6 - 2018

APM v16 — новые возможности, новые горизонты… Представление современной линейки программных продуктов компании НТЦ «АПМ» на Форуме пользователей 2018

Владимир Шелофаст
Генеральный директор НТЦ «АПМ», д.т.н., профессор МГТУ им. Н.Э. Баумана
Сергей Розинский
Руководитель отдела продаж НТЦ «АПМ»
Максим Венедиктов
Программист НТЦ «АПМ»

В статье дана краткая информация о возможностях новой версии программных продуктов для инженерного анализа конструкций под общей торговой маркой «APM» v16, а также о ежегодном Форуме пользователей, проводимом компанией НТЦ «АПМ». Информация о возможностях новой версии программных продуктов может быть полезна действующим пользователям, а также всем, кто применяет системы КЭ-анализа в своей повседневной деятельности.

Завершил работу очередной Форум пользователей программных продуктов компании НТЦ «АПМ». К сожалению, невсе, кто планировал посетить наше ежегодное мероприятие, смогли это сделать. Для таких пользователей нашей компании и для всех тех, кто не равнодушен к отечественным инструментам инженерного анализа, мы подготовили информационную статью о работе форума и о его результатах.

В первую очередь отметим, что главным событием этого года является выход 16­й версии всей линейки программных продуктов компании. Кроме того, была представлена обновленная система прочностного анализа APM FEM v18, которая функционирует непосредственно в среде КОМПАС­3D. Уточним, что выход на рынок программных продуктов для среды КОМПАС­3D запланирован на осень. Другими словами, форум стал эффективной площадкой для знакомства с новыми возможностями программного обеспечения компании, которое появится в течение текущего года. В этой статье мы постарались кратко представить значимые дополнения и изменения функциональных и интерфейсных возможностей во всех, без исключения, продуктах компании.

Следует напомнить, что нашим флагманским продуктом является APM Structure3D, который представляет собой систему расчета напряженно­деформированного состояния, устойчивости, собственных и вынужденных колебаний деталей и конструкций методом конечных элементов.

Рис. 1. Топологическая оптимизация — современный инструмент в руках инженера

Рис. 1. Топологическая оптимизация — современный инструмент в руках инженера

В последние годы в состав этого продукта включена функция, позволяющая выполнить процедуру топологической оптимизации, с помощью которой можно определить эффективную геометрию детали исходя из минимизации массы при произвольном нагружении и закреплении (рис. 1). В v16 продукта появились новые возможности в этом разделе, а именно:

  • минимизация массы с ограничением напряжений;
  • топологическая оптимизация для конструкций, состоящих из стержневых КЭ;
  • проектирование с учетом технологических ограничений, таких как «максимальная толщина», «симметрия», «штамповка»;
  • топологическая оптимизация с учетом объемных (например, гравитация) и поверхностных сил (например, давление на поверхность твердотельных КЭ).

Перечисленные дополнения и улучшения позволяют рассматривать современное состояние   топологической оптимизации в качестве эффективного инструмента для практического использования (рис. 2). Следует отметить, что этот перечень дополнений справедлив и для планируемой к выходу системы прочностного анализа APM FEM v18 для КОМПАС­3D v18.

Рис. 2. Пример использования топологической оптимизации для рычага автомобиля

Рис. 2. Пример использования топологической оптимизации для рычага автомобиля

Из других нововведений модуля APM Structure3D следует отметить новые возможности   процессора, перечисленные ниже, а именно:

  • при расчете собственных частот предварительно нагруженных конструкций можно учесть наличие силовых факторов, полученных из нелинейного расчета;
  • реализована возможность определения вынужденных колебаний конструкций с учетом собственных частот, посчитанных с предварительным нагружением;
  • при проверке несущей способности стальных конструктивных элементов можно посмотреть значение предельной гибкости элемента, которая определяется автоматически;
  • реализован расчет поперечных сил в пластинах;
  • можно учесть величины сдвиговых поперечных напряжений и деформаций для пластин (типа MITC «mixed interpolation of tensorial components»).

При выполнении инженерного анализа трубопроводных систем, образованных из совокупности конечных элементов типа PIPE, появилась команда, которая позволит задать параметры арматуры для учета массово­инерционных характеристик, в том числе и при расчете сейсмического воздействия (рис. 3).

Рис. 3. Диалог задания свойств трубопроводной арматуры

Рис. 3. Диалог задания свойств трубопроводной арматуры

В разделе стационарного теплового анализа добавлены граничные условия следующих типов: «скорость потока», «тепловой поток», «излучение», «конвекция». Кроме того, реализована возможность выбора решателей СЛАУ при расчете стационарной теплопроводности.

Можно отметить, что возможность выбора решателей СЛАУ появились также в разделе анализа электромагнитных полей для задач магнитостатики и электростатики.

Существенные дополнения были сделаны в разделе расчетов на выносливость для варианта стохастического нагружения (рис. 4). Доработан раздел расчетов трещиностойкости и анализа поведения конструкции за пределом прочности (рис. 5).

Рис. 4. Эффективная оценка выносливости конструкций доступна уже сейчас!

