейпрофессиональныхCAD/CAE/CAM– программных комплексов,которые ежедневносталкиваютсяс потерей данныхпри трансляциимоделей изодного комплексав другой. Программаявляется единственнымспециализированнымпродуктом длявосстановления сбойной геометриии реэкспортаданных.
Индивидуальныеособенностивнутреннегопредставлениягеометрии всистемахпроектирования,а также использованиев качестве«твердотельногоядра» различныхсистем, приводятк частичнойпотери данныхпри записи внейтральныеформаты IGES,SAT, STL и др., в то времякак системазачастую поддерживает только такиенейтральныеформаты импорта/экспорта.Полученнуюв таком видемодель иногдавообще невозможноиспользовать.Чем сложнеегеометрия ичем большежелание использоватьпостроеннуюуже однаждымодель , тем больше сбоев возникает припопытке ееимпорта. Различногорода несвязанности , частичнаяпотеря поверхностей, целый лес ненужныхвспомогательныхлиний и необрезанныхповерхностей– это лишь неполныйсписок всеготого, что способнопросто-напростоотравить пользователюжизнь.
Всевышеперечисленныепроблемы могутбыть решенытолько с применениемпакета CADfix,в основу которогоположен 18-летнийопыт практических работ компаниив этой области. Программавключает уникальныйнабор средствпо восстановлениюгеометрическихмоделей, вплоть до получения твердотельной модели понесвязанному каркасномунабору опорныхлиний , а такжепо модификациии экспорту геометрическихфайлов. Однимиз важнейшихпредназначенийCADfixявляетсятакже созданиерасчетныхмоделей для конечно-элементногорасчета – доводкатвердотельнойгеометрии доприемлемогодля разбиениясостояния инепосредственнаяразбивка наконечные элементы. Чтобы охарактеризоватьвозможностиCADfix, приведемсписок наиболееважных из них:
Автоматическоесканированиеи визуализацияобнаруженныхпроблем с подсказкойметодики разрешения;
Автоматизированнаяитерационнаяпроцедуравосстановлениямодели;
Обрезка поверхностей;
Сшивкав пределахавтоматически определяемойили задаваемой пользователемточности;
Параметризованное «схлопывание»линий и поверхностей;
Разбиениетвердых телна более простыесоставляющие;
Наличие собственногосеточногогенератора;
Приложениеграничныхусловий дляконечно-элементногоанализа;
Экспортвосстановленной геометрии вформатах IGES,Parasolid, SAT, STL;
Прямаяпередачавосстановленнойгеометрии вAnsys,Patran;
Экспортконечно-элементнойсетки в Ansys,LS-DYNA, Nastran идр.
C-MOLD(Advanced CAE Technology, Inc.)
Фирмаоснована в 1986году в тесномсотрудничествес GEPlastics, GM Research, DuPont, Ohio State University ивыпускаетлидирующийв области численногомоделирования процессовобработкипластмасспрограммныйкомплекс C-MOLD.
Основаннаяна МКЭ программаC-MOLD предназначенадля компьютерногомоделирования процессовобработки всехвидов пластмасс.В программереализовано моделированиемножестватехнологических процессов, вчастности:литья,термопластовпод давлением, инжекционноголитья с применениемгаза, процессовдвухкомпонентноголитья, пневмовакуумформовкис учетом явленийусадки и коробленияи многих других,а кроме того,расчет параметровматериала иизделия на всехстадиях обработкис возможностьюоптимизациикак литьевойформы (положение,форма литникови т.д.), так и самогоизделия.
COMET/Acoustics(Automated Analysis Co)
ААСбыла основана12 января 1983 года.Сейчас ААС - инженерно-консалтинговаяфирма, являющаясяодним из дистрибьюторов ANSYSи некоторыхдругих программв США, - занимаетсятакже разработкойпрограммногообеспечения и проведениемрасчетов позаказам промышленности.ACC сотрудничаетс ведущимипроизводителямиCAD/CAE/CAM.
