Летом 2018 года компания «Топ Системы» выпустила 16ю версию системы трехмерного параметрического модерирования — TFLEX CAD. Как известно, система TFLEX CAD является одним из модулей программного комплекса TFLEX PLM, включающего полтора десятка различных функциональных систем, охватывающих все основные этапы информационной поддержки жизненного цикла изделия (рис. 1). В их число входит и набор прикладных систем для автоматизации технологической подготовки производства TFLEX Технология/Нормирование/ЧПУ, набор программных модулей для автоматизации планирования, обеспечения и подготовки производства — TFLEX ОКП/CRM/ТОиР/Управление проектами и т.п.
Рис. 1. Программные модули комплекса T-FLEX
Современное проектирование сложных изделий немыслимо без автоматизированного инженерного анализа, позволяющего заглянуть в суть происходящих в процессе эксплуатации физических процессов и помогающих принять обоснованные технические решения на этапе проектирования или концептуальной проработки конструкции. В комплексе TFLEX PLM за это отвечает интегрированная с TFLEX CAD система конечноэлементного моделирования TFLEX Анализ. TFLEX Анализ обеспечивает решение целого ряда востребованных физических задач (рис. 2). Полноценная интеграция с TFLEX CAD подразумевает автоматическое обновление геометрии рассчитываемой модели в случае параметрического изменения исходной опорной геометрии. Нагрузки и другие граничные условия автоматически переносятся на новую геометрию. Помимо удобства использования, сквозная параметризация обеспечивает также возможность решения оптимизационных задач, позволяя автоматически изменять конструктивные параметры изделия по результатам конечноэлементного моделирования.
Рассмотрим более подробно самые интересные новые возможности TFLEX Анализ, появившиеся в 16й версии.
Рис. 2. Типы задач, решаемых в T-FLEX Анализ
Улучшение пользовательского интерфейса окна задач
В новой версии для упрощения проверки корректности задания граничных условий в окне задач вместе с наименованием граничного условия визуализируются главные параметры каждого граничного условия. Это позволяет одним взглядом оценить используемые в задаче граничные условия и, не заходя в команду граничного условия, проверить его количественное значение (рис. 3).
Рис. 3. Визуализация основных параметров граничных условий в дереве задач
Диалог генерации сетки
Полностью переработан интерфейс диалога команды создания конечноэлементной сетки. Диалог стал более компактным и понятным пользователю. Относительно редко используемые опции настройки сеточного генератора убраны во вкладку Дополнительно, а самые необходимые, часто используемые опции вынесены на передний план (рис. 4 и 5).
Рис. 4. Обновленный диалог создания сетки, вид по умолчанию
Рис. 5. Диалог сетки со всеми настройками
Единицы измерения
В граничных условиях во всех полях ввода числовых значений появился новый удобный инструмент задания размерности (единицы измерения) вводимой физической величины. При нажатии левой кнопки мыши на буквенном обозначении текущей размерности (справа от числа) появляется выпадающее меню, позволяющее выбрать другую размерность либо осуществить пересчет числового значения в поле ввода в другую размерность (рис. 6).
Рис. 6. Новый удобный инструмент управления размерностями вводимых величин
Подготовка сеточной модели
Сгущение сеток на телах
Генератор сеток TFLEX Анализ позволяет пользователю управлять построением расчетной сетки, сгущая ее в нужных местах модели, где ожидается концентрация напряжений или перепад температур. Пользователь может выбрать элементы геометрии 3Dмодели, около которых нужно создать более мелкое разбиение. Дополнительно к уже имеющимся инструментам сгущения сеток в окрестности выбранной грани, ребра, вершины в версии 16 добавлена возможность выбирать отдельные тела и задавать для них размер конечных элементов, отличающийся от общего для всей остальной модели. Это позволяет сэкономить ресурсы, создавая более крупную сетку на менее важных, с точки зрения анализа, элементах модели и сгущая сетку на наиболее интересных для изучения деталях (рис. 7).
