Программы для расчета на прочность совместимые с AutoCad

Программы для расчета на прочность совместимые с AutoCad

Введение.

Аналитические методы оценки отклика конструкций на внешние

воздействия различной физической природы без натурного моделирования

возникли довольно давно. Появление и развитие вычислительной техники дало

новый толчок совершенствованию численных методов анализа, которые являются

сегодня основным инструментом расчетчика. Средства автоматизации

инженерного анализа, основанные на численных методах , стали неотъемлемой

частью процесса проектирования изделия. Для успешного применения каждый

расчетный пакет должен соответствовать двум требованиям:

. Воплощать самые эффективные численные алгоритмы;

. Предоставлять пользователю развитый набор сервисных функций по

подготовке исходных данных и обработке результатов расчета.

В зависимости от степени соответствия данным критериям все программные

средства автоматизации подразделяются на легкие, средние и тяжелые.

Степень «тяжести» в данном случае является показателем мощности и

эффективности. Рассмотрим возможности «тяжелых» , т.е. наиболее мощных

расчетных комплексов.

Ansys (ANSYS, Inc.)

Ansys уже более 25 лет входит в число лидирующих тяжелых конечно-

элементных расчетных комплексов. Начинавшийся как система для внутреннего

использования фирмы Westinghouse Electric, Ansys проник из своей

«материнской» области , ядерной энергетики, во все области

промышленности, завоевав доверие многих тысяч пользователей по всему миру.

Такой успех достигнут на основании следующих важнейших отличительных

особенностей:

. Ansys – единственная конечно-элементная система с таким полным

охватом явлений различной физической природы: прочность,

теплофизика, гидрогазодинамика и электромагнетизм с возможностью

решения связанных задач , объединяющих все перечисленные виды;

. Широчайшая интеграция и двухсторонний обмен данными со всеми CAD /

CAE / CAM – системами;

. Открытость (то есть модифицируемость и дополняемость);

. Самый высокий показатель «эффективность/стоимость»;

. Среди множества конечно-элементных программных комплексов Ansys –

первый и единственный, разработанный и сертифицированный согласно

международным стандартам ISO 9000 и ISO 9001;

. Ansys предоставляет уникальную по полноте и самую обширную по

содержанию современную систему help на основе гипертекстового

представления , доступ к которой осуществляется в интерактивном

режиме online.

Препроцессор Ansys позволяет не только создавать геометрические модели

собственными средствами , но импортировать уже готовые, созданные

средствами CAD-систем. Надо отметить ,что геометрическая модель в

дальнейшем может быть модифицирована любым образом, поскольку при импорте

осуществляется перетрансляция данных в геометрический формат Ansys, и

деталь не подменяется «неприкасаемой» конечно-элементной сеткой.

Пользователь может удалять несущественные мелкие подробности, достраивать

определенные детали, проводить сгущение/разрежение сетки и другие важнейшие

операции , без которых дальнейшее решение может быть совершенно некорректно

или вообще окажется недостижимым. Построение поверхностей, твердотельной

и каркасной геометрии и внесение изменений осуществляется средствами

собственного геометрического моделера.

Как уже отмечалось, Ansys позволяет решать проблемы прочности,

теплофизики, гидрогазодинамики, электромагнетизма совместно с расчетом

усталостных характеристик и процедурами оптимизации. Единая система команд

и единая база данных полностью исключают проблемы интеграции и взаимного

обмена между указанными сферами. Более того, в программе использованы

специализированные конечные элементы, имеющие , помимо перемещений и

поворотов в узлах , степени свободы по температуре, напряжению и др., а

также переключения типа элемента , например электромагнитного на

прочностной. Благодаря этому ,в программе реализованы уникальные

возможности проведения связанного анализа. Оптимизация конструкции ,

таким образом, может вестись с учетом всего многообразия физических

воздействий на нее.

В результате многолетнего сотрудничества фирм ANSYS Inc. и LSTC в

программу включен модуль ANSYS/LS-DYNA – полностью интегрированная в среду

Ansys всемирно известная программа для высоконелинейных расчетов LS-DYNA.

Соединение в одной программной оболочке традиционных методов решения с

обращением матриц и математического аппарата программы LS-DYNA, которая

использует явный метод интегрирования, позволяет переходить с неявного

на явный метод решения и наоборот. Описанный подход объединяет

преимущества обоих методов и позволяет численно моделировать процессы

формования материалов, анализа аварийных столкновений (например,

автомобилей) и ударов при конечных деформациях , нелинейном поведении

материала и контактном взаимодействии большого числа тел. С использованием

этой функции перехода могут быть решены задачи динамического поведения

предварительно напряженных конструкций (попадание птицы в преднапряженную

турбину двигателя, сейсмический анализ сооружений , нагруженных, например

, собственным весом и т.д.) и задачи исследования разгрузки конструкций,

подвергнутых большим деформациям (упругое пружинение тонкого штампованного

листа и т.д.).

LS-DYNA (Livermore Software Technologies Corp.)

LS-DYNA – многоцелевая программа , использующая явную формулировку

метода конечных элементов(МКЭ) , - предназначена для анализа нелинейного

динамического отклика трехмерных упругих структур. LS-DYNA была задумана

как часть оборонной программы США и до сих пор является ею.

Полностью распараллеленный и векторизованный высокоэффективный

алгоритм решения нелинейных и быстротекущих процессов , автоматизированный

процесс решения контактных задач , а также множество функций по проверке

получаемого решения позволяют инженерам во всем мире успешно решать

сложнейшие задачи удара, разрушения и формования.

Уникальный математический аппарат включает более 25 алгоритмов

контактного взаимодействия, более 100 уравнений состояния, что позволяет

решать задачи:

. Нелинейной динамики;

. Тепловые;

. Разрушения;

. Развития трещин;

. Контакта;

. Квазистатики;

. Эйлеровой формулировки МКЭ;

. Произвольного лагранж-эйлерова поведения;

. Акустики в реальном масштабе времени;

. Многодисциплинарного анализа: прочность, теплофизика, акустика;

Все приведенные аналитические инструменты позволяют моделировать

широкий круг реальных задач. Вот лишь некоторые приложения

возможностей LS-DYNA:

. Оценка сопротивляемости удару (краш-тест): автомобили, летательные

аппараты, поезда, суда;

. Анализ динамической прочности автомобильных комплектующих: кузов,

бамперы, колесные диски, рулевые колонки и т.д. при движении по

неровной поверхности;

. Оценка безопасности пассажира: взаимодействие воздушной подушки и

виртуальной модели человека с моделированием ремней безопасности,

прорыв подушки безопасности и др.;

. Формование металла , стекла, пластиков: прокат, выдавливание,

штамповка ,волочение , сверхпластическое формование, резка, прокат

профилей, литье, глубокая вытяжка, гидроформование (включая большие

деформации) и многоступенчатые процессы;

. Птицестойкость и задачи об отрыве лопатки турбинных двигателей;

. Взаимодействие потоков жидкости и газа с конструкцией;

. Взрывная нагрузка на изделия;

. Задачи проникания (пробивание броневой пластины, внедрение в грунт

пенетраторов и т.п.);

. Расчет сварных, заклепочных и болтовых соединений;

. Биомедицинские приложения;

. Моделирование землятресений.

Eta/DYNAFORM (Engineering Technologies Associates)

Eta/DYNAFORM – специализированный программный комплекс, ориентированный

на моделирование процессов листовой штамповки и использующий в качестве

ядра математический аппарат программы LS-DYNA.

