T-FLEX Анализ 17: новые возможности инженерного анализа

Сергей Бабичев, системный аналитик, менеджер по продукту T-FLEX Анализ, ЗАО «Топ Системы»

Приложение T-FLEX Анализ, предназначенное для проведения инженерных расчетов методом конечных элементов, было представлено компанией «Топ Системы» еще в 2002 году. За время своего развития T-FLEX Анализ стал профессиональным инструментом инженера-конструктора. В статье демонстрируются возможности, реализованные в 17-й версии продукта.

T­FLEX Анализ относится к программным решениям класса CAE (Computer Aided Engineering), входящим в состав комплекса T­FLEX PLM. Приложение T­FLEX Анализ используется совместно с T­FLEX CAD — средой параметрического проектирования. Это позволяет инженеру­конструктору решать широкий спектр задач и быстро переключаться между приложениями для решения проектных и расчетных задач, продолжая работу в привычном интерфейсе (рис. 1).

Рис. 1. Интерфейсы программ T-FLEX CAD и T-FLEX Анализ

T­FLEX Анализ — универсальный инструмент, который может использоваться инженерами при проведении оценочных расчетов, не прибегая к помощи специалистов­расчетчиков. Например, для определения тенденций в поведении конструкции, при проработке вариантов на различных этапах проектирования. В более сложных случаях специалисты­расчетчики могут предложить свою методику расчета («Закрепляем и нагружаем так­то… Полученный результат интерпретируем вот так…»), которую легко воспроизвести, даже не имея специальной подготовки в области инженерных расчетов.

T­FLEX Анализ специализируется на следующих группах задач (рис. 2):

•  статический анализ — связан с решением задач прочности, устойчивости, усталости;
•  динамический анализ — представлен модулями определения собственных частот, вынужденных колебаний и моделирования динамических процессов;
•  тепловой анализ — позволяет моделировать установившиеся и нестационарные тепловые процессы.

Рассмотрим более подробно возможности новой, 17­й версии T­FLEX Анализ.

Рис. 2. Структурная схема T-FLEX Анализ

Обновление интерфейса

В новой версии программы продолжена работа, начатая еще в 16­й версии, по переводу диалоговых окон на новые интерфейсные элементы. Наибольшим изменениям подверглись панели инструментов. Кроме того, появились новые функции, направленные на упрощение работы пользователя, такие как управление высотой списка и изменение единиц измерения в диалогах.

Новый диалог управления задачей

Результаты расчетов напрямую зависят от заданных свойств материалов. Поэтому важное значение имеет возможность осуществлять быстрый поиск материалов по библиотекам, назначение материалов выбранным элементам задачи, а также визуальный контроль свойств материалов. Всё это стало доступным пользователю благодаря серьезным доработкам интерфейса создания и редактирования задачи (рис. 3).

Рис. 3. Интерфейс создания
и редактирования расчетной задачи

Диагностика несвязанных и незакрепленных элементов

Частой ошибкой начинающих пользователей является то, что в процессе подготовки расчетной модели могут оставаться малозаметные зазоры между деталями. Из­за этого при запуске на расчет система считается недостаточно закрепленной и расчет останавливается. Далее пользователь устраняет замечания в расчетной модели и производит перезапуск расчета. В связи с этим были разработаны новые типы диагностики элементов расчетной модели, которые позволяют на ранних стадиях создания расчетной модели увидеть потенциальную проблему и принять меры по ее устранению. На этапе создания задачи определяются Несвязанные элементы (рис. 4). Как только пользователем задаются первые граничные условия, система «на лету» начинает диагностировать Незакрепленные элементы и пользователь понимает, что пока есть соответствующие предупреждения, запускать на расчет преждевременно. Оба вида диагностики отображаются в обновленном окне создания задачи.

Рис. 4. Определение несвязанных элементов

Также команду Незакрепленные элементы можно вызвать отдельно, непосредственно перед расчетом (рис. 5).

Рис. 5. Команда Незакрепленные элементы

Алгоритмы решения

Инерционное уравновешивание

Дополнительно к возможности стабилизировать систему, которая используется для конструкций с недостаточной жесткостью, разработан новый способ — Инерционное уравновешивание. Новый алгоритм позволяет решать задачи, где равновесие системы является следствием равновесия действующих сил (рис. 6).

Рис. 6. Пример системы, уравновешенной нагрузками

Сглаженный МКЭ

Продолжается работа, связанная с повышением точности и скорости производимых вычислений. В связи с этим для линейного тетраэдра добавлена опция Альфа­метод, включающая алгоритм «сглаженного МКЭ», выдающий более точный результат. При этом получаемая система уравнений проще и быстрее в решении по сравнению с квадратичным тетраэдром. Это делает рациональным применение данного метода на тетраэдральных сетках с большим количеством конечных элементов.

Рис. 7. Уточненный расчет напряжений

Для модели, содержащей при дискретизации 215 198 элементов, время решения с использованием линейного тетраэдра с альфа­методом составляет 12 с. Время решения с применением квадратичного элемента составляет 35 с. То есть с новым алгоритмом получается практически трехкратный выигрыш по времени при сопоставимой точности.