Программный комплексCOMET/Acoustics позволяетразработчикамеще на стадии проектированияизделия расчетнымпутем оценить его акустическиесвойства иоптимизироватьконструкцию. Он применяетсяв автомобтльной, легкой, аэрокосмической промышленности,в машиностроении,при проведениенаучных исследований.
Вкомплекс входятдва специализированныхмодуля:
SAFE(Structural Acoustic Foam Engineering), которыйпозволяетанализироватьпроцесс прохожденияакустическойэнергии черезпеноподобные материалы;
SAOpt(Structural Acoustic Optimization) , которыйпозволяетодновременнооптимизироватьдизайн конструкциии ее акустическиехарактеристикибез утомительныхитерационных расчетов инепрерывного переключенияс акустическогоанализа напрочностной.
ProCAST(UES,CALCOM)
Согласноисследованиям, проведеннымиэкспертамиNASA,ProCAST признананаиболее мощнойи корректнойпрограммойдля расчеталитейных процессов.ProCASTпозволяетинженеру-проектировщикурассчитыватьи визуализироватьв трехмернойпостановкепроцесс теченияи отвержденияметалла в форме,предсказыватьмикроструктуру, возникновениераковин, пористости,оптимизироватьположениелитников,минимизироватьостаточныенапряжения,контролироватьтепловой баланссистемы «отливка-форма»и т.д.
По результатамрасчета могутбыть полученыоптимальные расположениявыпора (газоотвода),холодильника,литьевых каналов.
ProCAST построенапо модульнойсхеме:
Тепловойанализ;
Анализпотоков;
Сеточныйгенератор;
Радиационный анализ;
Прочностнойанализ;
Моделированиемикроструктур;
Модульинверсионногомоделирования;
Электромагнитныйанализ.
МодульMechCAST производитавтоматизированную генерациютрехмерныхконечно-элементныхсеток на базеимпортированныхиз CAD-системмоделей. MechCASTработает соследующими графическимиформатами:IGES, STL, Unigraphics Parasolids ,а также имеетпрямой интерфейс двухстороннегообмена даннымис Pro/Engineering, Unigraphics иконечно-элементнымипакетами Ansys,I-DEAS, Patran, Hypermesh, Ifem, Gfem, Aries, Fam.
Pro/Engineer
Pro/MESH,Pro/FEM-POST иPro/SURFACE– модулиPro/Engineerдля расчетана прочностьметодом конечныхэлементов.
Pro/MESHобеспечиваетконструкторувозможность создания сеткиконечных элементовдля моделей,полученныхв Pro/Engineer.Тонкостенныеи твердотельныеобъекты могутавтоматическимоделироваться, разбиватьсяи экспортироватьсяв раздичныепрограммы длядаоьнейшегоанализа. Pro/MESH являетсядополнительныммодулем семействаPro/Engineer.
Pro/FEM-POSTобеспечиваетполный наборвозможностейпостпроцессора для анализарезультатов, полученныхметодом конечныхэлементов(МКЭ), и предоставляетпользователям возможностьотображатьрезультатыанализа в средеPro/Engineer. Pro/FEM-POST упрощаетпроцесс сквозногопроектирования/анализав интегрированнойсреде, объединяющейполную ассоциативностьPro/Engineer с возможностямисовременногопостпроцессора,для анализарезультатов,полученныхметодом конечныхэлементов. Дружественный пользователюинтерфейсобеспечивает проверку правильностирешений припроектированиии оптимизациина ранних этапахразработкиизделия. Pro/MESH является необходимымусловием построениясетки дляPro/FEM-POST.
Pro/SURFACE расширяетвозможностиPro/Engineer , предоставляяинструментыдля эффективнойразработкии усовершенствования наиболее сложных геометрическихповерхностейи поверхностейсвободнойформы. Так каквсе поверхности, созданные вPro/SURFACE, полностьюассоциативны, многочисленныепроекты могутоцениватьсялегко и быстро.С помощью Pro/SURFACEразработчикимогут создаватьмодели со сложнымиповерхностямидля аэрокосмическойпромышленности,а также товарынародногопотребления.