Пре- и постпроцессинг DYNAFORM построен с учетом всех специфических

особенностей техпроцесса: он автоматизирует стандартные операции

подготовки расчетной схемы и функции оценки и интерпретации результатов

анализа и базируется на общепринятой терминологии, знакомой каждому

инженеру-технологу. Инструментарий программы включает:

. Автоматическое построение сеток;

. Адаптивные сетки с анимацией истории построения;

. Обширную библиотеку промышленных материалов;

. Автоматизированное позиционирование инструмента;

. Вовлечение явлений потери устойчивости листа – коробления;

. Расчет тангенциальных усилий под прижимами (тормозными ребрами);

. Расчет упругой разгрузки изделия ;

. Высококачественную визуализацию всех результатов и анимацию;

. Построение предельной диаграммы “формуемости”.

ADAMS(Mechanical Dynamics, Inc.)

На сегодняшний день ADAMS находит применение в автомобилестроении,

авиастроении, космонавтике, железнодорожном транспорте, общем

машиностроении, судостроении, робототехнике, приборостроении, биомеханике и

даже в индустрии отдыха и развлечений.

ADAMS предоставляет пользователям следующие возможности:

. Создавать компьютерную модель системы из жестких и деформируемых

элементов, соединенных между собой различными связями и шарнирами;

. Создавать параметризованную модель на базе ядра твердотельного

моделирования Parasolid , а также обмениваться геометрическими

моделями в форматах IGES, STEP, DXF, DWG, STL;

. Визуализировать модель конструкции мощными средствами графики;

. Задавать вынужденные перемещения и движения элементов системы и

прикладывать активные внешние силы и моменты;

. Проводить статический, динамический и кинематический анализ системы;

. Визуализировать движение системы и фиксировать заданные события;

. Анализировать влияние вариаций параметров конструктивных элементов

на поведение системы (анализ чувствительности);

. Оптимизировать изделие по заданному критерию;

. Получать результаты анализа в удобном для оценке и интерпритации

виде: графики, таблицы, анимация (высококачественная анимация, в том

числе и специализированная – с «точки зрения водителя», облет

движущегося изделия камерой по заданной траектории, «следящая

камера» и т.д.);

. Производить двухсторонний обмен информацией с программными

комплексами автоматизированного проектирования, конечно-элементного

анализа, анимации;

. Настраивать комплекс под типовые задачи конкретного пользователя;

. Использовать специализированные модули, ориентированные на

конкретные области техники (автомобильная, железнодорожная);

. Определять все параметры движения системы как из абсолютно жестких,

так и из упругих звеньев; вычислять усилия в связях и реакции в

опорах с полной историей изменения по времени, приходящие усилия на

элементы управления; определять взаимное перемещение составных

частей, перемещение и углы поворота в шарнирах ; проводить

статический и модальный анализ и многое другое.

Star-CD(Computational Dynamics)

Star-CD была первой в мире программой, включившей в себя процедуру так

называемых скользящих сеток. Эффективная параллелизация алгоритма решения

, основанного на применении метода конечных объемов, в сочетании с

уникальными методиками автоматизированного разбиения области течения

позволяет моделировать задачи любой степени геометрической сложности.

Традиционными областями применения Star-CD являются следующие области:

. Транспорт;

. Энергетика;

. Химическая и обрабатывающая;

. Общее машиностроение;

. Строительная;

. Электротехническая и электронная;

. Газо- и нефтедобыча;

Star-CD является многоцелевым единым CFD-пакетом, предоставляющим

пользователю следующие возможности для решения задач механики жидкостей и

газов на всех типах сеток:

. Стационарные и нестационарные течения;

. Ламинарные течения – модель Ньютона и неньютоновские жидкости;

. Турбулентные течения (применяется несколько наиболее известных

моделей);

. Сжимаемые и несжимаемые (включая около- и сверхзвуковые);

. Теплоперенос (конвективный, радиационный, теплопроводность с учетом

твердых тел);

. Массоперенос;

. Химические реакции;

. Горение газообразного, жидкого и твердого топлива;

. Распределенное сопротивление (например, в пористых средах,

теплообменниках);

. Многокомпонентные течения;

. Многофазные потоки – модель Лагранжа (дисперсные газы – твердое

тело, газ – жидкость, жидкость – твердое тело, жидкость – жидкость)