Рис. 4. Эффективная оценка выносливости конструкций доступна уже сейчас!

Рис. 5. Пример анализа трещиностойкости конструкции железобетонной балки

Рис. 5. Пример анализа трещиностойкости конструкции железобетонной балки

Из новых операций обмена появился импорт КЭ­сетки BDF|DAT из командной строки и импорт твердотельных призм второго порядка и пирамид из файлов BDF|DAT.

Для выполнения расчетов в v16 можно использовать видеокарты (технология CUDA) с целью существенного увеличения скорости вычислений. Технология CUDA была доступна и v15, но список задач, для которых она была реализована, в v16 существенно расширен и представляет собой следующий перечень:

  • статический расчет;
  • расчет устойчивости;
  • расчет собственных частот;
  • постобработка результатов топологической оптимизации конструкций.

Также данная технология позволит существенно ускорить расчет железобетонных конструкций.

Рис. 6. Пример карты армирования 
с поперечным армированием в плитах

Рис. 6. Пример карты армирования с поперечным армированием в плитах

Говоря о строительной линейке программных продуктов в целом (APM Civil Enginееring), следует отметить, что и здесь появились дополнительные функциональные возможности, о которых необходимо упомянуть. Встроены долгожданные проверочный и проектировочный расчеты поперечного армирования ЖБ­пластин (плит) — рис. 6. С целью реализации возможных инженерных расчетов железобетонных плит при продольном и поперечном армировании внесены дополнительные изменения:

  • видоизменен диалог ЖБ КЭ (железобетонные конструктивные элементы);
  • добавлен расчет РСУ для поперечного армирования;
  • добавлен вывод поперечного армирования пластин на карте армирования.

Забегая вперед, можно отметить, что использование продуктов инженерного анализа для механики жидкости газа (APM FGA) позволяет получить точное значение ветровой нагрузки на отдельные здания, на группы построек. Эти данные можно использовать для последующего расчета строительных объектов по первой и второй группам предельных состояний. Речь идет об объектах, для которых ветровая нагрузка не определена нормативными документами, или о ситуации, когда нормативные документы определяют ветровую нагрузку достаточно грубо.  Очевидно, что задача расчета ветрового воздействия методами механики газа и жидкости более трудоемка, но, в конечном счете, ее использование позволит с высокой точностью рассчитать ветровое воздействие для любого, без исключения, строительного объекта — как с учетом существующей застройки, так и без нее.

Появилось много нововведений в препроцессоре. Чтобы не перегружать содержание статьи изложением второстепенной информации, не будем подробно представлять описание нововведений при выполнении новых интерфейсных процедур. Их достаточно много. Отметим только один факт: в позиции «конструктивный элемент» появилась возможность помещать несвязанные между собой стержни в один объект, а при выводе результатов доступна процедура анализа коэффициентов использования стержневых элементов. Такое дополнение существенно упростило процедуру создания геометрической модели и ее последующий инженерный анализ.

Среди программных продуктов компании НТЦ «АПМ» есть пре­ и постпроцессор, а также самостоятельный процессор для расчета трехмерных твердотельных и оболочечных моделей, оформленных в виде самостоятельного продукта под названием APM Studio. Коротко представим дополнения, которые появились в нем в v16.

Во­первых, получила существенное ускорение процедура генерации граничных условий (крайний этап при построении КЭ­сетки). Полезно отметить, что при работе генератора конечно­элементной сетки добавлен еще и специальный режим — «Погружение». Режим необходим для автоматического «погружения» детали в среду и совместного разбиения детали и среды на КЭ (работа в режиме APM FGA) — рис. 7.

Рис. 7. Пример генерации совместной КЭ-сетки на объекте расчета и окружающей его среде

Рис. 7. Пример генерации совместной КЭ-сетки на объекте расчета и окружающей его среде

Во­вторых, добавлена возможность проведения нелинейного анализа (геометрическая нелинейность, контактное взаимодействие).

В­третьих, отметим, что для ускорения выполнения расчетов в процессоре APM Studio доступны возможности видеокарт, поддерживающих технологию CUDA.

Кроме того, в APM Studio добавлена процедура чтения сторонних файлов формата STEP нового протокола AP242.

Произошли серьезные изменения в модуле APM FGA, который позволяет выполнить инженерный анализ течения жидких и газообразных сред. Из новых возможностей этого модуля следует отметить, что:

  • при задании граничных условий появилась возможность ввести параметры «расхода» в форме «объемного расхода» либо «массового расхода»;
  • реализован также новый функционал «подвижная стенка» в граничном условии «скорость»;
  • встроена отрисовка векторных карт результатов на узлах расчетной модели;
  • реализована возможность учета ранее полученных результатов в качестве исходных параметров для вновь проводимого анализа течений Навье — Стокса;

реализована автоматическая передача результатов анализа течений Навье — Стокса (полей давлений и температур) в качестве нагрузок для расчета напряженно­деформированного состояния для твердых тел (расчет по технологии Fluid Structure Interaction, FSI)  — рис. 8.

Рис. 8. Демонстрация результатов расчета FSI 
на примере анализа работы теплообменного аппарата

Рис. 8. Демонстрация результатов расчета FSI на примере анализа работы теплообменного аппарата

Продолжена работа с программой расчета электрических цепей APM ECA. Представим дополнительные возможности этой программной среды в v16. 

Реализована возможность создания модели электрической цепи с использованием «подсистем», загружаемых из ранее созданных файлов (рис. 9). Файл «подсистемы» должен иметь связь с основным файлом модели электрической цепи. Этот файл может использоваться сразу в нескольких моделях, и любые изменения в нем отразятся на работе всех моделей электрических схем. Файл «подсистемы» может интегрироваться в основной файл модели электрической цепи — причем  изменения в нем приведут только к локальному изменению работы модели конкретной электрической схемы. При этом каждая «подсистема» может иметь определенный набор экспортируемых свойств.

Рис. 9. Работа с подсистемами в APM ECA

Рис. 9. Работа с подсистемами в APM ECA

Среди других дополнений отметим следующие:

  • реализована возможность задания свойств элементов через вычисляемые математические выражения, которые могут включать переменные величины;
  • организована интеграция со средами исполнения языков программирования высокого уровня (текущая версия работает с языком Julia 0.5);
  • добавлена возможность создания программируемых элементов, функция работы которых описывается в виде программы на стороннем языке программирования (данный тип элемента можно многократно использовать в текущем документе электрических цепей);
  • программно описанный тип элемента возможно экспортировать и использовать в других моделях электрических цепей;
  • реализована возможность использования построенной модели электрической цепи во внешней программе;
  • программа на поддерживаемом языке программирования может изменять значения свойств элементов модели, переменных окружения и вызывать различные виды расчета для построенной модели;
  • в набор методов решения нелинейных негладких жестких задач включены высокопроизводительные методы: Nonexactry Newton (с вариациями), Trust region;
  • организовано формирование пользовательских библиотек элементов («подсистем») и их хранение;
  • реализована возможность, позволяющая добавлять наиболее часто используемые «подсистемы» на панель элементов.

В рамках одной статьи не представляется возможным перечислить все новые функциональные изменения, характерные для v16. Здесь указаны только значимые процедуры, которые способны существенно улучшить технические характеристики продуктов инженерного анализа. Для более подробного знакомства с новыми функциями продуктов НТЦ «АПМ» компания предлагает их бесплатную месячную эксплуатацию. Такая возможность будет полезна для пользователей, уже знакомых с системой. В противном случае рекомендуется сначала пройти специальные курсы, так как возможности продуктов можно легко освоить только в процессе обучения, которое организуется компанией.

Теперь несколько слов о самом форуме, на котором были заслушаны доклады, касающиеся новых возможностей программных продуктов компании,  опыта их промышленного применения участниками форума, вопросов будущих перспективных разработок. В этом году в рамках форума были впервые проведены мастер­классы, которые вызвали серьезный интерес у участников.  Был проведен мастер­класс по работе модуля топологической оптимизации и модуля расчета задач механики жидкости и газа (рис. 10).  Этот позитивный опыт решено продолжить и в будущем.

Рис. 10. Идет мастер-класс по применению топологической оптимизации

Рис. 10. Идет мастер-класс по применению топологической оптимизации

Из докладов, представленных предприятиями и вузами, эффективно использующими наше ПО, отметим те, которые вызвали наибольший интерес:

  • И.Р. Агеев (MF Group) представил доклад на тему: «MF Group: опыт использования передовых решений для расчета и проектирования временных строительных сооружений на основе продуктов НТЦ «АПМ»;
  • А.Н. Виноградов и Е.В. Матвеев (ФГБНУ «НИИ ПМТ») сделали доклад о применении продуктов компании НТЦ «АПМ» в области электроники на тему: «Расчет собственных частот и форм колебаний мембранных пьезоприводов»;
  • Н.В. Савинова (ФГБОУ ВО «УГГУ») представила доклад на тему: «Многообразие расчетов для модернизации шаровой мельницы»;
  • А.М. Татаринов, Е.В. Степанов («Удаленный инженерный центр stress­telecom.com») представили доклад на тему: «Обследование объектов связи, зданий, сооружений. Расчет несущей способности».

На форуме каждый из участников мог задать интересующие его вопросы и высказать свои замечания и предложения по улучшению функциональности разрабатываемого нами ПО (рис. 11). Часть высказанных предложений разработчики уже взяли в работу.

Рис. 11. Вопросы из зала: Тимофеев Евгений — 
представитель АО «ФНПЦ «Титан-Баррикады»

Рис. 11. Вопросы из зала: Тимофеев Евгений — представитель АО «ФНПЦ «Титан-Баррикады»

Рис. 12. Общее фото участников Форума пользователей 2018

Рис. 12. Общее фото участников Форума пользователей 2018

В заключение хотелось бы поблагодарить всех участников Форума пользователей 2018 года за активную и плодотворную работу (рис. 12)! Со своей стороны отметим, что мы постоянно ведем мониторинг потребностей рынка CAE и планируем свою работу так, чтобы предоставить российскому рынку инженерного анализа совершенный продукт с оптимальным соотношением цены и качества!