О некоторых программных продуктах, разработанных на основе конечноэлементного метода

Итак, одиннадцать дней назад в строительном корпусе БГПА состоялся очередной семинар "MSC.Software". Многое из прозвучавшего на нем достаточно ощутимо перекликается с информацией данной корпорации, которую можно было почерпнуть на весенней лекции ее специалистов (см. "СиН" N№16 от 24 апреля). Тем не менее настоящий материал представляется полезным в качестве дополнения к опубликованному ранее.

Основанная в 1963 г. "MacNeal-Schwendler Corporatioin" начала разработку системы NASTRAN для NASA (NAsa STRuctural ANalysis) в 1965 г. В январе 1964 г. комиссия NASA рассмотрела возможность создания универсальной системы структурного анализа на основе метода конечных элементов, который был создан в США примерно 20 годами ранее.

А в июле 1965 г. были определены основные требования к конечноэлементной системе анализа сред, тел, конструкций, структур и их состояний. Первый выпуск продукта датируется 1969 г.

Для создания приложений к NASTRAN в 1972 г. была создана группа "PDA Engineeriung", которая в 1994 г. вошла в состав "MSC". Дебют продукта, известного как MSC>
С помощью соответствующих настроек МSС/РАТRАN обеспечивает подготовку модели и обработку результатов для любой расчетной системы на уровне мировых стандартов. Интерфейсы для MSС/NАSТRАN, МSС/DYTRAN, МSС/FАТIGUЕ, МSС/АRIЕS, LS-DYNА, РАМСRАSН, АNSYS, МАRС, АВАQUS, SАМСЕF и SINDА можно приобрести в "МSС", а для других систем - у самих производителей. Мощные возможности языка МSС/РАТRАN РСL позволяют пользователям включать свои системы анализа в среду МSС/РАТRАN, создавать новые функции и разрабатывать собственные приложения, что делает МSС/РАТRAN основой для разработки открытого МСАЕ-окружения (например, разработки МSС/Suрег-Моdеl).

Наряду с интерфейсами к ведущим системам МSС/РАТRАN имеет мощные средства для анализа: АDVАNСЕD FЕА (Subsеt АВАCUS) обеспечивает анализ нелинейного поведения конструкции, ТНЕRМАL - анализ тепловых процессов, LАМINАТЕ МОDЕLЕR - проектирование композиционных конструкций, АNАLYSIS MАNAGER - многофункциональная система, управляющая процессом выполнения задач. И все они полностью интегрированы в МSС/РАТRAN.

Нелишне заметить, что МЗС/РАТRАN обеспечивает возможность использования данных о материалах через прямой интерфейс к системе МSС/МVISION.

Новые технологии анализа ресурса и долговечности

Анализ долговечности и ресурса осуществляется на основе или результатов конечноэлементного расчета, который выполняется системой МSС/NАSТRAN, или экспериментальных данных, а также усталостных характеристик материалов.

История нагружения конструкции является входной информацией для средства МSС/FАТIGUЕ и может быть определена как путем расчета переходных динамических процессов, так и путем ввода результатов натурных испытаний или статистических данных. Вычисляются предельное число циклов, время работы конструкции, появление и рост трещин, разрушение, повреждаемость и другие параметры работоспособности конструкции.

МSС/FАТIGUЕ предоставляет уникальные возможности оптимизации конструкции на основе критериев долговечности, содержит специализированную базу данных с усталостными характеристиками материалов и обеспечивает доступ к банкам материалов системы МSС/МVIS0N.

Средство МSС/FАТIGUЕ разработано на основе многолетних теоретических и экспериментальных исследований, проводимых фирмами "МSС" и "nСоdе" в области анализа усталостных разрушений, долговечности и ресурса.

Посредством выполнения анализа долговечности средство МSС/FАТIGUЕ дает возможность сократить время разработки проекта и исключить затраты на устранение разрушений еще на ранних стадиях проектирования.

