Среда конечно-элементных расчётов T-FLEX Анализ
Для решения различных задач инженерных расчётов «Топ системы» предлагает специализированную среду конечно-элементных расчётов T-FLEX Анализ . Главной отличительной особенностью системы является её глубокая интеграция с комплексом геометрических редакторов. Модули конечно-элементного анализа интегрированы непосредственно в систему 3D моделирования T-FLEX CAD 3D . Пользователь T-FLEX CAD 3D. создает в среде моделирования объемную модель. Непосредственно в интерфейсе T-FLEX CAD 3D присутствует специальное меню , используя команды которого, пользователь может осуществить конечно-элементное моделирование поведения изделия в различных постановках физических задач. Весь процесс осуществляется непосредственно в T-FLEX CAD 3D , в привычном для пользователя интерфейсе.
Меню T-FLEX Анализ в окне T-FLEX CAD 3D
Преимущества такого интегрированного решения для пользователя очевидны:
- Отсутствуют затраты времени на повторный ввод информации об изделии в систему конечно-элементного анализа (CAE) с помощью редактора CAE системы;
- Модель передаётся из T-FLEX CAD 3D в систему конечно-элементного анализа максимально точно, насколько это возможно отсутствуют возможные погрешности экспорта-импорта моделей через универсальные обменные форматы или погрешности повторного ручного ввода.
- За счёт прямой программной интеграции сохраняется ассоциативная связь расчётной математической модели и электронной объемной модели изделия. Т.е. пользователь может, например, изменить размеры анализируемого изделия, обновить конечно-элементную модель, и сразу же получить результаты расчёта измененной модели. При этом ему не понадобится повторно осуществлять ввод геометрии, экспорт-импорт, задание граничных условий и т.п. Очевидно, что это очень удобно с точки зрения пользователя, и позволяет в короткие сроки просчитать несколько вариантов, и выбрать из них оптимальный.
Структурно T-FLEX Анализ организован по модульному принципу, что позволяет пользователю гибко подойти к комплектации рабочего места расчётчика. В зависимости от решаемых задач, пользователь может выбрать один или несколько из четырёх расчётных модулей.
Обобщенная структурная схема системы T-FLEX Анализ
Статический анализ – позволяет осуществлять расчёт напряжённого состояния конструкций под действием приложенных к системе постоянных во времени сил. На сегодняшний день это, пожалуй, наиболее востребованная в проектировании задача. С помощью модуля «Статический анализ» пользователь может оценить прочность разработанной им конструкции по допускаемым напряжениям, определить наиболее слабые места конструкции и внести необходимые изменения (оптимизировать) изделие. При этом между трёхмерной моделью изделия и расчётной конечно-элементной моделью поддерживается ассоциативная связь. Параметрические изменения исходной твёрдотельной модели автоматически переносятся на сеточную конечно-элементную модель.
Частотный анализ – позволяет осуществлять расчёт собственных (резонансных) частот конструкции и соответствующих форм колебаний. Осуществляя проверку наличия резонансных частот в рабочем частотном диапазоне изделия и оптимизируя конструкцию таким образом, чтобы исключить возникновение резонансов, разработчик может повысить надёжность и работоспособность изделия.
Анализ устойчивости – важен при проектировании конструкций, эксплуатация которых предполагает продолжительное воздействие различных по интенсивности нагрузок. С помощью данного модуля пользователь может оценить запас прочности по т.н. «критической нагрузке» – нагрузке, при которой в конструкции могут скачкообразно возникнуть значительные неупругие деформации, зачастую приводящие к её разрушению или серьёзному повреждению.
Тепловой анализ – модуль обеспечивает возможность оценки температурного поведения изделия под действием источников тепла и излучения. Тепловой анализ может использоваться самостоятельно для расчёта температурных или тепловых полей по объёму конструкции, а также совместно со статическим анализом для оценки возникающих в изделии температурных деформаций.