Pro/MESH.Моделированиедля анализа методои конечныхэлементов.
Pro/MESHбыстро и просторазбиваетмодели Pro/Engineer , чтосокращает цикл“моделирование-тестирование”и улучшаеткачество изделия.После разбиениямодель можетбыть переданаво внешниепрограммыанализа длявычислениятермонапряженногосостояния,потока жидкости,перемещения,теплопередачи,механизиа образованиятрещин , усталости и представленияо коррозийнойсреде.
Этотмодуль автоматическисоздает сеткув соответствии с требованиямиконструктора , который можетинтерактивно уточнять еетам, где этонеобходимо.Пользователимогут быстро оценивать различныеконфигурации моделей приразличных окружающихи геометрическихусловиях. Этаинтерактивнаясвязь сокращаетвремя анализа, позволяетисследоватьбольше вариантовконструкции, обеспечивает большую гибкость проекта и качестваизделия.
Pro/MESH дает конструкторувозможность создаватьмодели дляанализа методомконечных элементов.Эти возможности, в частности,позволяютконструкторупроизводитьследующиедействия:
Быстосоздаватьсетки конечныхэлементов. Длясоздания моделив Pro/MESHнеобходимопройти следующие этапы. Во-первых, параметрическиенагрузки играничныеусловия прикладываютсянепосредственнона геометрию(поверхности,грани или точки).Точность разбиенияопределяетсядопустимымиглобальнымии/или локальнымиразмерамиэлемента исвойствамиматериала,определенными в модели. Ипоследний этап- Pro/MESH автоматическиразбиваетдеталь, показываетрезультатыпри просмотреи определяеткачество разбиения.
Создаватьразличныеэлементы. Pro/MESHпозволяетсоздавать оболочечныеэлементы(треугольныеи четырехугольные),объемные(тетраэдры),массовые элементыи различные одноразмерныеbar-элементы(например, брусы,gap-элементы,пружины , балки).
Определятьположениятонкостенногооболочечногоэлемента. Pro/MESH облегчаетвысокоточныйанализ тонкостенныхмоделей (например,пластмассовоелитье и деталииз металлическоголиста) с автоматическимопределением пар на параллельныхповерхностях и расположением оболочечногоэлемента нацентральнойповерхности.Если предпочтительнанаружная ,внутренняяили определеннаяпользователемповерхность,она может бытьуказана.
Определятьконтактныеусловия вконечно-элементнойсборке моделей.Pro/MESH позволяетконструкторуопределять контактныеусловия между“склеенными” деталями всборке. Еслинеобходимо,соответствующий bar-элементавтоматическисоздается длямоделированияконтактныхусловий. Те жесамые параметрические нагрузки, граничныеусловия и размерыэлементов,которые определеныв детали, используютсяв сборке.
Модифицироватьпараметры иусловия. Нагрузки,граничныеусловия, размерыэлементовмогут бытьмодифицированыв любое времяв процессепроектирования.Нагрузки иразмер элементамогут контролироватьсятакже путемиспользованиясоотношения.
Экспортироватьданные разбиениядля внешнегоанализа. Весь процесс анализа, от созданиясетки до постпроцессорнойобработки, может бытьпроведен всреде Pro/Engineer. Сразу послесозданияконечно-элементноймодели онаможет бытьвыведена в различныепрограммы МКЭдля решениянепосредственноиз интерфейса.Форматы файлов, в которых могутбыть выведеныданные о разбиении,включают такиепромышленныестандарты, какPATRAN, ANSYS, NASTRAN, SUPERTAB, COSMOS/M. Pro/MESH может создаватьнейтральныйфайл FEMNeutral, переносящийинформациюо конечно-элементноймодели в любойопределеннойпользователем транслятор.Помимо этого,находясь всреде Pro/Engineer,пользовательможет просмотретьрезультатырасчетов, используяPro/FEM-POST.
Pro/FEM-POST.Графическоепредставление результатовконечно-элементногоанализа в пакетеPro/Engineer.