В процессе эксплуатации изделий, при обнаружении трещин и иных повреждений МSС/FАТIGUЕ дает ответ о влиянии этих повреждений на долговечность и разрушение конструкции, предотвращая аварии и катастрофы.

Комплексный нелинейный анализ конструкций и решение сложных задач термопрочности

Средство МЗС/АВАQUS представляет собой универсальную конечноэлементную программу для проведения углубленного анализа высоконелинейного поведения конструкций и решения задач теплопередачи. Дополняя нелинейные функции продуктов МSС/NАSТРАN и МSС/DYТRАN, МSС/АВАQUS позволяет производить комплексный анализ задач, по условиям которых конструкции подвергаются большим перемещениям и поворотам, имеют высоконелинейные свойства материалов или свойства, зависящие от истории нагружения.

Возможен и анализ контактного взаимодействия конструкций. Применение современных формулировок и вычислительных методов обеспечивает надежность проектов и сокращает объем физического макетирования.

МSС/АВАQUS обладает широкими возможностями в области решения сложных нелинейных задач.

Так, для изучения поведения резиновых уплотнений, строительных конструкций и некоторых других специальных объектов требуются особые модели материала.

Контакт зубьев шестерен может быть представлен корректно лишь в том случае, если модель включает в себя соответствующие алгоритмы анализа контакта. Для расчета геотехнических моделей могут понадобиться характеристики уплотнения грунта и фильтрационного потока. МSС/АВАQUS позволяет решать все эти и подобные им задачи.

Множество специальных типов анализа в среде МSС/АВАQUS поддерживается полным набором конечноэлементных формулировок.

Программа предусматривает применение пользовательских подпрограмм, с помощью которых облегчается моделирование поведения изделия в особых ситуациях.

МSС/АВАQUS может работать на различных компьютерных платформах - от рабочих станций до суперкомпьютеров.

Cистема МSС/Аdvanced FЕА является вариантом системы МSС/АВАQUS, ориентированным на анализ машиностроительных конструкций. МSС/Аdvanсеd FЕА полностью интегрирована в среду МЗС/РАТRАN и легка в применении.

Работа c МSС/NASTRAN на персональном компьютере

Сегодня с помощью оболочки Windows (95 или NT) обладатели обычных персональных компьютеров получили доступ к непревзойденным возможностям средства МSС/NASTRAN, полностью интегрированного с моделированием и обработкой результатов. МSС/NAQSTRAN for Windows позволяет проводить расчеты конструкций (линейный статический анализ, анализ устойчивости, расчет собственных частот и форм колебаний, анализ установившихся и переходных динамических процессов), решать тепловые задачи (установившиеся состояния, переходные процессы) и задачи нелинейного анализа конструкций (статика, переходные динамические процессы).

Возможности эффективного и легкого в использовании препроцессора системы включают различные методы формирования геометрических моделей (в том числе и твердотельное моделирование), автоматическую и полуавтоматическую генерацию конечноэлементной сетки, а также интерфейсы с САD-системами. Применение специальных методов обработки данных значительно повышает скорость вычислений и минимизирует объем требуемой дисковой памяти. Доступно использование различных функций и приложений Windows при работе с МSС/NАSТRАN и наоборот. Имеется встроенная справочная интерактивная система, обеспечиваются полные возможности обработки и представления результатов (динамическое вращение, анимация, визуализация изолиний и изоповерхностей, а также построение графиков и эпюр).

