Блог

«Три кита» расчёта конструкций в ANSYS

Рейтинг:  5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

«Три кита» расчёта конструкций в ANSYS

Я занимаюсь компьютерным моделированием в инженерной сфере на протяжении двадцати лет. Точно не знаю, почему так сложилось, но что есть, то есть. В 1996 году, когда я учился на инженера, значительная часть моей образовательной программы была посвящена изучению основ метода конечных элементов (МКЭ) для расчётов на прочность и вычислительной гидрогазодинамики для расчёта течения жидкости и газа. Мы тратили чрезмерное количество времени на ручной расчет балки под нагрузкой, разбитой на пять конечных элементов. Страшно подумать, сколько деревьев было принесено в жертву моим неряшливым расчетам.

Благодаря этому опыту я понял две вещи. Во-первых, МКЭ чрезвычайно полезен: он позволяет получить решение практических инженерных задач, а во-вторых, использование программного обеспечения является необходимым условием для работы с более-менее серьезными моделями. Полагаю, если бы я анализировал только изменение некоторых параметров задачи: скажем, нагрузки на балку, ее длины и материала, было бы достаточно таблицы Excel или чего-то подобного, но, разумеется, такое решение не является масштабируемым.

Настоящая ценность МКЭ пакетов в том, что они дают возможность получить решение инженерных задач быстрее и дешевле, чем любым другим методом.

Чтобы в максимальной степени задействовать потенциал МКЭ программы, необходимо ставить перед ней различные задачи. Что если отверстия будут большего диаметра или их количество будет увеличено? Что если деталь будет не стальной, а алюминиевой? А что если увеличить нагрузку? Для эффективного решения этих задач необходимо иметь возможность создания модели, которую можно настроить один раз, а далее перевыполнять расчет для ответа на каждый конкретный вопрос.

Итак, первый кит расчёта конструкций – постоянство и предсказуемость поведения программы. Для эффективного анализа конструкции необходима модель, которая способна надежно и предсказуемо реагировать на изменения нагрузок, материала и геометрии.

Несложно построить модель, которая сохраняет свои предыдущие настройки при изменении отдельных размеров или значений параметров, но как насчет изменений в топологии? Скажем, различные варианты конструкции могут иметь различное количество отверстий, и задавать условия закрепления для каждого случая вручную – слишком трудоемкая работа.

Необходим более эффективный способ, позволяющий выбрать все отверстия сразу.

ANSYS На рисунке выше показана выборка объектов (грани, выделенные красным цветом), параметры нагружения которых будут автоматически обновляться при изменении количества отверстий.

Второй кит – возможность параметризации расчета. Если программа позволяет предсказуемо рассчитывать различные модели, можно автоматически выполнять расчеты для анализа вариантов конструкций и схем нагружения. Механизм, обеспечивающий автоматизацию анализа, включает в себя возможность параметризировать свойства модели, её геометрические характеристики (количество отверстий, толщину материала и т.д.), выбор материала или его свойств, а также величины нагрузки.

Иногда возникает необходимость задавать параметры модели посредством некоторых логических зависимостей. Скажем, нужно приложить одно значение силы, если в модели четыре отверстия или меньше, и другое, если отверстий больше четырёх.

И это вполне возможно.

ANSYS Для этого необходимо задать выражение для искомой переменной в ANSYS DesignXplorer и использовать логические переменные: (((P1>4)*10)+((P1<5)*5))*(1[N]/1[m^2])

Представленное выше выражение состоит из двух частей. В первой происходит вычисление безразмерного результата по параметру P1, задающему количество отверстий в нашей модели. Если оно больше четырех, то выражение (P1>4) дает результат единицу (истина). Подобным образом работает и выражение (P1<5). Если модель, например, будет иметь 4 отверстия, то прикладываемое давление будет равно 5 Па, если 6 отверстий – 10 Па.

1[N]/1[m^2] – часть выражения, о которой некоторые пользователи забывают. Параметры DesignXplorer должны иметь единицы измерения. Так как мы определяем величину давления, нам необходимо преобразовать безразмерные числа в числа с единицами измерения давления.

Третий кит в основании ANSYS – производительность. Если решение задачи методом конечных элементов занимает больше времени, чем другие методы расчета, предыдущие два кита – предсказуемость и параметризация – становятся бессмысленными. Необходимо, чтобы каждый этап расчета занимал как можно меньше времени. Мощные рабочие станции, кластеры и облачные вычисления – все это обеспечивает вычислительную мощность, но может ли МКЭ программа воспользоваться этой мощностью? Чтобы в полной мере использовать вычислительные ресурсы, решатель должен быть способен эффективно разделить выполнение задачи и работать со всеми доступными процессорами и ядрами.

Даже с применением самого быстрого на сегодняшний день решателя время до получения результата может быть ограничено временем на подготовку модели к расчёту. Возможность оперативно создавать МКЭ модели и как можно быстрее переходить к выполнению расчета зависит от каждого этапа работы с программой. Так что, скорость работы и эффективность программного обеспечения определяется не только скоростью решателя, но и удобным и производительным интерфейсом.

ANSYS MechanicalANSYS Mechanical на протяжении многих лет расширяет границы возможного, предоставляя пользователям надежные и быстрые инструменты для решения инженерных задач. Три кита, на которых основан расчёт конструкций в ANSYS – отличный повод задать себе вопрос, а так ли эффективно я работаю, как мог бы? Или я трачу слишком много времени на сам процесс работы в МКЭ пакете, а не на принятие решений на основании результатов моделирования?

Если у вас есть желание узнать больше о трёх основах ANSYS Mechanical, почему бы не посмотреть материалы нашего вебинара, который состоялся 25 августа?

Вы узнаете, каким образом с помощью высокопроизводительных инструментов для МКЭ расчёта можно создавать модели, которые не просто дают некоторое представление о проблеме, а обеспечивают её всестороннее понимание.

Автор: Ричард Митчелл

Понравился материал? Подпишитесь, чтобы быть в курсе событий

Facebook

Linkedin

Софт Инжиниринг Групп