суббота, 16 марта 2013 г.

Инженерные исследования. Вариант Autodesk. Часть 2

   В продолжение серии по обзору портала Engineering exploration. Начало серии тут. Данная публикация посвящена второму разделу - проведению расчетов на базе линейных моделей материалов.

   Скажу честно, по сравнению с первым, да и с остальными разделами, второй существенно проигрывает по многим параметрам. Основная проблема в том, что без хорошего понимания английского языка и без открытых во время видеопрезентации слайдов понять о чем идет речь трудновато. Связано это с тем, что диктор презентации объясняет физику поведения модели и вид разрешающих уравнений исключительно словами и на фоне "голой модели". В смысле без результатов, без расчетов. Максимум по меню пробегается и озвучивает пункты меню отвечающих за типы расчетов. Складывается впечатление, что автор просто забыл переключить мониторы во время презентации, а потом решил не заморачивать типа и так пойдет. Материалы для инструктора тоже обделены теоретической нагрузкой, по сему я утверждаю что без слайдов понять что либо будет достаточно сложно. Раз так, то речь сегодня пойдет не столько о видео, сколько о полной информации по уроку, и базируется преимущественно на докладах.

   Итак, во втором разделе 9 уроков. Три первых посвящены теоретическим основам, остальные уже больше ориентированы на практику.


   В первом уроке рассказывается об основах Метода Конечных Элементов (МКЭ). О том, что все у нас базируется на законах сохранения и принципах минимизации функционала. Впрочем для большинства задач, особенно линейных, кучу сложных уравнений можно существенно упростить. Разрешающие уравнения представлены на слайдах. В видео также рассказывается о типах анализа, которые можно совершить в рамках предположения о линейном поведении материалов. К таким расчетам относится линейная статика (впрочем это не совсем точное определение, так как могут считаться задачи с учетом контакта), задачи о собственных частотах и формах (модальный анализ) в том числе и для предварительно нагруженной конструкции, об отклике на гармоническое или случайное воздействие и получение спектрального анализа. Также сюда относится линейная потеря устойчивости (нахождение критического значения нагрузки при сжатии) и решение задач динамики (в линейной постановке), как путем полного интегрирования динамических уравнений, так и путем разложения решения по собственным формам. Большая часть из данных типов расчетов продемонстрирована в других уроках модуля


   Во втором уроке рассказывается об уравнении Ньютона-Рафсона. Это наиболее часто используемый метод при решении нелинейных задач с помощью МКЭ. Решение получается путем последовательного итерационного приближения к точному. Состоит из линейной и нелинейной части. Требует применения нелинейных моделей материалов (для них нужно иметь большее количество данных для описания физических свойств). В принципе результаты расчета нелинейной статики могут стать основой для расчетов собственных частот конструкции с учетом приложенной нагрузки или для расчета на устойчивость.


   В третьем уроке, на базе стержневого (если я правильно понимаю) элемента объясняется основные принципы расчета и разница между математическими постановками для элементов, а тут все необходимые расчеты можно повторить руками. В ASM присутствуют различные типы материалов, но чем сложнее элемент тем сложнее математика для него, а стержневые элементы - одни из самых простых. Говорится очень важная фраза, о том, что чем лучше студенты (и все кто занимается компьютерным моделированием CAE) понимают математические принципы расчетов, и внутреннюю математику элементов - тем лучших результатов они могут добиться при проведении расчетов.


   В четвертом уроке, "наконец-то", переходят от слов к делу. В рамках задачи, на базе аж четырех видео, подробно демонстрируется полный процесс решения - от постановки до анализа результатов. Не смотря на то, что многие вещи уже рассказывались в предыдущих уроках, в данном уроке дана более глубокая проработка. В рамках урока и меняется материал, и настраивается тип элемента, и характеристики решателя. А то, что все это демонстрируется на базе простой консольнозащемленной балки, как по мне так только упрощает понимание. Кроме того, данный урок хорошо демонстрирует, что в рамках ASM, использование линейных моделей материалов не ограничивает результаты исключительно линейной составляющей. Так в данном уроке рассматривается вопрос "больших перемещений", что обычно относят к нелинейностям.


   В пятом уроке рассматривается последовательность действий при выполнении модального анализа (задача на собственные частоты и формы), в базовой постановке (без учета нагрузки) в первом из видео, так и с учетом нагружения (во втором видео). Все подробно и хорошо расписано. Единственная претензия - стиль изложения физических законов с помощью математики несколько пляшет от урока к уроку, что может сбивать людей, особенно если их мат. подготовка не соответствует нормам "мехмата" или аналогичных прикладников от математики. Также в презентации коротко рассказывается, что такое частоты и формы зачем их нужно искать, и что это может дать для понимания работы конструкции.


   Шестой урок рассматривает вопросы решения задачи динамики методом разложения по формам (ну или путем спуерпозиции форм, это кому как нравится). Преимуществом данного времени является более высокая скорость решения задачи. Недостатком является то, что не все можно решить таким образом. В уроке подробно рассмотрены этапы и настройки задачи динамики.


   Седьмой урок построен на аналогичной задаче (по отношению к шестому), но при этом демонстрируется методика решения задачи путем полноценного решения задачи динамики. Также дается пояснение таким моментам как наличие трения и ее влияние на результат.


   Восьмой урок посвящен постановке задачи на устойчивость и поиску критических величин нагрузки. Собственно ничего более в уроке нет.


    Последний - девятый урок посвящен расчету на долговременную прочность (Fatigue). В уроке рассказывается о работе с мастером. На первом шаге мастер спрашивает на базе чего мы хотим анализировать усталость - на базе напряжений или деформаций. На втором шаге настраиваются физические свойства материала необходимые для подобных расчетов (вплоть до усталостных кривых). Третий шаг посвящен настройкам фактора концентрации напряжений и тип обработки поверхностей (литые, обработка резанием, шлифовка). Следующий (четвертый) шаг посвящен как раз наиболее интересному - заданию кривой циклического нагружения. В данном случае время участвующее в определении кривой - лишь способ определения нагрузки. Никаких динамических эффектов оно не дает и не учитывает. Пятый шаг мастера "спрашивает" что нужно в качестве результата - запас, или количество циклов. Шестой цикл содержит по сути только кнопку отправки поставленной ранее задачи на расчет. И собственно последний - седьмой шаг содержит результатам расчета.

   Собственно еще раз напомню, что если Вы хотите не только увидеть на какие кнопки нужно нажать, чтобы получить результат, но и понять что нужно задавать и от чего зависят результаты расчета (физика процесса), крайне желательно кроме видео ознакомиться еще и с дополнительными материалами по интересующим урокам.

   P.S. Ссылки на другие части:
      Часть 0. - Обзорная
      Часть 1. Импорт геометрии и основы работы с Autodesk SimulationMultiphisics
      Часть 3. Инженерные исследования. Вариант Autodesk