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. Полученную в таком виде модель иногда вообще невозможно использовать. Чем сложнее геометрия и чем больше желание использовать построенную уже однажды модель , тем больше сбоев возникает при попытке ее импорта. Различного рода несвязанности , частичная потеря поверхностей , целый лес ненужных вспомогательных линий и необрезанных поверхностей – это лишь неполный список всего того, что способно просто-напросто отравить пользователю жизнь.

Все вышеперечисленные проблемы могут быть решены только с применением пакета CADfix, в основу которого положен 18-летний опыт практических работ компании в этой области. Программа включает уникальный набор средств по восстановлению геометрических моделей, вплоть до получения твердотельной модели по несвязанному каркасному набору опорных линий , а также по модификации и экспорту геометрических файлов. Одним из важнейших предназначений CADfix является также создание расчетных моделей для конечно-элементного расчета – доводка твердотельной геометрии до приемлемого для разбиения состояния и непосредственная разбивка на конечные элементы. Чтобы охарактеризовать возможности CADfix , приведем список наиболее важных из них:

• Автоматическое сканирование и визуализация обнаруженных проблем с подсказкой методики разрешения;

• Автоматизированная итерационная процедура восстановления модели;

• Обрезка поверхностей;

• Сшивка в пределах автоматически определяемой или задаваемой пользователем точности;

• Параметризованное «схлопывание» линий и поверхностей;

• Разбиение твердых тел на более простые составляющие;

• Наличие собственного сеточного генератора;

• Приложение граничных условий для конечно-элементного анализа;

• Экспорт восстановленной геометрии в форматах IGES, Parasolid, SAT, STL;

• Прямая передача восстановленной геометрии в Ansys, Patran;

• Экспорт конечно-элементной сетки в Ansys, LS-DYNA, Nastran и др.

C-MOLD (Advanced CAE Technology, Inc.)

Фирма основана в 1986 году в тесном сотрудничестве с GE Plastics, GM Research, DuPont, Ohio State University и выпускает лидирующий в области численного моделирования процессов обработки пластмасс программный комплекс C-MOLD.

Основанная на МКЭ программа C-MOLD предназначена для компьютерного моделирования процессов обработки всех видов пластмасс. В программе реализовано моделирование множества технологических процессов, в частности: литья, термопластов под давлением , инжекционного литья с применением газа, процессов двухкомпонентного литья, пневмовакуумформовки с учетом явлений усадки и коробления и многих других, а кроме того, расчет параметров материала и изделия на всех стадиях обработки с возможностью оптимизации как литьевой формы (положение, форма литников и т.д.), так и самого изделия.

COMET/Acoustics (Automated Analysis Co)

ААС была основана 12 января 1983 года. Сейчас ААС - инженерно-консалтинговая фирма, являющаяся одним из дистрибьюторов ANSYS и некоторых других программ в США, - занимается также разработкой программного обеспечения и проведением расчетов по заказам промышленности. ACC сотрудничает с ведущими производителями CAD/CAE/CAM.

Программный комплекс COMET/Acoustics позволяет разработчикам еще на стадии проектирования изделия расчетным путем оценить его акустические свойства и оптимизировать конструкцию. Он применяется в автомобтльной , легкой, аэрокосмической промышленности, в машиностроении, при проведение научных исследований.

В комплекс входят два специализированных модуля:

• SAFE (Structural Acoustic Foam Engineering), который позволяет анализировать процесс прохождения акустической энергии через пеноподобные материалы;

• SAOpt (Structural Acoustic Optimization) , который позволяет одновременно оптимизировать дизайн конструкции и ее акустические характеристики без утомительных итерационных расчетов и непрерывного переключения с акустического анализа на прочностной.

ProCAST(UES, CALCOM)

Согласно исследованиям , проведенными экспертами NASA, ProCAST признана наиболее мощной и корректной программой для расчета литейных процессов. ProCAST позволяет инженеру-проектировщику рассчитывать и визуализировать в трехмерной постановке процесс течения и отверждения металла в форме, предсказывать микроструктуру, возникновение раковин, пористости, оптимизировать положение литников, минимизировать остаточные напряжения, контролировать тепловой баланс системы «отливка-форма» и т.д.