Pro/FEM-POSTобеспечиваетвысокий уровень функциональностиблагодаряпростому виспользованииинтерфейсу.Возможностьполучениярезультатовв контексте геометрииисходной детали,а не просто сетка, объединеннаяс возможностьюобратной связидля передачирезультатови автоматическойрегенерацииновой конструкциидетали, позволяетинженеру использоватьинформацию, полученнуюметодом конечныхэлементов, новыми и болеесовершеннымиметодами.
Спомощью Pro/FEM-POST пользовательможет задействовать возможностилучших в своемклассе системМКЭ , не выходяиз среды Pro/Engineer. Улучшаетсяпроизводительность,посколькуотсутствуетнеобходимостьисполнениямножественныхпрограмм итранслирования файлов между системами.
Пользователю придется изучитьтолько один пользовательскийинтерфейс. Инженеры , которые в настоящеевремя работаютс Pro/Engineer , сразу жесмогут эффективноиспользоватьPro/FEM-POST.
Pro/FEM-POSTпомогаетразработчикам создаватьразличныеварианты конструкций на самых раннихэтапах процесса разработки. В конечном счете этоспособствуетповышениюкачества продуктаи уровня конкурентноспособностина рынке.
Спомощью Pro/FEM-POSTпользователимогут оптимизироватьгеометриюдетали, определяясоотношение, которые будутпараметрическиизменять деталь,основываясьна результатаханализа.
БлагодаряPro/FEM-POST инженерымогут располагатьследующимипреимуществами:
Хорошаясвязь с ведущими системамиМКЭ. Pro/FEM-POST тесносвязан с несколькимиведущими системамирешений аналитическихзадач с помощьюМКЭ , такими ,как MSC/NASTRAN, ANSYS, COSMOS/M иPATRAN. Пользователипроектируютсвои детали, прикладываютнагрузки, задаютграничныеусловия иавтоматическисоздают сеткув Pro/Engineer.Затем простым выбором поляменю пользовательпередает сеткуво внешнюю систему расчета.
Сохранение информациимодели и геометриив процессеанализа. Всеподдерживаемые характеристикимодели, такие, как сохранение точки взгляда, конфигурациислоев, цвет,будут сохраняться во время процесса“проектирование– анализ”. Сеткаи геометриядетали остаютсясвязаннымив течении всегоэтого процесса.Это позволяетпользователюPro/FEM-POST запрашиватьспецифическуюинформациюоб элементахдеталей, такую,как максимальноенапряжениевдоль ребраили поверхностидетали.
Графическийпросмотррезультатов. С помощьюPro/FEM-POST пользователимогут отображатьразличныерезультаты,включая эквивалентное напряжениепо Фон-мизесу,главные исоставляющиенапряжения, энергию деформации,тепловые напряжения.Также доступныграфические просмотрыпоступательныхи вращательныхперемещений,температуры,тепловогопотока и тепловогоградиента.
Выборразличныхтипов просмотра.Типы просмотравключаютцветотеневые контуры, изолиниии изоповерхности. Все виды тонированныхи проволочныхпросмотровмогут бытьвизуализированы с использованием динамическиориентированной плоскостисрезе. Геометрическоеперемещениеможно отобразитьна недеформированном или совмещенномвидах. Цветоваяпалитра и диапазон,расстояниемежду линиямиконтура и ихколичество могут определятьсяпользователем.Максимальныеи минимальные значения могутотображатьсянепосредственнона геометриидетали длявсех характеристик.Любой результатможно отобразитькак функцию расстояниявдоль ребрадетали дляодного илинесколькихвариантовприложениянагрузок.
Статистическоепредставлениелюбых численныхрезультатов.Статистическиерезультатымогут быть отнесены к глобальнымили локальным,в соответствиис выбраннымребром и/или поверхностью.Максимальное, минимальное,среднее значениеи дисперсия могут бытьрассчитаныдля каждоготипа результата.
Созданиепараметров.Локальные илиобщие параметры могут бытьопределеныдля всех результатовМКЭ, доступныхPro/FEM-POST. Эти результирующиепараметрымогут быть использованыв соотношенияхPro/Engineer для управлениягеометриейизделия.
