LS-DYNA (Livermore Software Technologies Corp.)

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.).

 

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.

 

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.

 

 

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.