По результатам расчета могут быть получены оптимальные расположения выпора (газоотвода), холодильника, литьевых каналов.

ProCAST построена по модульной схеме:

• Тепловой анализ;

• Анализ потоков;

• Сеточный генератор;

• Радиационный анализ;

• Прочностной анализ;

• Моделирование микроструктур;

• Модуль инверсионного моделирования;

• Электромагнитный анализ.

Модуль MechCAST производит автоматизированную генерацию трехмерных конечно-элементных сеток на базе импортированных из CAD-систем моделей. MechCAST работает со следующими графическими форматами: IGES, STL, Unigraphics Parasolids , а также имеет прямой интерфейс двухстороннего обмена данными с Pro/Engineering , Unigraphics и конечно-элементными пакетами Ansys, I-DEAS, Patran, Hypermesh, Ifem, Gfem, Aries, Fam.

Pro/Engineer

Pro/MESH, Pro/FEM-POST и Pro/SURFACE – модули Pro/Engineer для расчета на прочность методом конечных элементов.

Pro/MESH обеспечивает конструктору возможность создания сетки конечных элементов для моделей, полученных в Pro/Engineer. Тонкостенные и твердотельные объекты могут автоматически моделироваться, разбиваться и экспортироваться в раздичные программы для даоьнейшего анализа. Pro/MESH является дополнительным модулем семейства Pro/Engineer.

Pro/FEM-POST обеспечивает полный набор возможностей постпроцессора для анализа результатов, полученных методом конечных элементов (МКЭ), и предоставляет пользователям возможность отображать результаты анализа в среде Pro/Engineer. Pro/FEM-POST упрощает процесс сквозного проектирования/анализа в интегрированной среде, объединяющей полную ассоциативность Pro/Engineer с возможностями современного постпроцессора, для анализа результатов, полученных методом конечных элементов. Дружественный пользователю интерфейс обеспечивает проверку правильности решений при проектировании и оптимизации на ранних этапах разработки изделия. Pro/MESH является необходимым условием построения сетки для Pro/FEM-POST.

Pro/SURFACE расширяет возможности Pro/Engineer , предоставляя инструменты для эффективной разработки и усовершенствования наиболее сложных геометрических поверхностей и поверхностей свободной формы. Так как все поверхности , созданные в Pro/SURFACE, полностью ассоциативны , многочисленные проекты могут оцениваться легко и быстро. С помощью Pro/SURFACE разработчики могут создавать модели со сложными поверхностями для аэрокосмической промышленности, а также товары народного потребления.

Pro/MESH. Моделирование для анализа методои конечных элементов.

Pro/MESH быстро и просто разбивает модели Pro/Engineer , что сокращает цикл “моделирование-тестирование” и улучшает качество изделия. После разбиения модель может быть передана во внешние программы анализа для вычисления термонапряженного состояния, потока жидкости, перемещения, теплопередачи, механизиа образования трещин , усталости и представления о коррозийной среде.

Этот модуль автоматически создает сетку в соответствии с требованиями конструктора , который может интерактивно уточнять ее там, где это необходимо. Пользователи могут быстро оценивать различные конфигурации моделей при различных окружающих и геометрических условиях. Эта интерактивная связь сокращает время анализа, позволяет исследовать больше вариантов конструкции, обеспечивает большую гибкость проекта и качества изделия.

Pro/MESH дает конструктору возможность создавать модели для анализа методом конечных элементов. Эти возможности, в частности, позволяют конструктору производить следующие действия:

• Бысто создавать сетки конечных элементов. Для создания модели в Pro/MESH необходимо пройти следующие этапы. Во-первых, параметрические нагрузки и граничные условия прикладываются непосредственно на геометрию (поверхности, грани или точки). Точность разбиения определяется допустимыми глобальными и/или локальными размерами элемента и свойствами материала, определенными в модели. И последний этап - Pro/MESH автоматически разбивает деталь, показывает результаты при просмотре и определяет качество разбиения.