Pro/SURFACE.Расширенныевозможностимоделированияповерхностейдля сложных конструкций.
Pro/SURFACE использует тот же самыйинтуитивныйпользовательскийинтерфейс, чтои Pro/Engineer; сложные конструкциии поверхности,таким образом,непосредственномогут бытьсозданы в любоймодели Pro/Engineer. Вся геометрия, созданная вPro/SURFACE, являетсяпараметрическойи доступной, что дает возможностьбыстрой и легкой оценки несколькихвариантов конструкции. При изменении поверхностей модели вседругие деталии сборки Pro/Engineer , к которым относитсяэто изменение,модифицируетсяавтоматически.Например , изменения,сделанные вповерхностноймодели крыласамолета иликузовной панели автомобиля,распространяютсяна геометрию всех структурныхэлементов внутреннейподдержки идругих связанныхкомпонентов.Расширенныевозможности моделированияPro/SURFACE и гибкостьконструкцииPro/Engineer позволяютбыстро оптимизироватьвесь единыйцикл “проектирование-производство”большинствагеометрическихмоделей , уменьшитьвремя выходапродукта нарынок и улучшитькачество изделия.
Длясоздания иусовершенствования наиболее сложных конструкцийPro/SURFACE предлагаетинженерамполный наборпараметрическихинструментов:
Выдавливаниеили вращениепоперечныхсечений. Нарисованныесечения выдавливаютсяна определеннуюглубину илиразворачиваютсяна определенный угол относительно плоскости эскиза. Поверхностимогут бытьвыдавлены илиразвернутыдо существующихповерхностей,кривых илиточек.
Протяжкасечения. Поперечныесечения могутпротягиватьсяпо одной илинескольким двухмернымили трехмернымкривым илиребрам, оставаясьперпендикулярными или располагаясьпод определеннымуглом к траектории.Смежные поверхностимогут бытьиспользованы для определения условия касательностиили кривизнывдоль границыпротяжки.Параметрами и размерамипоперечных сечений можно управлять спомощью графиковили уравнений.
Натяжкаповерхностимежду кривымиили сечениями.Pro/SURFACEпредлагаетмощные инструменты для созданияточных или аппрксимированныхповерхностей,натянутыхмежду кривыми.Многочисленныедвухмерныеи трехмерныекривые илиребра, расположенныев одном илидвух направлениях,определяюткаркас и границыповерхности.Смежные поверхностимогут бытьиспользованыдля определенияусловия касательностиили кривизны.Поверхностимогут такжебыть созданыпутем натяженияна несколькосечений вдольдвухмернойили трехмернойтраектории.Управлятьгеометриейпоперечных сечений можнос помощью графиковили точек, импортированныхиз файла.
Изгибповерхности вдоль траектории.Пользовательможет изгибатьповерхностиили твердотельныемодели по двухмерными трехмерным кривым приуправлениигеометриейпоперечныхсечений с помощьюграфиков илиуравнений.Приложениявключают изгибающиесяповерхноститипа входныхколлекторовтурбонагнетателейи любой другойгеометрии,связанной с течением различныхпотоков, котораясоздаетсяпрямолинейно,но затем изгибается.
Экстраполяцияповерхности.Границы поверхностимогут расширятьсяпо касательнойк поверхностис сохранениемкривизны поверхностиили вдольопределенного направления.Для экстраполяциимогут бытьвыбраны несколькоили все границыповерхности.Границы могутбыть расширенына постоянныеили переменныерасстоянияили до определенныхточек.
Обрезкаповерхности.Поверхностиобрезаютсяпутем проецирования,разворота илипротяжки сечений.Поверхностимогут бытьобрезаны вместе пересеченияс другимиповерхностямипо линии силуэта,видимой с определеннойточки, или могутбыть вырезаныкривыми, лежащимив этих поверхностях.Углы поверхностей могут бытьскругленырадиусомопределенногозначения.
