10 - 2010

Четыре основных принципа численного моделирования

Эл Дин (Al Dean)

Интеграция

Мультидисциплинарность

Корреляция численного и натурного экспериментов

Открытость

Siemens PLM Software предлагает широкий набор решений для всех видов инженерного анализа (САЕ). В данной статье речь пойдет о четырех базовых принципах численного моделирования, которые составляют основу мощной системы численного анализа NX Advanced Simulation.

С момента слияния Unigraphics Solutions и SDRC, произошедшего около восьми лет назад, NX является флагманским продуктом в портфеле Siemens PLM Software. Слияние позволило объединить опыт в создании геометрии, производственный опыт и ноу­хау в области CAM, глубокие познания в области численного моделирования (CAE), а такжеуправления данными в Teamcenter. Наибольший прогресс был достигнут в области инженерного анализа — компания Siemens PLM Software разработала пакет решений NX Advanced Simulation, появление которого в корне изменило инженерный анализ в NX, предоставив пользователям богатейший набор инструментов и технологий для анализа поведения широкого спектра изделий.

В ходе разработки этих сверхсовременных инструментов численного моделирования компания Siemens PLM Software определила для себя четыре основных элемента автоматизированного инженерного анализа (CAE), на которых должна базироваться технология, а именно: интеграция, мультидисциплинарность, корреляция численного и натурного экспериментов и открытость. Поясним, что подразумевается под каждым из названных элементов.

Интеграция

В современных условиях недопустима разобщенность и несогласованность в работе специалистов разного профиля, то есть создание расчетчиками геометрических моделей с нуля и проведение конечно­элементного моделирования на неактуальной геометрии. Для быстрого и экономичного создания высококачественных изделий требуется совершенно иной подход.

NX предоставляет широкий набор инструментов для численного моделирования изделий, интегрированный непосредственно со средой разработки изделия. Этот набор включает как мастер-процессы анализа прочности и вибрационного анализа, доступные в любой версии NX, так и более совершенные инструменты NX Advanced Simulation, которые позволяют осуществлять прочностной, динамический и тепловой анализ напрямую через интерфейс NX.

Такой интегрированный подход обусловливает использование многими фирмами NX в качестве основной среды как для конструкторских разработок, так и для численного моделирования. Одним из ярких примеров подобного применения NX является Acura, подразделение Honda. В ходе замены тяжелого магниевого литья коробки передач тонкостенной алюминиевой структурой для прототипа своей модели Le Mans конструкторы Acura сумели создать и модифицировать более 4 тыс. деталей менее чем за полчаса.После осуществления подобных операций всего один инженер­расчетчик может оценить их эффективность (провести расчет) менее чем за три часа и выгрузить результаты оценки обратно в рабочий цикл проектирования — раньше на этот процесс уходило 10 дней.

В начало В начало

Мультидисциплинарность

Сфера численного моделирования исторически поделена на несколько дисциплин. Метод конечных элементов (МКЭ) используется для оценки прочностных характеристик и свойств. Вычислительная гидрогазодинамика (CFD) применяется для анализа движения жидкостей и газов, а также комплексной теплопередачи. Моделирование кинематики и динамики (Motion Simulation) используется при работе со сборками в движении. Традиционно каждый из этих процессов моделирования осуществлялся отдельно, но введение мультидисциплинарности позволяет изменить это, создавая среду, в которой результаты и данные, полученные по каждому направлению, могут оказывать влияние друг на друга.

Одним из заказчиков,уже убедившихся в преимуществах мультидисциплинарной составляющей NX, является компания Keyria — ведущий поставщик готовых решений для производства строительных материалов. Она выпускает крупногабаритное оборудование для производства стройматериалов, таких как кирпич, бетонные блоки, штукатурные смеси, создание которого зачастую требует автоматизации в условиях крайне высоких температур. Сотрудники Keyria пользуются NX Nastran, NX Thermal и NX Flow для численного анализа своих изделий. Команде специалистов удалось сократить цикл опытно-конструкторских работ по разработке новейшей промышленной печной системы force air с года до двух месяцев и, благодаря применению тотального численного моделирования, создать систему, позволяющую существенно экономить энергию.

В начало В начало

Корреляция численного и натурного экспериментов

В то время как многие разработчики САЕ-решений являются сторонниками виртуальных экспериментов, факты указывают на то, что физическое тестирование куда ближе к реальным условиям, и так будет в обозримом будущем и впредь. Учитывая это, важно найти баланс между численным моделированием и физическим экспериментом. Может ли численный анализ использоваться для подготовки тестовых установок, их оптимизации и отладки для достижения наилучших результатов? Можно ли применять результаты физических тестов для подтверждения корректности работы цифрового моделирования и его соответствия результатам физического, реального мира?

NX предоставляет инструменты сопоставления данных анализа и тестов в двух ключевых модулях — FE Model Correlation и FE Model Updating. Первый из них обеспечивает процесс планирования эксперимента, дает возможность импортировать/экспортировать данные, а также включает инструменты сопоставления результатов физических и компьютерных испытаний. Планирование эксперимента является ключевым, так как численное моделирование может использоваться для модального анализа, результаты которого затем могут послужить основой для размещения датчиков именно там, где они требуются, а не там, где показалось. FE Model Updating, в свою очередь, позволяет оптимизировать параметры численных моделей для наибольшей корреляции с натурными испытаниями.

В начало В начало

Открытость

В сфере численного моделирования открытость — ключевой фактор формирования среды, в которой стандартные программные решения могут быть интегрированы с другими инструментами виртуальной разработки изделий внутри компании.

Siemens PLM Software — компания, известная своей открытостью, что подтверждено, во-первых, предоставлением лицензий на платформы геометрического моделирования Parasolid и D-Cube, которые в настоящее время используются большинством ведущих систем и приложений, а во-вторых, оформлением рабочих процессов и передовых методов в открытом промышленном стандарте JT. В области численного моделирования NX Open создает среду, в которой организации могут применять стандартные технологии программирования (.NET, C++), а также протоколы (то есть макросы), чтобы как можно быстрее вывести пользователей на требуемый уровень. Развивая тему, можно упомянуть среду Knowledge Fusion, которая была создана когда­то в NX и стала основой для автоматизации и кастомизации в NX.

Использование этой и других, более поздних разработок, таких как Product Template Studio, позволяет пользователям обмениваться передовыми идеями не только в сфере численного моделирования, но и во многих других областях системы (производство и т.п.). В этой открытой среде могут быть созданы простые в применении инструменты для хранения и формализации знаний и опыта, которые затем могут пригодиться пользователям — неспециалистам в данных областях.

Источник: http://develop3d.com

В начало В начало

САПР и графика 10`2010