• Создавать различные элементы. Pro/MESH позволяет создавать оболочечные элементы (треугольные и четырехугольные), объемные (тетраэдры), массовые элементы и различные одноразмерные bar-элементы (например, брусы, gap-элементы, пружины , балки).

• Определять положения тонкостенного оболочечного элемента. Pro/MESH облегчает высокоточный анализ тонкостенных моделей (например, пластмассовое литье и детали из металлического листа) с автоматическим определением пар на параллельных поверхностях и расположением оболочечного элемента на центральной поверхности. Если предпочтительна наружная , внутренняя или определенная пользователем поверхность, она может быть указана.

• Определять контактные условия в конечно-элементной сборке моделей. Pro/MESH позволяет конструктору определять контактные условия между “склеенными” деталями в сборке. Если необходимо, соответствующий bar-элемент автоматически создается для моделирования контактных условий. Те же самые параметрические нагрузки, граничные условия и размеры элементов, которые определены в детали, используются в сборке.

• Модифицировать параметры и условия. Нагрузки, граничные условия, размеры элементов могут быть модифицированы в любое время в процессе проектирования. Нагрузки и размер элемента могут контролироваться также путем использования соотношения.

• Экспортировать данные разбиения для внешнего анализа. Весь процесс анализа, от создания сетки до постпроцессорной обработки, может быть проведен в среде Pro/Engineer. Сразу после создания конечно-элементной модели она может быть выведена в различные программы МКЭ для решения непосредственно из интерфейса. Форматы файлов , в которых могут быть выведены данные о разбиении, включают такие промышленные стандарты, как PATRAN, ANSYS, NASTRAN, SUPERTAB, COSMOS/M. Pro/MESH может создавать нейтральный файл FEM Neutral, переносящий информацию о конечно-элементной модели в любой определенной пользователем транслятор. Помимо этого, находясь в среде Pro/Engineer, пользователь может просмотреть результаты расчетов, используя Pro/FEM-POST.

Pro/FEM-POST. Графическое представление результатов конечно-элементного анализа в пакете Pro/Engineer.

Pro/FEM-POST обеспечивает высокий уровень функциональности благодаря простому в использовании интерфейсу. Возможность получения результатов в контексте геометрии исходной детали, а не просто сетка, объединенная с возможностью обратной связи для передачи результатов и автоматической регенерации новой конструкции детали, позволяет инженеру использовать информацию, полученную методом конечных элементов, новыми и более совершенными методами.

С помощью Pro/FEM-POST пользователь может задействовать возможности лучших в своем классе систем МКЭ , не выходя из среды Pro/Engineer. Улучшается производительность, поскольку отсутствует необходимость исполнения множественных программ и транслирования файлов между системами.

Пользователю придется изучить только один пользовательский интерфейс. Инженеры , которые в настоящее время работают с Pro/Engineer , сразу же смогут эффективно использовать Pro/FEM-POST.

Pro/FEM-POST помогает разработчикам создавать различные варианты конструкций на самых ранних этапах процесса разработки. В конечном счете это способствует повышению качества продукта и уровня конкурентноспособности на рынке.

С помощью Pro/FEM-POST пользователи могут оптимизировать геометрию детали, определяя соотношение, которые будут параметрически изменять деталь, основываясь на результатах анализа.

Благодаря Pro/FEM-POST инженеры могут располагать следующими преимуществами:

• Хорошая связь с ведущими системами МКЭ. Pro/FEM-POST тесно связан с несколькими ведущими системами решений аналитических задач с помощью МКЭ , такими , как MSC/NASTRAN, ANSYS, COSMOS/M и PATRAN. Пользователи проектируют свои детали, прикладывают нагрузки, задают граничные условия и автоматически создают сетку в Pro/Engineer. Затем простым выбором поля меню пользователь передает сетку во внешнюю систему расчета.