Созданиескруглений.Используя тотже пользовательскийинтерфейсPro/Engineer , что и примоделированиитвердых тел,Pro/SURFACE позволяетсоздаватьскругленияс постоянными переменнымрадиусом, атакже сопряженияс круговыми или коническимипоперечнымисечениями вповерхностноймодели.
Управлениеформой поверхности.Пользователимогут динамически“вдавить” и“вытянуть”зоны на поверхностии твердотельноймодели дляинтерактивныхизмененийформы новыхили существующихповерхностей.
Смещениеповерхностей.Pro/SURFACE позволяетотдельнымповерхностямили “заплаткам”поверхностейбыть смещеннымипо перпендикулярук поверхности.
Смещение, разворот иотображениеповерхностей.Поверхностимогут бытьсмещены относительносистемы координат, развернутыотносительнооси или зеркальноотображеныотносительноплоскости.
Анализповерхности.Pro/SURFACE предлагаетмногочисленныеинструментыдля анализа:определениекривизныповерхности, кривизны Гауссаи кривизнысечений, уклона,перепендикулярови отраженныхкривых.
Созданиетвердого телапо поверхности.Pro/SURFACEможет быстрои легко создаватьтвердотельныемодели. Пользователимогут “заполнятьтвердым телом”пространство, ограниченноесо всех сторонповерхностями,или создаватьтонкостенныемодели, добавляя“толщину” водну или двестороны открытыхповерхностей. Поверхноститвердотельноймодели могутбыть такжезаменены спомощью “заплаток”поверхностей.Кроме того,поверхностисложной геометриимогут бытьиспользованыдля удаленияматериала изтвердого тела.
AutodeskMechanical Desktop.
Представляемпрограммныйпродукт, объединяющийв себе средстваконструированиядеталей,узлов и моделированияповерхностей.
Впакет Autodesk Mechanical Desktopвходят практическивсе необходимыеинженеру -конструкторусредствамоделированиягеометрическихобъектов. Онобъединяетв себе возможностиновейших версийизвестныхпрограммныхпродуктовкопании Autodesk:
Autocad Designer 2 для конструированиядеталей и сборочныхузлов.
AutoSurf3 для моделированиясложных трехмерныхповерхностейс использованиемNURBS - геометрии.
Автокадв качествеобщепризнаннойграфическойсреды САПР.
IGESTranslator для обменафайлами с другимисистемамиСАПР.
Плюсновый способорганизациивзаимодействияAutodesk Mechanical Desktop с другимимашиностроительнымиприложениями- система менюMCAD.
ДополнительныевозможностиAutodesk Mechanical Desktop:
Параметрическоемоделированиетвердых телна основеконструктивныхэлементов.
Конструктивныеэлементы.Произвольныеконструктивныеэлементы можномоделироватьпутем выдавливания, вращения исдвига плоскогоэскизногоконтура, а такжепутем отсечения фрагментовот твердотельныхобъектовпроизвольнымиповерхностями.
Вконструкциюможно включатьстандартныеэлементы: сопряжения(галтели), фаскии отверстия(в том числе сзенковкой,разверткойи резьбовые).
Параметрическиевозможности.Любойразмер можетбыть переменным.Переменныемогут использоватьсяв математическихформулах Переменнымиможно управлятьглобально припомощи таблицпараметров.
Моделированиеповерхностейпроизвольнойформы.Моделированиепримитивныхповерхностей(конус, шар,цилиндр) и сложныхповерхностейпроизвольнойформы.Моделированиетрубчатыхповерхностей,поверхностейнатяжения,изгиба, перехода;плавное сопряжениепроизвольныхповерхностей.
Расчетплощади поверхностии объема. Расчетмасс-инерционныххарактеристики анализ взаимодействиямоделей. Расчет площади,поверхности,массы и объемадеталей и сборочныхузлов. Расчетмоментов инерции.
Анализвзаимодействиядеталей в сборочныхузлах.
