3 - 2009

Время думать о САЕ

Павел Гончаров (Ведущий специалист направления САЕ Siemens PLM Software.)

САЕ: удешевление, ускорение, творчество

Nastran: из NASA в Siemens

Чем помогут NX Advanced Simulation и Femap?

Почему Siemens PLM Software?

САЕ-технологии позволяют промышленным предприятиям снизить затраты и ускорить выход конечного продукта на рынок.

Современная промышленность невозможна без новых технологий, высококачественного оборудования и квалифицированных кадров. Только сочетание этих трех составляющих гарантирует предприятиям и организациям выход на инновационный путь развития проектирования, производства и послепродажного сопровождения изделий.

Если говорить об оборудовании, то ситуация на рынке и повсеместная глобализация дают повод для оптимизма — нехватка техники может быть устранена тем или иным способом. Наличие компетентных кадров всегда отличало Россию. Последние тенденции в образовании, наличие специальных государственных программ дают надежду на то, что и впредь подготовка высококвалифицированных специалистов для всех отраслей отечественной промышленности будет успешной.

Третий фактор, который все чаще оказывается решающим в конкурентной борьбе за место на требовательном рынке, — это наукоемкие PLM-технологии и компетенции («знания в действии») инженеров, применяющих эти технологии. PLM — это стратегический подход к инновациям, основанный на автоматизации процессов и внедрении на предприятии доступа к единой базе данных об изделиях на протяжении всего жизненного цикла — от зарождения идеи и проектирования изделия до организации производства, дальнейшей его эксплуатации и утилизации.

Наиболее наукоемкими среди всех PLM-технологий являются так называемые CAE-технологии. Аббревиатура CAE означает Computer-Aided Engineering, то есть компьютерный (численный) инжиниринг или автоматизированный инженерный анализ. В данной статье речь пойдет именно об этом секторе PLM-технологий. Мы поговорим о вычислительных системах, представленных на рынке CAE, об их возможностях, применимости, доступности для российского бизнеса, о том, где и как можно обучить инженеров CAE-технологиям.

САЕ: удешевление, ускорение, творчество

Зачем предприятию нужны CAE-технологии и CAE-специалисты? Когда стоит внедрять и с какого момента применять вычислительные методы, проводить численный анализ? Ответы на эти вопросы только кажутся сложными. Компьютерный инжиниринг позволяет достичь существенного снижения затрат в первую очередь на натурный эксперимент и прототипирование, а также значительно сократить сроки выхода изделий на рынок. Ведь после внедрения вычислительного компьютерного эксперимента отпадает необходимость во множественном итеративном процессе натурных испытаний. Не нужно также вносить изменения в конструкцию по их результатам. Напротив, появляется возможность «поиграть» параметрами и свойствами конструкции, дать возможность инженеру в полной мере проявить свой талант и опыт, достигая оптимальных параметров и свойств проектируемого изделия.

Кроме того, CAE-технологии позволяют хранить, накапливать и совместно применять знания и опыт конструкторов и инженеров, использовать межотраслевой и междисциплинарный трансфер методик и технологий. Поэтому для достижения максимальной выгоды и успеха целесообразно начинать инженерный вычислительный анализ на самых ранних стадиях проектирования изделий — от выбора и анализа конструктивных схем и идейных решений до окончательных верификационных и поверочных расчетов полностью спроектированных конструкций.

В начало В начало

Nastran: из NASA в Siemens

Компания Siemens PLM Software — ведущий мировой производитель и поставщик решений CAD/CAM/CAE/PLM — предлагает широкий набор решений для всех видов инженерного анализа: для малых и средних предприятий, для компаний-гигантов, для совместного и индивидуального использования, для работы с распределением ролей (инженер-конструктор, инженер-прочнист) и работы в рамках одного рабочего места, для применения в единой среде проектирования и анализа и работы в средах мульти-CAD и мульти-CAE.

В портфель CAE-решений компании Siemens PLM Software входят две основные флагманские системы автоматизированного инженерного анализа методом конечных элементов (МКЭ) — NX Advanced Simulation и Femap. Обе они основаны на базе решателя NX Nastran, который позволяет эффективно и быстро осуществлять решение различных задач, вплоть до самых сложных нестационарных нелинейных процессов, описываемых системами нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных. Решатель NX Nastran — это ядро, в котором осуществляется численное решение этих систем уравнений.