• Сохранение информации модели и геометрии в процессе анализа. Все поддерживаемые характеристики модели, такие , как сохранение точки взгляда , конфигурации слоев, цвет, будут сохраняться во время процесса “проектирование – анализ”. Сетка и геометрия детали остаются связанными в течении всего этого процесса. Это позволяет пользователю Pro/FEM-POST запрашивать специфическую информацию об элементах деталей, такую, как максимальное напряжение вдоль ребра или поверхности детали.

• Графический просмотр результатов. С помощью Pro/FEM-POST пользователи могут отображать различные результаты, включая эквивалентное напряжение по Фон-мизесу, главные и составляющие напряжения, энергию деформации, тепловые напряжения. Также доступны графические просмотры поступательных и вращательных перемещений, температуры, теплового потока и теплового градиента.

• Выбор различных типов просмотра. Типы просмотра включают цветотеневые контуры, изолинии и изоповерхности. Все виды тонированных и проволочных просмотров могут быть визуализированы с использованием динамически ориентированной плоскости срезе. Геометрическое перемещение можно отобразить на недеформированном или совмещенном видах. Цветовая палитра и диапазон, расстояние между линиями контура и их количество могут определяться пользователем. Максимальные и минимальные значения могут отображаться непосредственно на геометрии детали для всех характеристик. Любой результат можно отобразить как функцию расстояния вдоль ребра детали для одного или нескольких вариантов приложения нагрузок.

• Статистическое представление любых численных результатов. Статистические результаты могут быть отнесены к глобальным или локальным, в соответствии с выбранным ребром и/или поверхностью. Максимальное, минимальное, среднее значение и дисперсия могут быть рассчитаны для каждого типа результата.

• Создание параметров. Локальные или общие параметры могут быть определены для всех результатов МКЭ, доступных Pro/FEM-POST. Эти результирующие параметры могут быть использованы в соотношениях Pro/Engineer для управления геометрией изделия.

Pro/SURFACE. Расширенные возможности моделирования поверхностей для сложных конструкций.

Pro/SURFACE использует тот же самый интуитивный пользовательский интерфейс, что и Pro/Engineer; сложные конструкции и поверхности, таким образом, непосредственно могут быть созданы в любой модели Pro/Engineer. Вся геометрия , созданная в Pro/SURFACE, является параметрической и доступной, что дает возможность быстрой и легкой оценки нескольких вариантов конструкции. При изменении поверхностей модели все другие детали и сборки Pro/Engineer , к которым относится это изменение, модифицируется автоматически. Например , изменения, сделанные в поверхностной модели крыла самолета или кузовной панели автомобиля, распространяются на геометрию всех структурных элементов внутренней поддержки и других связанных компонентов. Расширенные возможности моделирования Pro/SURFACE и гибкость конструкции Pro/Engineer позволяют быстро оптимизировать весь единый цикл “проектирование-производство” большинства геометрических моделей , уменьшить время выхода продукта на рынок и улучшить качество изделия.

Для создания и усовершенствования наиболее сложных конструкций Pro/SURFACE предлагает инженерам полный набор параметрических инструментов:

• Выдавливание или вращение поперечных сечений. Нарисованные сечения выдавливаются на определенную глубину или разворачиваются на определенный угол относительно плоскости эскиза. Поверхности могут быть выдавлены или развернуты до существующих поверхностей, кривых или точек.

• Протяжка сечения. Поперечные сечения могут протягиваться по одной или нескольким двухмерным или трехмерным кривым или ребрам, оставаясь перпендикулярными или располагаясь под определенным углом к траектории. Смежные поверхности могут быть использованы для определения условия касательности или кривизны вдоль границы протяжки. Параметрами и размерами поперечных сечений можно управлять с помощью графиков или уравнений.