Геометрическиезависимости.Предусмотреныследующие типызависимостеймежду элементами:горизонтальность,вертикальность,параллельность,перпендикулярность,коллинеарность,концентричность,проекция, касание,равенстворадиусов икоординатХ и Y.
Наглядноеобозначениеналоженныхзависимостейспециальнымисимволами.
Средстваработы с эскизами.Построениеи редактированиенабросковстандартнымисредствамиАвтокада.Копированиеэскизов надругие грании модели.
Выполнениерабочих чертежей.Двунаправленнаяассоциативнаясвязь междумоделью и еечертежом.Автоматическоеудаление штриховыхи невидимыхлиний. СоответствиестандартамANSI, ISO, DIN, JIS и ЕСКД.Ассоциативноенанесениеразмеров ивыносок.
Конструированиесборочныхузлов.Сборкадеталей в узлы.Графическоеи логическоепредставлениеиерархическойструктурысборочногоузла. Организациядеталей и подузловв виде внешнихссылок.
Наложениезависимостейна компонентыузлов.Заданиерасположениядеталей относительнодруг друга поих ребрам, осямили граням.Возможностьсвободно-координатногорасположениядеталей. Графическаяиндикациястепеней свободыкомпонентов.
Выполнениесборочныхчертежей.Выполнениесхем сборки-разборки.Проставлениеномеров позицийна сборочныхчертежах иавтоматическийвыпуск спецификаций.
Требованияк системе.Компьютер,совместимыйс 486/66 или Pentium. Операционнаясистема MS-DOS 5.0 иливыше. Windows NT, Windows 95 илиWindows 3.1.
Рекомендуемыйминимальныйнабор аппаратныхсредств.Дляобучения персонала:Процессор486/66 ОЗУ 16МВ.Дляконструированиядеталей и несложныхузлов: ПроцессорPentium 60 или выше ОЗУ32MB .Дляиспользованияв производственныхцелях (сложныесборочныеузлы): ПроцессорPentium 60 или выше ОЗУ64MB .
AutoSurf
AutoSurf- расширениесистемы AutoCAD,предназначенноедля построенияи редактированияформообразующихкривых и сложныхповерхностей,построенияновых объектовна их основе,создания каркасныхмоделей. ПакетAutoSurf незаменимв автомобильнойи аэрокосмическойпромышленности- в тех областях,где требуетсямоделироватьгладкие поверхности.
AutoCADDesigner
AutoCADDesigner - расширениесистемы AutoCAD дляобъектно-ориентированногопараметрическоготвердотельногопроектированияна основе
конструкторско-технологическихэлементов. Присоздании моделиопределяютсяосновные правилапостроенияи взаимосвязимежду объектами.Система автоматическигенерируетразличныепроекции моделии формируетчертеж изделия.При этом сохранетсяжесткая связьмежду чертежеми моделью - любоеизменениемодели приводитк изменениюпроекций инаоборот. Всостав AutoCAD Designer входитмодуль интуитивногосозданиясборок.Наиболеевысока эффективностьпримененияAutoCAD Designer при разработкеи проектированиидеталей и конструкцийв машиностроении.
MSC/InCheckfor AutoCAD
Пользователи AutoCAD и Autodesk Mechanical Desktop могуттеперь оцениватьпрочностныехарактеристикиразрабатываемыхконструкцийс помощью всемирноизвестныхконечноэлементныхтехнологийфирмы The MacNeal-SchwendlerCorporation (MSC). MSC/InCheck, базирующийсяна этих современныхтехнологиях,позволяетбыстро и легкорешать возникающиев процессепроектированиязадачи.
Конечноэлементныйанализ (КЭА)давно используетсяв автомобильнойи
аэрокосмическойпромышленностив качественеотъемлемойчасти процесса
автоматизацииинженерныхисследований.Очень быстроэтот методпроникает ив другие отраслипромышленности,в которых базовымтребованиемявляется надежностьи эффективностьконструкций.