Рис. 7. Использование опции Сгущение сетки на телах
Устранение пересечений между телами
В трехмерных моделях реальных конструкций, подготовленных для целей оформления конструкторской документации и производства, между трехмерными телами (деталями) довольно часто встречаются пересечения, зачастую незначительные, но препятствующие построению точной и однозначной математической модели. Действительно, система строго следит, чтобы в одной точке пространства было только одно тело и не допускает создание сетки, если это условие не выполняется. Устранение пересечений вручную может быть довольно трудоемким процессом, так как требует корректировки геометрии пересекающихся деталей. В то же время, во многих практических случаях эти пересечения могут быть незначительными (микроскопическими) или несущественными для основных целей моделирования. В TFLEX Анализ 16 появилась новая опция Устранять пересечения тел, которая автоматически корректирует геометрию пересекающихся тел с помощью булевых операций «Пересечение» и «Вычитание» и делает возможным построение сетки для исправленной модели (рис. 8 и 9).
Рис. 8. Трехмерная модель с пересечениями между телами
Рис. 9. Использование опции автоматического устранения пересечений для исправления геометрических ошибок модели
Конечно, пользователь должен понимать, что в процессе автоматической коррекции геометрия исходных деталей для целей расчета меняется, а это не всегда допустимо. В идеале, нужно стремиться к отсутствию пересечений в исходной модели.
Новая команда Симметрия
Во многих практических случаях механические конструкции имеют симметричную геометрическую форму и могут подвергаться симметричному нагружению. При этом результат моделирования также будет симметричным, в связи с чем появляется возможность значительно сократить размерность решаемой задачи за счет расчета лишь одной части симметричной конструкции. Для этого нужно правильно задать граничные условия (закрепления). В общем случае в механических задачах условие симметрии задается запретом перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости симметрии, при отсутствии ограничений в плоскости симметрии. В тепловых задачах для задания симметрии достаточно не задавать никаких тепловых граничных условий в плоскости симметрии (рис. 10).
Рис. 10. Примеры симметричных задач. Использование граничного условия Симметрия позволяет уменьшить размерность задачи
Новая команда Симметрия позволяет упростить наложение условия симметрии на грани тел, лежащие в плоскости симметрии, и не требует от пользователя дополнительных построений (рис. 11).
Рис. 11. Команда задания граничного условия Симметрия
Новое граничное условие Сила тяжести
Для удобства пользователей опция Сила тяжести из команды Ускорение была вынесена в отдельную одноименную команду Сила тяжести. Команда задает равномерное воздействие ускорения свободного падения на все тела в задаче, моделируя нагрузку от собственного веса под действием силы тяжести. После вызова команда автоматически выберет все тела задачи, считая, что к ним приложено ускорение свободного падения (9,8065 м/с2). В случае необходимости можно отредактировать список. Отметим также, что в задаче может быть задано только одно граничное условие Сила тяжести (рис. 12).
Рис. 12. Диалог нагрузки Сила тяжести
Доработка команды Дополнительная масса
Команда Дополнительная масса была доработана добавлением в диалог параметров ускорения, применяемого к добавляемой в моделируемую систему массе. В предыдущих версиях TFLEX Анализа для учета в расчете Дополнительной массы необходимо задавать дополнительную команду Ускорение (рис. 13).
Рис. 13. Диалог обновленной команды Дополнительная масса
Дистанционные граничные условия
Появилась новая категория граничных условий для механических задач — дистанционные граничные условия, включающие Дистанционные — Перемещение, Силу, Момент и Массу. Дистанционные граничные условия используются для учета в расчете воздействия объектов, не представленных непосредственно в конечноэлементной модели, так как это невозможно или нецелесообразно с вычислительной точки зрения. Классическими примерами подобных видов нагружений могут быть, например, передача силового воздействия паруса на основание мачты (используются Дистанционная сила и Дистанционный момент) или прочностной анализ несущей конструкции автомобильной двигательной установки (используется Дистанционная масса). В обоих случаях весьма затруднительно создать адекватную полную конечноэлементную модель мачты с парусным снаряжением или автомобильного двигателя с крайне сложным внутренним устройством. В то же время, можно весьма достоверно оценить интегральные силовые и моментные воздействия ветровой нагрузки на основание или массинерционные параметры двигательной установки (масса двигателя, положение его центра масс, моменты инерции) и использовать их в конечноэлементном моделировании.
Дистанционное перемещение
При задании Дистанционного перемещения пользователю предоставляется возможность задать перемещение/поворот некоторой точки с известными координатами, жестко связанной с гранями/ребрами КЭмодели, по направлениям/вокруг осей выбранной ЛСК (рис. 14).
