Технология разработки проблемно-ориентированных систем прочностного анализа на базе графического процессора AutoCAD
Концепция разработки больших универсальных систем прочностного анализа (COSMOS, ANSYS, ADINA и т.п.) далеко не самая перспективная на рынке программных продуктов CAD-систем технического профиля. Большие системы прочностного анализа неудобно эксплуатировать в проектных организациях в силу целого ряда причин. Назовем некоторые из них:
- универсальность ввода осложняет подготовку исходных данных для конкретной конструкции. В организациях обычно проектируются однотипные конструкции (промышленные конструкции, мосты, вагоны и т.п.), поэтому использование универсального ввода резко осложняет работу;
- при практическом применении универсального программного комплекса, как правило, используется только малая его часть, при этом в памяти машины находится большое количество лишней информации;
- избыточная библиотека элементов затрудняет работу с комплексом;
- для работы с большим универсальным прочностным программным комплексом необходима эксклюзивная дорогостоящая вычислительная техника, не всегда доступная рядовому инженеру-проектировщику.
Коллективом авторов кафедры «САПР транспортных конструкций и сооружений» Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ) разработан и апробирован прочностной комплекс открытой архитектуры, включающий следующие компоненты:
- препроцессор;
- конечно-элементное ядро, выполняющее все этапы конечно-элементного анализа;
- постпроцессор.
Рассмотрим каждую из частей комплекса (рис. 1).
Рис. 1. Архитектура прочностного комплекса «КАТРАН»
Препроцессор разрабатывается для каждой конкретной конструкции (мост, здание, вагон). При этом применяется широко распространенный в проектных организациях графический процессор AutoCAD. Для конструирования препроцессорных блоков служит библиотека функций на языках С и AutoLISP. DWG-конвертор преобразует информацию чертежа AutoCAD во входную информацию конечно-элементного ядра. Препроцессор должен быть организован так, чтобы во время счета можно было менять информацию, что важно при решении задач оптимизации. Подобная организация графического ввода позволяет свободно рассчитывать не только всю конструкцию, но и ее части, что необходимо для проведения отладочных расчетов, исследования поведения конструкции в процессе монтажа и т.п.
Конечно-элементное ядро состоит из библиотеки элементов, функций формирования матрицы жесткости ансамбля конечных элементов, блока решения системы линейных уравнений и вычисления силовых факторов. Библиотека конечных элементов подбирается с ориентацией на конкретный тип конструкции.
Архитектура постпроцессора полностью определяется заказчиком и функционирует в системе AutoCAD.
В заключение приведем примеры конструкций, для которых разработаны специальные пре- и постпроцессоры на кафедре «САПР транспортных конструкций и сооружений» МИИТа (рис. 2-5).
Рис. 2. Расчет тоннельной обделки в упругой среде по специализированному программному комплексу на базе системы «КАТРАН»
Рис. 3. Фрагмент протокола статического расчета кузова вагона РТ-200
Рис. 4. Расчет пересечения автодорожного и железнодорожного тоннелей на площади Гагарина по трассе третьего транспортного кольца в г.Москве
Рис. 5. Фрагмент протокола сопроводительного расчета подъема купола Московского планетария
