Все новости от 21 апреля 2005 г.

Как работает APM Structure3D

Подготовка модели. Объекты для КЭ-анализа обычно представляются в виде стержней произвольного поперечного сечения, гибких нитей, пластин и оболочек, твердотельных моделей и их произвольных комбинаций.

Это позволяет рассчитать все многообразие строительных и машиностроительных конструкций и их элементов. Например, на рис. 1 показана стержневая модель строительной конструкции. Такую твердотельную модель можно создать либо в модуле APM Structure3D с помощью встроенных функций, либо посредством разработанного в “НТЦ АПМ” редактора трехмерного моделирования APM Studio. Возможен импорт трехмерных моделей из других САПР через формат обмена STEP.

Методы расчета. Главным образом в APM Structure3D используется метод КЭ, но при необходимости применяются и другие методы строительной механики. Число конечных элементов для разбиения сечений стержней и, следовательно, длительность времени расчета устанавливаются пользователем. Общее количество конечных элементов ограничено лишь возможностями имеющейся в вашем распоряжении компьютерной техники.

Для создания твердотельных и оболочечных элементов в модуле APM Studio имеется специализированный генератор автоматического разбиения на конечные элементы, с помощью которого можно также задать условия закрепления и нагружения. Кроме того, стержни разбиваются на конечные элементы в автоматическом режиме с помощью встроенного генератора разбиения. При этом создаваемая КЭ-сетка в зависимости от топологии модели может быть либо равномерной, либо адаптивной. В последнем случае размер конечного элемента определяется геометрией детали. В местах большой кривизны размерность конечного элемента уменьшается автоматически (рис. 2).

После построения КЭ-сетки необходимо решить систему уравнений, которые формируются в результате КЭ-анализа. Они решаются разными методами. В текущей версии системы реализовано два из них. Критерием применимости того или иного метода может быть только корректность полученных с его помощью результатов расчета. Возникает резонный вопрос: как проверить правильность работы APM Structure3D? Для этого на этапе создания системы проектировщики постоянно выполняли параллельные аналитические и численные вычисления в таких известных CAE-пакетах, как NASTRAN и ANSYS. Сейчас мы готовы утверждать, что результаты расчета в APM Structure3D полностью согласуются с результатами, полученными в известных зарубежных аналогах.

Специализированный интерфейс. Для эффективной реализации расчетных и графических процедур в модуле APM Structure3D предусмотрен интерфейс, который включает:

• графический редактор задания конструкций как комбинаций из стержней, гибких нитей, пластин и твердотельных элементов;

• визуализатор пространственного представления модели;

• редактор задания плоских сечений стержневых элементов;

• редактор задания нагрузок, условий закрепления и механических характеристик составляющих конструкцию элементов;

• визуализатор результатов расчета.

К элементам конструкции могут быть приложены различные виды силовых факторов. Реализована возможность работы с различными нагружениями и их комбинациями, что важно при проектировании строительных конструкций.

Интерфейсная часть, предназначенная для демонстрации результатов расчета, проста и удобна, а главное, сильно облегчает анализ полученных результатов и способствует принятию правильных решений (рис. 3 и рис. 4).

Дополнительные средства. В APM Structure3D входит библиотека стандартных профилей и базы данных по материалам и их характеристикам. Для задания произвольных нестандартных сечений (включая и многосвязные) и редактирования существующих предусмотрен специализированный редактор. Имеется постпроцессор, который позволяет выполнить визуализацию напряженно-деформированного состояния модели, распределения тепловых полей и напряжений в любом текущем сечении любого стержневого элемента, действия силовых факторов и деформаций (линейных и угловых) в узловых точках, графиков функций (описывающих законы моментов изгиба и кручения, напряжений и деформаций, поперечных сил и т. п. по длине любого из стержней).

Пользователь может получать результат расчета напряжений как в форме эквивалентного напряжения, так и в виде его осевых компонентов. То же самое касается и деформаций: в качестве результата расчета выводятся как результирующие деформации, так и их составляющие по различным осям координат и углы поворота сечений.

Таким образом, APM Structure3D позволяет проектировать конструкции, близкие к равнопрочным по критериям прочности, жесткости, устойчивости и вибрационной активности. Подбор поперечных сечений можно выполнить и в автоматическом режиме. Для строителей готовится к выходу версия, включающая расчет железобетонных конструкций. 4

С авторами статьи, сотрудниками компании “НТЦ АПМ”, можно связаться по адресу:com@apm.ru.

* Следует отметить, что APM Structure3D — не единственная отечественная CAE-система. Например, программу для КЭ-анализа также предлагает компания “Топ Системы”, а для газо- и гидродинамики — фирма “Тесис”. — Прим. ред.