Обычно,при работе страдиционнымиконечноэлементнымисистемами, отпользователятребуетсяуглубленнаяподготовка.Легкий в использованиипрограммныйпродукт MSC/InCheck непредъявляеттаких требований.Он полностьюинтегрированв AutoCAD и Autodesk s Mechanical Desktop ипозволяетбыстро и простопроводитьоценку прочностныххарактеристикконструкции.
MSC- партнер фирмыAutodesk по совместнойпрограмме MAI(Mechanical Applications Initiative). Результатомтакого сотрудничестваи явилосьпредоставлениепользователям AutoCAD и Autodesk Mechanical Desktop возможностиработы с наиболеешироко распространеннымв мире программнымпродуктом вобласти конечноэлементногоанализа.
Подготовкамодели.Передсозданиемдорогостоящегопрототипа длянатурных испытаний,можно оценитькачества конструкциис помощьюMSC/InCheck, сначалапросто подготовивее твердотельнуюмодель.
Нагружениеи решение.Далеенужно нагрузитьи закрепитьэту модель всоответствиис реальнымиусловиями еефункционирования.Нагрузки могутбыть в видесил, давлений,температур,гравитациии центробежныхсил. MSC/InCheck имееттакже возможностьнастройки ивыбора свойствматериалови единиц измерения.После заданиявнешних условийна основегеометрическоймодели будетавтоматическиподготовленаконечноэлементнаямодель и проведенее анализ.
Обработкарезультатов.Мощныевозможностиобработкирезультатоврасчета позволяютлегко и быстрооцениватьпрочностныекачестваконструкции.Визуализироватьможно напряжения,деформации,перемещенияи все это - невыходя из MechanicalDesktop или AutoCAD !
Основныехарактеристики:
Удобныйпользовательскийинтерфейс.ДружественныйАссистент повыполнениюанализа (Analysis Wizard)подскажетпользователюпорядок формированияконечноэлементноймодели, выполненияанализа и обработкирезультатовПиктограммыдля наиболеечасто используемыхопераций.Встроеннаясправочнаясистема Настройкаединиц измерения
Типыанализа.Линейнаястатика .Собственныечастоты и формыУстойчивость
Возможностимоделирования.Автоматическаягенерациясеток.Прямаясвязь с полнымиверсиями продуктовMSC для проведенияболее сложныхисследований
Широкийспектр нагрузок.Силы.Давления.Полятемператур.Гравитационноенагружение.Закрепления(граничныеусловия).Центробежныенагрузки.Нагрузкии закреплениязадаются науровне геометрическоймодели.
Обработкарезультатоврасчета.Изолинии.Деформированноесостояние ианимация.Силыреакций.Печатьна любой Windows-принтер.
Достоверностьрезультатоврасчета с помощьюMSC/NASTRAN. Более 20 летиспользованияв промышленности. Соответствиетребованиямодной из самыхстрогих официальныхпрограмм обеспечениякачества в США(QA program). Более 5000 тестовперед выпускомкаждой новойверсии.
План:
1.Введение.
2.Ansys (ANSYS, Inc.)
3.LS-DYNA (Livermore Software Technologies Corp.)
4.Eta/DYNAFORM (Engineering Technologies Associates)
5.ADAMS(Mechanical Dynamics, Inc.)
6.Star-CD(Computational Dynamics)
7.CADfix (Finite Element Graghical Systems)
8.C-MOLD (Advanced CAE Technology, Inc.)
9.COMET/Acoustics (Automated Analysis Co)
10.ProCAST(UES, CALCOM)
11.Pro/Engineer
Pro/MESH.Моделированиедля анализа методои конечныхэлементов.
Pro/FEM-POST.Графическоепредставление результатовконечно-элементногоанализа в пакетеPro/Engineer.
Pro/SURFACE.Расширенныевозможностимоделированияповерхностейдля сложных конструкций.
12.AutodeskMechanical Desktop.
AutoSurf
AutoCADDesigner
13.MSC/InCheckfor AutoCAD
РГУнефти и газаим. И.М.Губкина
Кафедраоборудованиянефтегазопереработки
Выполнилстудент гр.МА-95-7
БеляковМ.В.
Принял Лукьянов В.А.
Москва1998 г.