Рис. 14. Схема граничного условия Дистанционное перемещение
Дистанционная точка связывается невидимыми жесткими (неупругими) стержнями с выбранной гранью/ребром КЭмодели и перемещается/поворачивается в своей ЛСК, при этом перемещения точки передаются на грань/ребро жесткими стержнями. Следует учесть, что и выбранные для приложения ограничения грань/ребро КЭмодели становятся жесткими.
Дистанционная сила и Дистанционный момент
Дистанционная сила применяется для задания суммарной величины распределенной нагрузки, которая действует не непосредственно на грань, а передается из дистанционной точки посредством неупругих стержней, связывающих дистанционную точку с гранью с учетом возникающих при этом моментов. Дистанционный момент применяется для задания суммарного момента, приведенного непосредственно к грани. Задание дистанционной точки не требуется, достаточно только величины и направления момента (рис. 15 и 16).
Рис. 15. Схема граничных условий Дистанционная сила и Дистанционный момент
Рис. 16. Команда задания дистанционной силы
Дистанционная масса
Дистанционная масса представляет собой вид нагружения, применяемого для задания дополнительной инерционной нагрузки от части конструкции, не включенной явно в задачу. В отличие от дополнительной массы нагрузка прикладывается к дистанционной точке, представляющей центр масс отброшенной части конструкции, а не просто равномерно распределяется по грани. В статических задачах учитывается только масса, в динамических — еще и моменты инерции. Команда доступна в задачах всех типов (рис. 17).
Рис. 17. Команда задания дистанционной массы
Мастер расчета и выборочное сохранение результатов
В TFLEX Анализ 16 версии полностью переработан механизм хранения результатов расчета. У пользователя появилась возможность управлять списком сохраняемых результатов. Такая возможность особенно полезна при решении динамических (многошаговых) задач, когда система сохраняет решения на каждом временном шаге, которых могут быть сотни и тысячи. Учитывая, что в прочностном расчете пользователю доступны от 40 до 160 результатов, в то время как для анализа статической или динамической прочности, как правило, достаточно трехчетырех типов результатов (например: перемещение, коэффициент запаса, эквивалентное напряжение), данная возможность позволяет гибко управлять расходом дисковой памяти и делает физически возможным решение особо длительных динамических задач.
В связи с этими изменениями, работа диалога запуска на расчет в новой версии системы несколько изменена. После настройки всех необходимых опций расчета и нажатия кнопки Далее, появляется специальный диалог, позволяющий выбрать рассчитываемые и сохраняемые результаты (рис. 18).
Рис. 18. Мастер расчета и диалог настройки сохраняемых результатов (справа)
Улучшение конечного элемента пластины, дополнительные результаты в пластинчатых задачах
Для пластинчатых и оболочечных задач реализован более современный и точный конечный элемент. Кроме того, значительно расширен список получаемых для пластин результатов. Общее количество доступных результатов в пластинчатых задачах достигает 137. В частности, пользователь имеет возможность получить значения напряжений на «верхней» и «нижней» сторонах пластины/оболочки, а также отдельно «изгибные» и «мембранные» составляющие (рис. 19).
Рис. 19. Расширенный список результатов для пластинчатых задач, доступно до 137 результатов
Улучшения в отчетах
Независимый визуализатор 3Dмодели результата
Реализован новый механизм визуализации сохраненной 3Dмодели результата в htmlотчете. Не требуется инсталляция дополнительных плагинов, а кроме того, обеспечивается кроссплатформенность и надежность программного решения (рис. 20).
Рис.20. Просмотр объемной модели результата, сохраненного в отчет
Сохранение результата в формате 3D PDF
Добавлена возможность сохранения 3Dизображения в формате 3D PDF. Результат может быть открыт и изучен в приложениях Acrobat Reader или Internet browser (рис. 21).
Рис. 21. Результат в формате 3D PDF в окне Adobe Acrobat Reader
Виды по умолчанию
Появилась возможность выбрать вид по умолчанию для ориентации модели при печати результата в отчет (рис. 22).
Рис. 22. Обновленный диалог генератора отчетов
Датчики в отчетах
При использовании датчиков, в отчеты выводится таблица датчиков со значениями для каждого результата (рис. 23).
Рис. 23. Вывод значений датчиков в отчет
Заключение
Приятно видеть, что отечественная система конечноэлементного моделирования TFLEX Анализ продолжает развиваться. С каждой версией инструмент становится всё более удобным для пользователя, обеспечивая эффективное решение множества востребованных задач, возникающих в процессе проектирования и разработки сложных изделий современного производства.