Тетраэдальные конечные элементы, используемые в T-FLEX Анализе: а) линейный, четырехузловой; б) квадратичный, десятиузловой
Типичный порядок работы расчётчика с системой T-FLEX Анализ состоит из нескольких этапов.
- На первом этапе необходимо построение трёхмерной модели изделия в T-FLEX CAD 3D.Отметим, что модель может быть импортирована из сторонней системы проектирования.
На втором этапе необходимо осуществить генерацию сеточной конечно-элементной модели изделия с помощью модуля Препроцессора T-FLEX Анализ. Генерация сеточной модели предусматривает создание конечно-элементной сетки, отражающей геометрию изделия и наложения граничных условий, определяющих физическую задачу, подлежащую решению.
T-FLEX Анализ ориентирован на решение физических задач в объёмной постановке. Геометрию анализируемой детали в этом случае удобнее всего описывать тетраэдальным конечным элементом, поэтому Препроцессор T-FLEX Анализа ориентирован на автоматическое построение тетраэдальных конечно-элементных сеток. Тетраэдальная сетка позволяет достаточно точно аппроксимировать сколь угодно сложную произвольную геометрию изделия, и поэтому часто используется для объёмного МКЭ анализа. Препроцессор T-FLEX Анализ позволяет строить сетки из тетраэдальных конечных элементов двух типов – четырехуз-ловых тетраэдров и десятиузловых тетраэдров.
Элементы первого типа обеспечивают линейную аппроксимацию искомой функции (например, перемещений или температуры) в пределах объёма КЭ. Элементы второго типа, десятиузловые, обеспечивают более высокий порядок аппроксимации – квадратичную аппроксимацию, и лучше аппроксимируют криволинейные границы. Пользователь может выбрать для быстрой качественной оценки расчёт линейным тетраэдальным КЭ, а для ответственного количественного анализа – расчёт квадратичным тетраэдром.
Кроме того, Препроцессор позволяет задавать самые различные опции по управлению параметрами КЭ сетки – размеры КЭ, степенью аппроксимации криволинейных границ, задавать режимы оптимизации и т.п. Настройки генератора сеток позволяют создавать адаптивные тетраэдальные сетки с переменным шагом. Такие сетки имеют сгущения конечных элементов в местах модели со сложной геометрией , в которых можно ожидать концентрации напряжений.
Кроме построения конечно-элементной сетки, с помощью Препроцессора задаются граничные условия, необходимые для решения физической задачи. В T-FLEX Анализе для этого предусмотрены специальные команды, позволяющие в интерактивном режиме задать внешние воздействия, прикладывая их непосредственно к элементам твердотельной модели. Препроцессор автоматически переносит граничные условия на конечно-элементную модель для выполнения расчёта.
Третий этап осуществления расчётов выполняется модулем Процессора T-FLEX Анализ. В Процессоре осуществляется генерация расчётных систем уравнений и их решение. Результатами работы конечно-элементного Процессора являются значения искомых целевых функций, таких, как, например, перемещения и напряжения при статическом анализе, или собственные частоты и формы колебаний при частотном.
Для всестороннего анализа результатов работы Процессора используется четвертая составная часть системы – Постпроцессор системы конечно-элементных расчётов T-FLEX Анализ. Постпроцессор, также как и предыдущие модули, глубоко интегрирован в T-FLEX CAD 3D и позволяет пользователю после завершения расчётов осуществить всестороннее изучение полученных результатов. Постпроцессор T-FLEX Анализа обладает набором удобных пользовательских функций, таких как анимация, отображение деформированного состояния, настраиваемые шкалы, многооконный интерфейс, зондирование результатов и др.
Использование команды T-FLEX Анализ "Сетка" для построения тетраэдальной конечно-элементной модели изделия.
Таким образом, используя модуль конечно-элементных расчётов T-FLEX Анализ, пользователь T-FLEX CAD получает возможность осуществлять различные виды инженерных расчётов для сложных машиностроительных конструкций – на прочность, устойчивость, резонансные частоты и теплопроводность.
Презентационные видеоролики:
