Иженерный анализ в среде SolidWorks Simulation. Новое в версии 2014

Максим Шаломеенко, Aндрей Алямовский

Версия 2014 года продолжает тенденцию развития инструментов инженерного анализа в среде SolidWorks в направлении эффективного использования конструкторских моделей, расширения функционала для упрощения подготовки расчетных моделей, облегчения анализа и интерпретации результатов. Также скорректирована реализация уже имеющихся процедур.

Новая версия, как всегда, была предложена к бета­тестированию, которое продолжалось более двух месяцев, начиная с середины июня. Сотрудники SolidWorks Russia приняли в нем активное участие, уверенно заняв первые места среди реселлеров в номинациях «SolidWorks», «Simulation», «SolidWorks Composer». Надеемся, что это повысит качество системы в целом, а также будет способствовать локализации на русский язык. В данной статье мы описываем новинки на декларативном уровне, однако на момент подготовки статьи они достаточно активно используются как в маркетинговых мероприятиях, так и в расчетной практике.

SolidWorks Flow Simulation

Интерфейс

Интерфейс, включая справочную систему, полностью русифицирован. Учитывая, что справка Flow Simulation не ограничивается информацией о программе, а освещает и вопросы прикладной гидрогазодинамики, инженеры получают своего рода методическое пособие, написанное действующими специалистами.

CircuitWorks и SolidWorks Flow Simulation

CircuitWorks — инструмент автоматического создания модели печатной платы на основе импортированной из ECAD информации, входящий в поставку SolidWorks Premium и предназначенный для создания трехмерных моделей из форматов файлов, записанных с помощью большинства систем «электронных» САПР. К ранее доступному интерфейсу добавился функционал, позволяющий заимствовать следующие характеристики:

• тепловые свойства материалов деталей;
• проводимость материалов — проводников тока;
• структуру и свойства компонентов печатных плат;
• мощность источников тепла.

Гибкий интерфейс позволяет просматривать и корректировать импортированную информацию на уровне моделей деталей SolidWorks с последующей передачей необходимых сущностей в расчетный модуль (рис. 1 и 2).

Рис. 1. Импорт данных в новом русифицированном меню Flow Simulation

Рис. 2. Результат импорта данных из CircuitWorks в SolidWorks Flow Simulation с отображением элементов управления процессом

Поддержка eDrawings

Теперь пользователи имеют возможность экспортировать несколько эпюр SolidWorks Flow Simulation в единый файл eDrawings с возможностью одновременной визуализации (рис. 3).

Рис. 3. Окно eDrawings с диаграммами температур в нескольких сечениях по модели

Управление сеткой

SolidWorks Flow Simulation расширяет процедуру адаптации сетки во время расчета, позволяя определять различные уровни дробления элементов в отдельных локальных областях для повышения точности при моделировании течения среды (рис. 4).

Рис. 4. Окно настроек адаптации сетки

Распараллеливание сетки

SolidWorks Flow Simulation ускоряет генерацию начальной расчетной сетки, используя несколько ядер процессора или процессоров. Решающая программа позволяет одновременно решать до двух задач с использованием всех ядер/процессоров (рис. 5).

Рис. 5. Окно запуска создания сетки и расчета

Режим параметрического исследования

Режим параметрического исследования позволяет автоматически выполнять несколько расчетов с различной геометрией, граничными условиями, текучими средами, материалами. Результаты экспортируются в Excel с автоматическим построением графиков отклика. Доступен оптимизационный анализ с одной степенью свободы.

Можно выполнять следующие действия:

• сохранять параметрические исследования в верхней структуре дерева проекта для улучшения наглядности при просмотре сценариев проектирования;
• сохранять выбранные точки параметрического исследования в дереве проекта, определяя только нужные сценарии (рис. 6).

Рис. 6. Интерфейс параметрического исследования

Повышенное удобство использования

В инструменте Leak Tracker (Поиск протечек) улучшена наглядность найденных в модели отверстий или зазоров, препятствующих созданию замкнутой расчетной области, с помощью визуализации маршрута между назначенными внутренней и внешней гранями (рис. 7).

Рис. 7. Новый интерфейс инструмента Leak Tracker

Рис. 8. Определение расчетных целей как площади или объема элемента

Рис. 9. Новое окно для определения цели-уравнения

Назначение целей расчета в виде значений площади поверхности или объема элемента (рис. 8) для дальнейшего использования в целях­уравнениях (рис. 9).

Возможность определения начальной скорости потока в Мастере проекта через аэродинамические углы (угол атаки и угол скольжения) вместо компонент трехмерного вектора (рис. 10).

Рис. 10. Определение начальной скорости потока в окне Мастера проекта

SolidWorks Simulation

Соединители

Автоматическое преобразование крепежей Toolbox в виртуальные соединители

Крепежи Toolbox из модели SolidWorks можно автоматически преобразовывать в болтовые и винтовые соединители Simulation. Этот инструмент доступен для линейного статического, нелинейного статического, а также нелинейного динамического исследований (рис. 11).

Рис. 11. Типовые соединители — болты и винты Simulation

Рис. 12. Автоматически преобразованные болт с гайкой Toolbox в соединитель Simulation

В процессе преобразования все данные, связанные с расположением, геометрическими элементами и материалом крепежей Toolbox, соотносятся программой с параметрами соответствующих болтовых соединителей, а момент затяжки назначается по внутренним критериям программы, основанным на распространенных стандартах (рис. 12).

Болтовые соединители имеют те же правила наименования, что и их прототипы из Toolbox, имеющие соответствующие диаметр и длину. Болтовые соединители одного размера собираются в отдельной подпапке с возможностью группового редактирования параметров, а также с возможностью удаления из группы. Компоненты Toolbox, исключенные из анализа, содержатся в списке Автоматически преобразованные крепежи Toolbox в разделе Детали дерева исследования (рис. 13).

Рис. 13. Дерево исследования Simulation с преобразованными элементами Toolbox

Список сил соединителей

Для пружинных, сварных, болтовых, винтовых и штифтовых соединителей можно представить список внутренних сил и моментов после выполнения статического или нелинейного анализов. При выборе строки в таблице соответствующий соединитель подсвечивается в графической области, а в условном обозначении перечисляются все силы (рис. 14 и 15).

Рис. 14. Действующие силы и моменты в болте-соединителе

Рис. 15. Действующие силы в пружине-соединителе

Контакт

Эпюры контактного давления в двумерном упрощении

Теперь эпюры контактного давления доступны для просмотра в линейных и нелинейных плоских исследованиях. Кроме того, можно отобразить контактные давления в 2D­эпюрах в виде векторов (рис. 16 и 17), а также в 3D­эпюрах в виде раскраски границ контакта цветом (рис. 18). Для эпюр плоских расчетов результаты вытянуты по глубине сечения согласно настройкам в свойствах исследований (плоское напряженное состояние или плоская деформация) или повернуты вокруг оси симметрии (осесимметричные исследования).

Рис. 16. 2D-диаграмма контактного давления в векторном представлении

Рис. 17. 2D-диаграмма контактного давления в цветовом представлении

Эпюра визуализации контактов

Благодаря новой эпюре визуализации контактов пользователи могут проверять все контакты, созданные в модели. Эпюра визуализации контакта резко упрощает обнаружение различных типов контактов с применением глобальных настроек или контактов, ассоциированных с компонентами, а также наборов контактов.

Области модели, в которых контакт определен, имеют цветовое отображение, особенное для каждого типа контакта. Поддерживаемые типы контактов Simulation представлены на рис. 19.

Рис. 18. 3D-диаграмма контактного давления

Рис. 19. Соответствие между типом контакта и цветом визуализации

С помощью нового параметра Включить контакты, созданные решающей программой, пользователи могут просмотреть области модели с потенциально возможными контактами (рис. 20), найденными решающей программой. При этом эпюра визуализации контактов отображает элементы сетки, принадлежащие геометрическим объектам модели с найденными контактами (рис. 21 и 22).

Рис. 20. Эпюра визуализации контактов для рычага с роликами

Рис. 21. Эпюра визуализации контакта, определенного пользователем

Рис. 22. Эпюра визуализации контактов, найденных решающей программой

Материалы

Пользователи SolidWorks Simulation Professional и SolidWorks Simulation Premium с активной подпиской SolidWorks Simulation имеют доступ к расширенной и достоверной библиотеке материалов через интернет­портал материалов SolidWorks.

Расширенная база данных материалов создана при участии Materiality LLC. Можно выполнять поиск материалов на основе исследования моделирования, которое вы хотите провести, или модели материала, который требуется использовать. Особой ценностью стала коллекция материалов с нелинейными свойствами, отсутствующими, как правило, в доступной литературе.

Материалы, загруженные с онлайн­портала SolidWorks, автоматически добавляются в список материалов, доступных в диалоговом окне Материал SolidWorks Simulation (рис. 23­26).

Рис. 23. Окно настройки материалов SolidWorks

Рис. 24. База данных материалов портала SolidWorks

Рис. 25. Результат поиска в базе данных материалов портала SolidWorks

Производительность

Повышение производительности происходит за счет сокращения времени принятия решения и ускорения сходимости расчетов для некоторых нелинейных исследований, уменьшения времени для первоначальной загрузки исследований и включения решателя Large Problem Direct Sparse для задач с большой размерностью КЭ­модели.

Улучшения в нелинейных исследованиях:

• повышенная сходимость определения контакта «узел к поверхности» (контакт без проникновения) с общим повышением производительности на 30%;
• повышенная точность результатов для оболочек с моделями из нелинейных материалов при использовании постановки задачи для малого смещения.

Рис. 26. Нелинейные свойства гиперупругого материала

Первоначальная загрузка исследований Simulation

Сокращается время на выполнение первоначальной загрузки моделей c имеющимися исследованиями Simulation. Повышение производительности наиболее заметно для моделей с несколькими исследованиями.

При включении соответствующей опции происходит перенос исследований Simulation в оперативную память после открытия модели. Если опция отключена, то при открытии модели в памяти сохраняются только основные данные для каждого исследования (рис. 27).

Рис. 27. Окно настройки параметров Simulation с выбором вариантов загрузки исследований

Large Problem Direct Sparse

Доступна решающая программа Large Problem Direct Sparse, использующая возможности многоядерной обработки и повышающая скорость решения для статических и нелинейных исследований с КЭ­моделями большой размерности.

Использование улучшенных алгоритмов распределения памяти, в том числе дисковой, дает возможность использовать преимущества прямого решателя, если оперативной памяти недостаточно для его работы (рис. 28).

Рис. 28. Выбор нового решателя Large Problem Direct Sparse

Обработка результатов

Усовершенствования интерфейса пользователя

• Общий доступ в настройках эпюр к командам Редактировать определение, Параметры графика и Настройка;
• возможность редактировать минимальные и максимальные значения легенды эпюры;
• быстрый доступ к команде Параметры края эпюры;
• возможность быстрого изменения состояния отображения сетки на эпюрах результатов (рис. 29).

Рис. 29. Усовершенствования в командах управления эпюрами

Отраженные результаты для симметрии

Для моделей c граничными условиями в виде симметрии относительно плоскостей или циклической симметрии предусмотрен просмотр результатов на всей модели. Этот способ отображения результатов дает лучшее понимание поведения модели и помогает определить потенциальные ошибки моделирования.

Результаты с учетом деформированной формы зеркально отражаются относительно плоскостей симметрии для моделей, которые анализируются на основе половины, четверти или одной восьмой доли исходной геометрии. Для круговой симметрии результаты повторяются циклически относительно заданной оси вращения.

Данный функционал работоспособен применительно к эпюрам напряжений, перемещений, деформаций, запаса прочности, для всех типов исследований, которые поддерживают ограничения плоской и циклической симметрии (рис. 30).

Рис. 30. Отображение осесимметричных результатов

Сравнение результатов между конфигурациями

Благодаря инструменту Сравнить результаты можно одновременно отобразить до четырех эпюр результатов исследований Simulation, связанных с различными конфигурациями одной и той же модели. Режим сравнения нескольких конфигураций обеспечивает полный контроль над отображением результатов с помощью существующих функциональных возможностей (рис. 31).

Предварительный просмотр оболочек с учетом толщины и смещения

Если срединная поверхность оболочки не совпадает с базовой гранью или поверхностью, а расположена с некоторым смещением, то результат можно увидеть в режиме предварительного просмотра с учетом как назначенной толщины, так и смещения (рис. 32).

Рис. 32. Просмотр оболочки с учетом виртуальной толщины и смещения

Импорт результатов из SolidWorks Plastics

Для деталей из литьевых термопластов можно импортировать температуры и остаточные напряжения из SolidWorks Plastics Premium в нелинейное статическое исследование.

Моделирование процесса охлаждения от температур, реализуемых в технологическом процессе, до комнатной температуры позволяет вычислить окончательные остаточные напряжения и рассчитать деформации детали на этапах затвердевания и упаковки (рис. 33).

Рис. 33. Остаточные эквивалентные напряжения и результирующие перемещения модели после литьевого формования

САПР и графика 10`2013