История создания системы инженерного анализа Nastran уходит в начало 70-х годов ХХ столетия. Она была разработана Национальным агентством по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) специально для проведения анализа и проектирования средства выведения «Сатурн V». Nastran расшифровывается как NASA STRuctural ANalysis. Выпуск первой коммерческой версии системы состоялся в 1972 году. Таким образом, Nastran является первой CAE-системой с широким спектром возможностей инженерного анализа. Качество результатов проверено временем и опытом многих ведущих мировых и отечественных компаний.

Отличительной особенностью системы конечно-элементного анализа NX Advanced Simulation является возможность работать в единой среде сквозного проектирования и в полной мере реализовать технологию Simulation Based and Driven Design. Это означает, что дизайн и конечная реализация изделия целиком и полностью основаны и верифицированы численными экспериментами, а параметры и свойства системы выбраны наиболее оптимальным с инженерной точки зрения образом. Advanced Simulation — это полнофункциональный модуль среды проектирования NX для подготовки геометрической модели, создания конечно-элементной (КЭ) модели, подготовки данных для передачи в решатель NX Nastran (или другой решатель), визуализации и анализа полученных результатов. Система позволяет использовать все преимущества геометрического ядра Parasolid при подготовке и упрощении геометрической «конструкторской» модели для создания конечно-элементной модели. Возможность приложения нагрузок и закреплений как к узлам и элементам КЭ-модели, так и к геометрическим элементам (точкам, линиям, поверхностям и т.д.) делает процесс подготовки данных для расчета интуитивно понятным и удобным для пользователя. Большой выбор типов элементов и материалов, а также возможность использовать и создавать соответствующие библиотеки позволяют моделировать изделие или процесс практически любой сложности с учетом специфики и особенностей поведения того или иного объекта. Автоматические генераторы КЭ-сеток, прямая связь между геометрической и КЭ-моделью дают возможность при необходимости максимально автоматизировать внесение изменений в конструкцию и анализ новых конфигураций. Удобные меню помогут быстро освоить и максимально эффективно применять весь функционал системы КЭ-анализа NX Advanced Simulation.

Среда моделирования и конечно-элементного анализа Femap в рамках Velocity Series широко используется предприятиями малого и среднего бизнеса, авиационной и оборонной промышленности. Недорогое решение Femap with NX Nastran обладает полноценным функционалом решения инженерных задач, а более чем двадцатилетняя история успешного развития пре-/постпроцессора Femap сделали его стандартом де-факто в области конечно-элементного моделирования и анализа. Следует отметить и выход на рынок в декабре 2008 года новой версии Femap 10, дополненной новыми функциональными возможностями. Теперь полноценные пространственные генераторы позволяют создать качественную КЭ-сетку с первого раза. При этом они не ограничены лимитами параметрических генераторов сеток. Генерация КЭ-сетки в режиме реального времени дает больший контроль над ней и сокращает общее время построения КЭ-модели, а проверка качества элементов после каждой операции позволяет контролировать точность будущих результатов. Средства подготовки и очистки геометрической модели разрешают создавать адекватные КЭ-модели с необходимой степенью детализации. Поддержка 64-разрядных систем дает возможность полностью загружать в память и легко оперировать даже большими моделями. Долгожданная возможность преобразования вектора перемещения и тензора напряжений в любую заданную систему координат теперь позволяет более адекватно интерпретировать и анализировать полученные результаты.

В начало В начало

Чем помогут NX Advanced Simulation и Femap?

Итак, какие же классы задач могут быть решены с применением программных систем конечно-элементного анализа от Siemens PLM Software на базе решателя NX Nastran — систем NX Advanced Simulation и Femap? Это анализ динамики и прочности конструкций, машин и сооружений, решение нестационарных нелинейных пространственных задач, рассмотрение механики композитов и композитных структур, строительной и технологической механики, анализ теплопереноса, механики жидкости и газа, связанных многодисциплинарных задач.