• Натяжка поверхности между кривыми или сечениями. Pro/SURFACE предлагает мощные инструменты для создания точных или аппрксимированных поверхностей, натянутых между кривыми. Многочисленные двухмерные и трехмерные кривые или ребра, расположенные в одном или двух направлениях ,определяют каркас и границы поверхности. Смежные поверхности могут быть использованы для определения условия касательности или кривизны. Поверхности могут также быть созданы путем натяжения на несколько сечений вдоль двухмерной или трехмерной траектории. Управлять геометрией поперечных сечений можно с помощью графиков или точек, импортированных из файла.

• Изгиб поверхности вдоль траектории. Пользователь может изгибать поверхности или твердотельные модели по двухмерным и трехмерным кривым при управлении геометрией поперечных сечений с помощью графиков или уравнений. Приложения включают изгибающиеся поверхности типа входных коллекторов турбонагнетателей и любой другой геометрии, связанной с течением различных потоков, которая создается прямолинейно, но затем изгибается.

• Экстраполяция поверхности. Границы поверхности могут расширяться по касательной к поверхности с сохранением кривизны поверхности или вдоль определенного направления. Для экстраполяции могут быть выбраны несколько или все границы поверхности. Границы могут быть расширены на постоянные или переменные расстояния или до определенных точек.

• Обрезка поверхности. Поверхности обрезаются путем проецирования, разворота или протяжки сечений. Поверхности могут быть обрезаны в месте пересечения с другими поверхностями по линии силуэта, видимой с определенной точки, или могут быть вырезаны кривыми, лежащими в этих поверхностях. Углы поверхностей могут быть скруглены радиусом определенного значения.

• Создание скруглений. Используя тот же пользовательский интерфейс Pro/Engineer , что и при моделировании твердых тел, Pro/SURFACE позволяет создавать скругления с постоянным и переменным радиусом, а также сопряжения с круговыми или коническими поперечными сечениями в поверхностной модели.

• Управление формой поверхности. Пользователи могут динамически “вдавить” и “вытянуть” зоны на поверхности и твердотельной модели для интерактивных изменений формы новых или существующих поверхностей.

• Смещение поверхностей. Pro/SURFACE позволяет отдельным поверхностям или “заплаткам” поверхностей быть смещенными по перпендикуляру к поверхности.

• Смещение , разворот и отображение поверхностей. Поверхности могут быть смещены относительно системы координат, развернуты относительно оси или зеркально отображены относительно плоскости.

• Анализ поверхности. Pro/SURFACE предлагает многочисленные инструменты для анализа: определение кривизны поверхности, кривизны Гаусса и кривизны сечений, уклона, перепендикуляров и отраженных кривых.

• Создание твердого тела по поверхности. Pro/SURFACE может быстро и легко создавать твердотельные модели. Пользователи могут “заполнять твердым телом” пространство, ограниченное со всех сторон поверхностями, или создавать тонкостенные модели, добавляя “толщину” в одну или две стороны открытых поверхностей. Поверхности твердотельной модели могут быть также заменены с помощью “заплаток” поверхностей. Кроме того, поверхности сложной геометрии могут быть использованы для удаления материала из твердого тела.

Autodesk Mechanical Desktop.

Представляем программный продукт, объединяющий в себе средства конструирования деталей, узлов и моделирования поверхностей.

В пакет Autodesk Mechanical Desktop входят практически все необходимые инженеру - конструктору средства моделирования геометрических объектов. Он объединяет в себе возможности новейших версий известных программных продуктов копании Autodesk:

• Autocad Designer 2 для конструирования деталей и сборочных узлов.

• AutoSurf 3 для моделирования сложных трехмерных поверхностей с использованием NURBS - геометрии.

• Автокад в качестве общепризнанной графической среды САПР.

• IGES Translator для обмена файлами с другими системами САПР.

• Плюс новый способ организации взаимодействия Autodesk Mechanical Desktop с другими машиностроительными приложениями - система меню MCAD.

Дополнительные возможности Autodesk Mechanical Desktop:

Параметрическое моделирование твердых тел на основе конструктивных элементов.