МSС/СFDеsign - средство решения задач газо- и гидродинамики в среде МSС/NАSТRАN

CFDesign - интегрированный в систему МSС/NАSТRАN for Windows программный продукт, представляющий собой основанную на методе конечных элементов систему для решения задач гидрогазодинамики (СFD - Соmputational Fluid Dynamics), включая ламинарные и турбулентные течения жидкости и газа в любом скоростном диапазоне (дозвук, околозвук, сверхзвук) с возможностью одновременного расчета процессов теплопередачи. Кроме того, поскольку CFDesign базируется на методе конечных элементов, который фактически является стандартом для решения прочностных задач, полученные в результате расчета газожидкостного потока и теплопередачи величины - силы давлений, температуры и коэффициенты теплопередачи - могут быть в дальнейшем использованы в качестве нагружающих факторов и граничных условий в других видах конечноэлементного анализа при использовании системы МSС/NASTRAN.

Ключевой особенностью системы CFDesign является удобство пользования. В системе реализован дружественный Windows-интерфейс, позволяющий инженерам-расчетчикам общаться с системой на инженерном языке. Весь процесс формирования модели, проведения анализа и обработки полученных результатов подчинен строгой логике, поэтому период обучения значительно сокращается по сравнению со временем, которого требуют многие современные СFD-системы.

Прочностные расчеты в системе АutoСАD

Конструкторы и инженеры, не являющимися специалистами в области конечноэлементного анализа, могут теперь легко использовать базовые расчетные возможности МSС/NАSТRАN. Пользователи АutoСАD и Аutodesk Месаnical Desktop теперь тоже могут оценивать прочностные характеристики разрабатываемых конструкций с помощью конечноэлементных технологий фирмы "МSС". МSС/InСhесk, один из самых новых продуктов в семействе МSС, базируется на этих современных технологиях и позволяет быстро и легко решать возникающие в процессе проектирования задачи. Обычно при работе с традиционными конечноэлементными системами от пользователя требуется углубленная подготовка. Легкий в пользовании программный продукт МЗС/InСhесk не предъявляет таких требований и полностью интегрирован в среду АutoСАD и Аutodesk Месаnicаl Desktoр.

"МSС" является партнером фирмы "Аutodesk" по совместной программе МАI (Месhаnicаl Аррliсаtions Initiative). Результатом такого сотрудничества и явилось предоставление пользователям АutоСАD и Аutodesk и Месhаniсаl Dеsktор возможности работы с наиболее широко распространенным в мире программным продуктом в области конечноэлементного анализа.

Аналогичные по возможностям и исполнению встроенные решения существуют также и для популярных САD-систем SolidWorks и SolidЕdgе.

Электронная информационная система "Материалы"

МSС/МVISION - это первая в своем роде система комплексной обработки информации о материалах, необходимой в процессе проектирования и производства изделий. Эта система, позволяющая инженерам вводить и получать информацию о материалах и их изготовителях, просматривать микроструктуру материалов, сопоставлять их и прорабатывать альтернативные решения, дает производителям важное преимущество в конкурентной борьбе.

В отличие от стандартных баз данных МSС/МVISION имеет проблемо-ориентированный интерфейс для эффективного управления сложными запросами данных для анализа технологии: числовые значения с единицами измерений, примечания, точность замеров (экспериментальная), графики характеристик в зависимости от температуры или деформаций, микроструктура и полный текст спецификаций производителей.

МSС/МVISION применяется для сбора, упорядочения и архивации данных о характеристиках материалов с последующим их использованием в расчетах и детальном проектировании непосредственно из САD/САЕ систем.

С помощью МSС/МVISION компании могут автоматизировать передачу данных о материалах от замеров механических характеристик через проектирование и расчеты в производство, отслеживая изменения и запрашивая путь, сокращая цикл проектирования.

В семейство продуктов МSС/МVISION входят следующие средства.

МSС/МVISION Вuildег позволяет вводить информацию о материалах в электронные таблицы. С его помощью инженеры могут автоматизировать поток информации о материалах, поступающей от испытательных стендов через упорядочение, накопление, моделирование непосредственно к инженерам, занятым проектированием, расчетами и производством. В итоге создается последовательный и достоверный электронный архив свойств материалов, исследованных силами сотрудников компании.