Базовые модули обеих систем КЭ-анализа (NX Advanced Simulation и Femap with NX Nastran (Basic)) позволяют проводить основные виды инженерного анализа, такие как линейный статический анализ, анализ частот и форм собственных колебаний, анализ потери устойчивости конструкций, анализ стационарного и нестационарного теплообмена, базовые возможности нелинейного анализа. Базовый нелинейный анализ включает учет таких нелинейностей, как геометрическая (большие деформации, перемещения, следящие нагрузки) и физическая (учет нелинейных материалов — пластичности, ползучести, вязкоупругости), учет контактного взаимодействия при малых перемещениях — «линейный» контакт, учет контакта с условием сплошности. Расширенный нелинейный модуль (Advanced Nonlinear) используется при анализе больших нелинейностей (в том числе деформирование эластомеров, учет пространственного контактного взаимодействия), сочетании различных видов нелинейностей, а также при моделировании и расчете быстропротекающих нелинейных динамических процессов на основе явной схемы интегрирования.

Кроме того, Siemens PLM Software предлагает своим заказчикам ряд специализированных решений, таких как Advanced Thermal Simulation, Advanced Flow Simulation, Motion Simulation-RecurDyn, Response Simulation, Laminate Composites, Nastran Rotor Dynamics, Nastran Advanced Aeroelasticity, Nastran Optimization, Nastran DMAP, Nastran Super Elements, и профильных приложений — NX Space Systems Thermal Simulation (позволяет проводить оценку нестационарного теплообмена космических аппаратов и орбитальных систем во время орбитальных и межпланетных полетов) и NX Electronic Systems Cooling Simulation (дает возможность оценить охлаждающие системы с учетом густо расположенных источников тепла электронных систем).

В начало В начало

Почему Siemens PLM Software?

CAE-системы компании Siemens PLM Software оптимально сбалансированы по функционалу и стоимости. Они отлично подходят для решения задач автоматизации расчетов на любых типах предприятий. Количество пользователей решений компании Siemens PLM Software достигает 56 тыс. Ежедневно в мире более 5,9 млн инженеров используют технологии и решения Siemens PLM Software. Простота освоения представленных систем конечно-элементного анализа позволяет в короткий срок обучить специалистов работе в данной среде и быстро получить отдачу от инвестиций. А поддержка 64-разрядных систем снимает ограничение на выделение оперативной памяти и позволяет проводить КЭ-моделирование и расчет еще быстрее.

Для тех, кто уже использует какие-либо системы КЭ-моделирования и анализа, важно то, что нет необходимости отказываться от наработок и накопленных знаний в этих средах. NX Advanced Simulation, так же как и Femap, позволяют пользователю работать в среде, независимой от решателя. То есть при наиболее развитой интеграции с собственным решателем NX Nastran с каждой версией программных комплексов NX Advanced Simulation и Femap повышается интеграция и поддержка сторонних решателей.

Итак, в век инновационного развития и стремительного роста высокотехнологичных производств одним из решающих конкурентных преимуществ, по нашему мнению, станет именно своевременное внедрение и эффективное использование наукоемких CAE-технологий. Автоматизация и использование численного моделирования и анализа поможет предприятию занять лидирующие позиции на российском и мировом рынке среди ведущих промышленных предприятий России и мира.

В начало В начало

САПР и графика 3`2009

Популярные статьи

BIMbox — комплексное внедрение BIM на платформе Autodesk Revit

Автор рассказывает о новом продукте, предоставляемом компанией CSD на рынке САПР в области внедрения технологий информационного моделирования, — BIMbox

Репортаж с конференции «Год в Инфраструктуре 2017»

В октябре состоялась ежегодная конференция, организованная компанией Bentley Systems, — «Год в Инфраструктуре 2017». В этот раз организаторы впервые провели конференцию в Азии, а именно в Сингапуре. Местом проведения был выбран конференц­центр Sands Expo и выставочный центр первоклассного отеля Marina Bay Sands

В новейшей версии системы NX от Siemens представлены средства междисциплинарной разработки изделий, реализованные на единой платформе

В новой версии системы NX реализовано новое поколение решений для конструкторско-технологической подготовки производства и численного моделирования, достигнуто полное объединение процессов проектирования электрических и механических узлов, а также систем управления на основе тесной интеграции с системами Mentor Graphics, Capital Harness и Xpedition