понедельник, 12 августа 2013 г.

Autodesk Simulation. Переделка конструкторской модели в расчетную. "Швейцарский сыр"

Пятое сообщение из серии. Сегодня снова поговорим о вопросах которые могут возникнуть на "пустом месте" ;) .
У многих название "швейцарский сыр" ассоциируется с "дырчатым" сыром. И пусть не каждый сыр с дырками - швейцарский, и не каждый швейцарский сыр - с дырками, но аналогия вполне устойчивая.

Впрочем речь пойдет не о сыре, а о геометрии содержащей большое количество различных отверстий. Подобные объекты еще иногда называют "густоперфорированными". Отверстия могут быть простыми - круглыми, квадратными, сложной формы, с фасками и скруглениями и без оных. Может быть и наоборот, вместо перфорации будут присутствовать "наросты" или выштамповки.

Те кто работал в CAD системах, прекрасно знает как CAD системы "любят" подобную массиво-содержащую геометрию. На больших массивах компьютер думает достаточно долго при "регенерации", массивы усложняют "отрисовку" геометрии, массивы в деталях усложняют работу в режиме сборки. В общем массивы - это "зло" даже в CAD. А уж в CAE - это "зло в квадрате". 

Так например для создания массива отверстий в 1000 шт. Autodesk Inventor'у понадобится буквально несколько секунд (до 20 с.). Открытие одной детали с подобным массивом отверстий у Inventor'а тоже не будет длительным явлением, длительность которого измеряется в секундах.
А вот Autodesk Simulation на открытие подобной геометрии потребуется уже около 20 минут (в 60 раз больше). Создание КЭ сетки будет еще более длительным процессом. В данном случае для создания всего лишь 85 тыс. КЭ для AS потребуется 40 минут. При этом с ростом числа отверстий наступает момент, когда AS не может создать сетку  вообще.

Подобные конструкции бывают достаточно часто. Особенно если учесть что они бывают не только перфорированными (т.е. просто с отверстиями, но и различными профилированными объектами, или объектами с элементами штамповки). Вот различные примеры:










Каким образом можно бороться с подобной проблемой?
Начнем с того, что за редким исключением нас не интересуют напряжения в подобных конструкциях, особенно точные. Зачастую нам достаточно общего напряженного состояния и хватит ли жесткости у конструкции содержащей подобные элементы.

Раз так, то основным подходом является замена подобного перфорированного объекта на аналогичный по поведению, но "не дырчатый". Аналогичным в некоторых случаях может быть просто более тонкий лист (преимущественно при работе на изгиб). В случае работы на растяжение, сжатие, да еще в разных направлениях не достаточно простого изменения толщины. В этом случае нужно отнестись к перфорированному объекту как к композитному материалу (в качестве второй составляющей - пустота) и следовательно рассчитать анизотропные механические свойства подобного "композитного" материала.

Если же вас интересует исследование именно НДС (напряженно-деформированного состояния) перфорированного объекта,  и упростить путем замены на эквивалент - не получится, то единственным возможным вариантом является создание из детали - сборки. Т.е. один сложный объект необходимо представить как несколько более простых.
В этом случае, хоть и увеличивается количество тел, зато количество границ (поверхностей и кривых) между которые нужно учесть при создании сетки для тела. 

Так например разделение детали на четыре вспомогательных тела приводит к уменьшению времени на открытие детали с 21 минуты до 4х, а время разбиения на сетку сокращается почти в в 10 раз. 
Однако следует помнить, что AS не очень любит большое количество тел, так что лучше все таки упрощать кардинально - т.е. заменять эквивалентным телом. Принципы создания тел с эквивалентными характеристиками - тема для отдельной публикации, которую еще планируется осветить.

Васильев Антон для adsk.tmm-sapr.org