пятница, 22 марта 2013 г.

Инженерные исследования. Вариант Autodesk. Часть 3

   В продолжение серии по обзору портала Engineering exploration. Начало серии тут. На очереди третий раздел посвященный работе с нелинейными моделями материалов.

   Уроки раздела стартуют с места в карьер и уже с первого нам начинают объяснять что есть нелинейность и как с ней бороться. В рамках видеоуроков, стандартно лишь перечисляют типы нелинейных анализов да последовательность действий. В презентации к урокам дают детальное описание с большим количеством иллюстративного материала, облегчающего понимание. И если в прошлых случаях, когда речь шла об интерфейсе или линейных задачах, можно было на теорию не сильно акцентировать внимание, то в данном случае уже нет. Я настоятельно советую подробно ознакомиться с теорией, и мне крайне жель, что Autodesk не сделала более визуально понятного дополнения к презентации. Дело в том, что нелинейность вносит в задачу факторы которые затрудняют предсказание результатов, как людям так и самому компьютеру. Грубо говоря это как смотреть цветное кино в чернобелом варианте и гадать какой из серых шариков на столе зеленый, а какой голубой или оранжевый. А может они изначально все серые...


   В первом уроке рассказывается об основных типах нелинейных задач, а в презентации дается им неплохое описание. Решение задачи - увы не демонстрируется. Основная идея урока состоит в том, чтобы рассказать, что в дополнении к уже ранее описанным линейным моделям есть различные типы нелинейностей. Решение и соответственно результаты можно разделить на упругие и пластические составляющие. При упругом поведении, после снятии нагрузки конструкция примет первоначальную форму. Если же в материале был превышен предел текучести, то в некоторых местах после разгрузки останутся зоны с остаточными деформациями. Большинству из нас данный феномен знаком по сгибанию металлической (например медной, или алюминиевой) проволоки.
   За время которое отлеживалась данная публикация. В содержании курса произошли некоторые изменения и после первого урока был добавлен тот урок, в котором как раз демонстрируются основные моменты связанные с упруго-пластическим поведением. В нем описываются базовые понятия такие как, критерии начала пластического деформирования, различия между изотропным и кинематическим упрочнением и др.


    Кроме учета пластичности Autodesk Simulation Multiphysics имеет возможность учета гиперупргости. Данным термином описывают поведение резиноподобных материалов. В них может не происходить пластического деформирования, и даже при больших величинах нагрузки, после ее снятия, исследуемый объект вернется в первоначальное состояние. Нелинейность же в данном случае будет выражаться в том, что величины деформаций не будут прямопропорциональны величине нагрузки. Демонстрация подобного варианта происходит во втором уроке. Наиболее подходящим примером подобных материалов являются всевозможные резины. 


   В третьем уроке, кроме прочего, демонстрируются подходы применяемые для решения задачи в осесимметричной постановке (это позволяет существенно уменьшить размерность задачи - а значит и требования к необходимым вычислительным ресурсам и времени).В задаче исходная геометрия представленна объемными телами и по ходу урока преобразуется в набор плоских поверхностей необходимых для упрощенного варианта. Примечательным является то, что для работы с плоской или осесимметричной задачей ее геометрия и сетка должны находиться в плоскости Y0Z. Для описания гиперупругого поведения используется модель материала Муни-Ривлин. Сама модель и ее константы более подробно описаны в презентации к разделу.


   В четвертом уроке, на примере консольно защемленной балки демонстрируют поведение вязкоупругих материалов. Для этого в плоской двумерной постановке рассматривают работу стержня, который представляет из себя трехслойный "сендвич". Внешние слои - алюминиевые пластины, внутренний слой - тот самый "вязкий" материал. Так как в стандартной базе данных не всегда можно найти необходимый материал, в уроке демонстрируется ручное определение параметров вязкоупругого материала. Информацию о том, какие параметры за что отвечают - можно найти в Power Point презентации. Основными параметрами являются данные для релаксационной кривой.


   При решении многих задач, нередко оказывается, что причиной поломки не всегда является превышение предела прочности или текучести. Одним из таких вариантов является потеря устойчивости (buckling). Обычно конструкция теряет устойчивость при сжимающих и/или сдвиговых нагрузках. При этом следует заметить что решение задачи в линейной постановке, да еще и идеализированной конструкции без учета дефектов не всегда приводит к правильным оценкам. Существуют различные варианты решения данной проблемы и один из них - метод Рикс (Riks method). Суть его состоит в то, что на конструкцию действует постепенно увеличивающаяся нагрузка и таким образом определяется момент потери устойчивости. В пятом уроке как раз и демонстрируется решение данной задачи на примере дугообразной балки.


   Последний, шестой урок, посвящен вопросам столкновения двух тел на высокой скорости. Так как при этом решается контактная задача, то результаты могут быть крайне нелинейными. Собственно вопросы связанные с данными процессами и вариант решения данной задачи показаны в уроке.