МSС/МVISION Еvаluаtог позволяет по заданным критериям быстро подобрать оптимальный для конструкции материал. В критерии поиска могут включаться как различные свойства материала (плотность, предел прочности), так и коммерческая информация (цена, производитель). Обеспечивается доступ пользователей всего предприятия к любому банку данных МSС/МVISION по материалам, включая графические функции и функции манипуляции данными.

Электронные библиотеки данных по материалам (металлы, керамика, пластмассы, композиты) аэрокосмической промышленности и Министерства обороны США, институтов материаловедения, научно-исследовательских центров и лабораторий по всему миру.

Обучение

"МSС" включает в себя Институт образования "МSС", который занимается разработкой учебных и методических материалов по изучению и применению программных систем МSС. На основе апробированных методических материалов МSС организует по всему миру обучение пользователей работе с каждым из своих продуктов. Занятия включают как вводные, так и углубленные курсы. Как правило, при этом проводятся практические семинары. Осуществляется также обучение пользователей на рабочих местах и по проблемам, представляющим специфическую сферу интересов для конкретной фирмы. В России и странах СНГ семинары проводятся преимущественно на русском языке. В России проведено более 60 семинаров, на которых прошли обучение более 400 специалистов. Ведущие специалисты российских фирм прошли обучение за рубежом. Ежегодно только в Европе "МSС" проводит более 200 семинаров, с расписанием и содержанием которых можно познакомиться в московском офисе "МSС" или на страницах "МSС" в сети Internet по адресу www.macsch.соm. Новое направление в "МSС" - создание мультимедийных курсов на компакт дисках, включающих в себя звуковые лекции с демонстрацией работы на компьютере и решением типовых задач.

Поддержка и сопровождение

Поддержка клиентов, эта своеобразная визитная карточка корпорации "МасNеаI-Schwen-dler", есть одно из важнейших слагаемых успеха компании. "МSС" направляет существенную часть своих ресурсов на создание лучшей системы поддержки в отрасли.

Обеспечивая техническую поддержку по телефонной горячей линии, учебные занятия и предоставляя клиентам подробную документацию, корпорация помогает им извлекать максимальную пользу из каждого предлагаемого ею продукта. Техническая поддержка осуществляется через упомянутую горячую линию, е-mail, факс, консультации, решение демонстрационных задач. Гарантией качества поддержки является то, что в зависимости от сложности вопросов может быть задействована вся цепочка технических специалистов, включая подготовленных технических специалистов региональных реселлеров, семерых специалистов московского офиса, более тридцати специалистов мюнхенского офиса, а также более 300 специалистов в Лос-Анджелесе и Гауде. Кроме этого, в настоящее время в "МSС" созданы виртуальные группы поддержки, специализирующиеся по отдельным системам и включающие в себя специалистов из разных стран, работающих совместно на основе современных электронных средств коммуникации.

Ежегодно по всему миру проводятся пользовательские конференции по обмену опытом применения компьютерных технологий МSС и определения задач для дальнейшего развития систем МSС. С трудами конференций и других изданий можно ознакомиться в офисах "МSС" и на интернетовских страницах. Структура кон-ференций - Всемирная (Лос-Анджелес), Европейская (Мюнхен), Азиатская (Токио), а также местные конференции по отдельным странам. 29 октября 1998 г. в Москве состоялась Первая российская конференция пользователей МSС. А Вторая российская конференция пользователей MSC пройдет 28 октября 1999 г.

Заявки на участие в конференции могут быть направлены по электронному адресу hjr-msc_ rus@col.ru.

Постоянное развитие систем МSС предусматривает автоматическую поставку новых версий систем и соответствующей документации.

"МSС" проводит политику организации и расширения сети реселлеров. В настоящее время реселлером "МSС" в РБ является ТСЮЕЗ.

Среди обладателей лицензий на продукты "МSС" в СНГ - МАЗ, МТЗ, Физико-технический институт НАНБ и БГПА.

Сергей ЗОЛОТОВ