• Конструктивные элементы. Произвольные конструктивные элементы можно моделировать путем выдавливания, вращения и сдвига плоского эскизного контура, а также путем отсечения фрагментов от твердотельных объектов произвольными поверхностями.

• В конструкцию можно включать стандартные элементы: сопряжения (галтели), фаски и отверстия (в том числе с зенковкой, разверткой и резьбовые).

• Параметрические возможности. Любой размер может быть переменным. Переменные могут использоваться в математических формулах Переменными можно управлять глобально при помощи таблиц параметров.

• Моделирование поверхностей произвольной формы. Моделирование примитивных поверхностей (конус, шар, цилиндр) и сложных поверхностей произвольной формы. Моделирование трубчатых поверхностей, поверхностей натяжения, изгиба, перехода; плавное сопряжение произвольных поверхностей.

• Расчет площади поверхности и объема. Расчет масс-инерционных характеристик и анализ взаимодействия моделей. Расчет площади, поверхности, массы и объема деталей и сборочных узлов. Расчет моментов инерции.

• Анализ взаимодействия деталей в сборочных узлах.

• Геометрические зависимости .Предусмотрены следующие типы зависимостей между элементами: горизонтальность, вертикальность, параллельность,перпендикулярность, коллинеарность, концентричность, проекция, касание, равенство радиусов и координат Х и Y.

• Наглядное обозначение наложенных зависимостей специальными символами.

• Средства работы с эскизами. Построение и редактирование набросков стандартными средствами Автокада. Копирование эскизов на другие грани и модели.

• Выполнение рабочих чертежей. Двунаправленная ассоциативная связь между моделью и ее чертежом. Автоматическое удаление штриховых и невидимых линий. Соответствие стандартам ANSI, ISO, DIN, JIS и ЕСКД. Ассоциативное нанесение размеров и выносок.

• Конструирование сборочных узлов. Сборка деталей в узлы. Графическое и логическое представление иерархической структуры сборочного узла. Организация деталей и подузлов в виде внешних ссылок.

• Наложение зависимостей на компоненты узлов. Задание расположения деталей относительно друг друга по их ребрам, осям или граням. Возможность свободно-координатного расположения деталей. Графическая индикация степеней свободы компонентов.

• Выполнение сборочных чертежей. Выполнение схем сборки-разборки. Проставление номеров позиций на сборочных чертежах и автоматический выпуск спецификаций.

• Требования к системе.Компьютер, совместимый с 486/66 или Pentium. Операционная система MS-DOS 5.0 или выше. Windows NT, Windows 95 или Windows 3.1.

• Рекомендуемый минимальный набор аппаратных средств.Для обучения персонала: Процессор 486/66 ОЗУ 16МВ.Для конструирования деталей и несложных узлов: Процессор Pentium 60 или выше ОЗУ 32MB . Для использования в производственных целях (сложные сборочные узлы): Процессор Pentium 60 или выше ОЗУ 64MB .

AutoSurf

AutoSurf - расширение системы AutoCAD, предназначенное для построения и редактирования формообразующих кривых и сложных поверхностей, построения новых объектов на их основе, создания каркасных моделей. Пакет AutoSurf незаменим в автомобильной и аэрокосмической промышленности - в тех областях, где требуется моделировать гладкие поверхности.

AutoCAD Designer

AutoCAD Designer - расширение системы AutoCAD для объектно-ориентированного параметрического твердотельного проектирования на основе

конструкторско-технологических элементов. При создании модели определяются основные правила построения и взаимосвязи между объектами. Система автоматически генерирует различные проекции модели и формирует чертеж изделия. При этом сохранется жесткая связь между чертежем и моделью - любое изменение модели приводит к изменению проекций и наоборот. В состав AutoCAD Designer входит модуль интуитивного создания сборок.Наиболее высока эффективность применения AutoCAD Designer при разработке и проектировании деталей и конструкций в машиностроении.