;

. Многофазные потоки – модель Эйлера;

. Свободные поверхности;

К числу других возможностей относятся:

. Графический и командный ввод;

. Специализированные режимы работы «новичок»/ «эксперт»,

сопровождаемые интерактивными подтверждениями и средствами

подсказки;

. Обширный набор средств построения сеток, включая автоматизированное

сгущение;

. Импорт геометрических моделей в форматах STL, IGES и VDAFS;

. Интерфейсы к CAD/CAE – программам, включая трансляцию конечно-

элементных моделей, графическое представление результатов и др.:

Ansys, HEXAR, ICEM, I-DEAS, Nastran, Patran, Hypermech и SAMM;

. Разнообразные средства визуализации и обработки результатов

(векторные, цветовые контурные заливки, изоповерхности, сечения,

трассировка частиц, анимация и др.);

. Экстаполяция результатов на сетке и поверхности произвольного вида

(используются для выдачи результатов в конечно-элементные пакеты);

. Построение графиков;

В качестве препроцессора в Star-CD используется SAMM (Semi Automatic

Meshing Methodology – «полуавтоматическая технология разбиения») разработка

инжиниринговой фирмы Adapco. SAMM предоставляет следующие возможности:

. Использование смешенных сеток как из четырех традиционных (например,

гексагональных и тетраэдрических) , так и из уникальных срезанных

призматических элементов;

. Процедура автоматической «сшивки» полей параметров в смежных

областях с несовпадающей разбивкой – произвольный интерфейс;

. Автоматизированное адаптивное сгущение, основанное на оценке ошибки

расчета;

. Динамическое искажение (подстройка) сетки для решения задач с

переменными граничными условиями (например ,поршневые двигатели);

. Временно-зависимые, так называемые скользящие сетки с использованием

алгоритма «произвольный интерфейс» для лопаточных машин и др.;

. Дополнительные адаптивные процедуры перестройки (такие, как

динамическое внедрение и удаление элементов и до.);

. Множественные вращающиеся системы координат для моделирования

процессов, происходящих в многоступенчатых турбинных насосах,

вентиляторах и т.д.;

. Средства учета циклической симметрии или других видов периодичности

для лопаточных и многоступенчатых машин с целью уменьшения

размерности задачи.

Star-CD использует высокоэффективные численные алгоритмы. Как правило

для, для каждых 100 тыс. ячеек требуется около 39 Мбайт памяти. Версия

Star-CD для многопроцессорных платформ Star-CD HPC обеспечивает

практически линейное приращение скорости счета (так, например, на 60-

процессорной платформе было достигнуто 57-кратное ускорение).

Устойчивые численные процедуры обеспечивают возможность решения

сверхбольших задач (например, для моделирования обтекания машины Е-класса

специалисты Mercedes Benz использовали модель из 10 000 000 элементов.

Решение проводилось на 128-процессорном компьютере IBM SP2. Запрос памяти

под задачу составил 6000 Мбайт.

CADfix (Finite Element Graghical Systems)

Компания основана в 1970 году. Базой для создания послужил конечно-

элементный пакет FAM собственной разработки. Основным направлением

деятельности является разработка универсального средства трансляции

геометрии и создания конечно-элементных моделей CADfix.

CADfix предназначен для пользователей профессиональных CAD/CAE/CAM –

программных комплексов, которые ежедневно сталкиваются с потерей данных

при трансляции моделей из одного комплекса в другой. Программа является

единственным специализированным продуктом для восстановления сбойной

геометрии и реэкспорта данных.

Индивидуальные особенности внутреннего представления геометрии в

системах проектирования, а также использование в качестве «твердотельного

ядра» различных систем, приводят к частичной потери данных при записи в

нейтральные форматы IGES, SAT, STL и др., в то время как система зачастую

поддерживает только такие нейтральные форматы импорта/экспорта.

Страницы: 1, 2