Уточненный расчет напряжений

Другой новой опцией расчета на линейных тетраэдрах является NPF улучшение напряжений. Данный алгоритм позволяет получить достаточно точный расчет напряжений даже на относительно грубой сетке линейных тетраэдров. По сравнению с расчетом на квадратичном тетраэдре относительная погрешность по максимальным напряжениям на верификационном примере составляет 1,8%. При этом скорость расчета на линейных тетраэдрах может быть в разы быстрее, чем на квадратичных, что, конечно, зависит от количества элементов в расчетной модели и ее сложности.

Расчет оболочек трехузловым элементом

Разработан новый трехузловой оболочечный элемент, заменивший трех­ и шестиузловые элементы предыдущей версии. Теперь расчет нагружения тонкостенных деталей и конструкций при помощи оболочечных элементов стал быстрее и точнее. Новый трехузловой оболочечный элемент позволяет получать решение по точности, сопоставимое со старым шестиузловым оболочечным элементом.

Излучение

В T­FLEX Анализ теперь можно рассчитать теплообмен излучением между поверхностями тел. В команде Излучение доступны варианты: Излучение между поверхностями или Излучение в окружающую среду. В случае выбора варианта Излучение между поверхностями для каждого элемента излучающей поверхности будет рассчитана «видимость» других элементов излучающих поверхностей. В случае наличия пустых областей видимости теплообмен излучением будет рассчитываться как теплообмен с окружающей средой.

Поддержка гиперупругих материалов

Реализована новая модель поведения материалов с гиперупругими свойствами, что позволяет учитывать в расчетах упругие деформации для таких материалов, как резины или эластомеры (рис. 8).

Рис. 8. Диалог свойств гиперупругих материалов

Сопоставление материалов документа с материалами библиотек

Специалисты­расчетчики трепетно относятся к расчетным данным, с которыми работают. К таким данным относятся библиотеки материалов. Хорошим тоном считается создание пополняемых библиотек материалов, которыми могут воспользоваться все заинтересованные участники процесса. Но как актуализировать свойства материалов для старых моделей?

С течением времени предприятия­изготовители производят замену материалов или уточняют свойства применяемых на предприятии материалов. В таких случаях обычно пересчитывают ранее произведенные расчеты с учетом изменившихся свойств материалов. Актуализация материалов в старых сборках — задача трудоемкая. Для этих целей, а также для того, чтобы убедиться в правильности назначенных материалов, разработан специальный сервис для сопоставления материалов модели с материалами, хранящимися в библиотеках.

Достаточно открыть до нужного уровня сборку, вызвать окно сопоставления материалов (рис. 9) и, при необходимости, произвести обновление свойств, связать материалы модели с материалами библиотеки или наоборот — разорвать связь с библиотекой.

Рис. 9. Сопоставление материалов модели с библиотекой

Для использования функциональности необходимо, чтобы нужные библиотеки были открыты в окне Материалы. Расположение библиотек не имеет принципиального значения. Это могут быть как локальные или сетевые источники, так и библиотеки, хранящиеся в корпоративной системе, например в среде T­FLEX DOCs.

Отчеты

Теперь при составлении отчета в Анализе доступен вывод информации из Состава изделия. Данная функциональность может применяться в тех случаях, когда вместе с отчетом о проведенном расчете необходимо выводить в отчет дополнительные параметры, относящиеся к конструкции: размеры деталей, их массу, реквизиты деталей или любую другую информацию, хранимую в составе изделия модели T­FLEX CAD (рис. 10).

Рис. 10. Добавление информации в отчет из состава изделия

Совместное использование с другими продуктами комплекса T­FLEX PLM

T­FLEX Анализ успешно используется совместно с приложением T­FLEX Динамика, еще одним представителем класса CAE в комплексе T­FLEX PLM. Оно решает задачи, связанные с анализом кинематики и динамики пространственных систем. Новая версия T­FLEX Динамики умеет выгружать промежуточные зафиксированные состояния расчетной модели, а T­FLEX Анализ умеет принимать полученную геометрию для проведения расчетов по МКЭ. На рис. 11 показано определение положения грузовой эстакады в момент сброса груза. В T­FLEX Динамике были определены необходимые промежуточные положения конструкции. Каждое из таких положений было передано в T­FLEX Анализ для оценки прочности конструкции (рис.12).

Рис. 11. Моделирование процесса сброса груза в T-FLEX Динамика

Рис. 12. Расчет в T-FLEX Анализ на основе расчета в T-FLEX Динамика

В дополнение к статье смотрите видео на YouTube­канале T­FLEX PLM.

Аналогичным образом могут совместно использоваться программы T­FLEX Зубчатые передачи и T­FLEX Анализ. T­FLEX Зубчатые передачи — новое приложение компании «Топ Системы», позволяющее рассчитывать и генерировать трехмерные модели для любых зубчатых зацеплений. Полученная модель может быть передана в T­FLEX Анализ для проведения необходимых расчетов по МКЭ.

Принцип совместного применения программ комплекса T­FLEX PLM наиболее удобен для инженера­конструктора, так как вся работа ведется в едином пространстве и не касается проблем, связанных с переходом в другие системы. T­FLEX Анализ ярко иллюстрирует развитие такого подхода на примере как конкретного приложения, так и комплекса T­FLEX PLM в целом. Но прогресс на этом не останавливается и в будущем вас ждет еще больше новых возможностей.