MSC/InCheck for AutoCAD

Пользователи AutoCAD и Autodesk Mechanical Desktop могут теперь оценивать прочностные характеристики разрабатываемых конструкций с помощью всемирно известных конечноэлементных технологий фирмы The MacNeal-Schwendler Corporation (MSC). MSC/InCheck, базирующийся на этих современных технологиях, позволяет быстро и легко решать возникающие в процессе проектирования задачи.

Конечноэлементный анализ (КЭА) давно используется в автомобильной и

аэрокосмической промышленности в качестве неотъемлемой части процесса

автоматизации инженерных исследований. Очень быстро этот метод проникает и в другие отрасли промышленности, в которых базовым требованием является надежность и эффективность конструкций.

Обычно, при работе с традиционными конечноэлементными системами, от пользователя требуется углубленная подготовка. Легкий в использовании программный продукт MSC/InCheck не предъявляет таких требований. Он полностью интегрирован в AutoCAD и Autodesk s Mechanical Desktop и позволяет быстро и просто проводить оценку прочностных характеристик конструкции.

MSC - партнер фирмы Autodesk по совместной программе MAI (Mechanical Applications Initiative). Результатом такого сотрудничества и явилось предоставление пользователям AutoCAD и Autodesk Mechanical Desktop возможности работы с наиболее широко распространенным в мире программным продуктом в области конечноэлементного анализа.

• Подготовка модели.Перед созданием дорогостоящего прототипа для натурных испытаний, можно оценить качества конструкции с помощью MSC/InCheck, сначала просто подготовив ее твердотельную модель.

• Нагружение и решение.Далее нужно нагрузить и закрепить эту модель в соответствии с реальными условиями ее функционирования. Нагрузки могут быть в виде сил, давлений, температур, гравитации и центробежных сил. MSC/InCheck имеет также возможность настройки и выбора свойств материалов и единиц измерения. После задания внешних условий на основе геометрической модели будет автоматически подготовлена конечноэлементная модель и проведен ее анализ.

• Обработка результатов.Мощные возможности обработки результатов расчета позволяют легко и быстро оценивать прочностные качества конструкции. Визуализировать можно напряжения, деформации, перемещения и все это - не выходя из Mechanical Desktop или AutoCAD !

Основные характеристики:

• Удобный пользовательский интерфейс. Дружественный Ассистент по выполнению анализа (Analysis Wizard) подскажет пользователю порядок формирования конечноэлементной модели, выполнения анализа и обработки результатов Пиктограммы для наиболее часто используемых операций. Встроенная справочная система Настройка единиц измерения

• Типы анализа.Линейная статика .Собственные частоты и формы Устойчивость

• Возможности моделирования.Автоматическая генерация сеток. Прямая связь с полными версиями продуктов MSC для проведения более сложных исследований

• Широкий спектр нагрузок. Силы. Давления. Поля температур. Гравитационное нагружение. Закрепления (граничные условия). Центробежные нагрузки. Нагрузки и закрепления задаются на уровне геометрической модели.

• Обработка результатов расчета. Изолинии. Деформированное состояние и анимация. Силы реакций. Печать на любой Windows-принтер.

Достоверность результатов расчета с помощью MSC/NASTRAN. Более 20 лет использования в промышленности. Соответствие требованиям одной из самых строгих официальных программ обеспечения качества в США (QA program). Более 5000 тестов перед выпуском каждой новой версии.

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. Моделирование для анализа методои конечных элементов.

Pro/FEM-POST. Графическое представление результатов конечно-элементного анализа в пакете Pro/Engineer.

Pro/SURFACE. Расширенные возможности моделирования поверхностей для сложных конструкций.

12. Autodesk Mechanical Desktop.

AutoSurf

AutoCAD Designer

13. MSC/InCheck for AutoCAD

РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина

Кафедра оборудования нефтегазопереработки

Реферат

По дисциплине “НИРС”

На тему:

“Программы для расчета на прочность совместимые с AutoCAD ”.

Выполнил студент гр.МА-95-7

Беляков М.В.

Принял Лукьянов В.А.

Москва 1998 г.