9 - 2003

Новое поколение систем инженерного анализа ANSYS Workbench Products

Александр Чернов

Программный комплекс ANSYS сертифицирован по следующим стандартам:

Компания ANSYS, Inc. предлагает революционно новый подход к процессу проектирования и проведению инженерного анализа. Этот подход реализован в программном комплексе ANSYS Workbench Products, позволяет инженерам, владеющим специализированными методиками расчета и знающим технологии ANSYS, не только быстро и эффективно написать собственное программное приложение, но и встроить его в продукты на платформе ANSYS, используя новый программный продукт ANSYS Workbench Software Development Kit. Появилась возможность запускать сессию ANSYS как в привычном для профессиональных расчетчиков графическом интерфейсе, так и в новом объектно-ориентированном интерфейсе ANSYS Workbench, специально созданном для на инженеров-конструкторов.

Условно CAE-системы, предлагаемые на российском рынке, можно разделить на три категории:

• системы полнофункционального инженерного анализа с мощными средствами и обширными библиотеками типов элементов для сеток МКЭ и различных физических процессов. Наибольшее распространение в мире получили ANSYS/Multiphysics, AI*NASTRAN и MSC.NASTRAN. При этом следует отметить, что в MSC.NASTRAN нет собственного препроцессора — он использует препроцессоры сторонних производителей, в частности ANSYS ICEM CFD, PATRAN;

• системы инженерного анализа, встроенные в так называемые тяжелые САПР, например решение Pro/MECHANICA для Pro/ENGINEER, Unigraphics NX CAE для Unigraphics NX, Extensive Digital Validation (CAE) для I-deas, Catia CAE для CATIA;

• системы инженерного анализа среднего уровня — как со встраиваемым интерфейсом в CAD-системы (COSMOS/Works, COSMOS/Motion, COSMOS/FloWorks для SolidWorks), так и считывающие геометрию из CAD-систем (visualNastran, Procision).

Системы полнофункционального анализа характеризуются наличием собственных средств моделирования геометрии и возможностями ее импорта не только посредством коннекторов к CAD-системам и через промышленные стандарты: ACIS, Parasolid, но и вообще возможностью импорта геометрии. Но при этом у них отсутствует ассоциативная связь с CAD-системой. Это приводит к тому, что если в результате расчета обнаружилась необходимость внести изменения в геометрию, то для проведения анализа измененной геометрии инженеру потребуется заново импортировать геометрию и задать все данные для расчета заново. Все эти системы имеют мощные функциональные возможности.

Во всем мире только компании ANSYS, Inc. удалось создать графический интерфейс для полнофункционального анализа, поддерживающий двунаправленную ассоциативную связь со многими CAD-системами и читающий промышленные стандарты геометрических данных ACIS, Parasolid и IGES (см. врезку).

При этом для ввода среды анализа в любой момент можно перейти в классический интерфейс или использовать команды препроцессинга ANSYS (Preprocessing Commands) и при необходимости перейти в ANSYS Preprocessing Command Builder.

CAE-модули, встроенные в тяжелые семейства САПР, имеют менее мощные средства анализа, но вместе с тем полностью ассоциативны с геометрией и отслеживают любые изменения модели. Данные расчета структурированы в общую систему проектирования тяжелого САПР. Однако следует отметить, что цена на них представляется завышенной, если сравнивать их с аналогичными по функциональным возможностям самостоятельными системами.

Некоторые системы инженерного анализа среднего уровня не имеют ассоциативной связи с CAD-системами, другие имеют. Они не обладают столь мощными расчетными возможностями, как системы полнофункционального анализа, и хранят данные в собственных форматах.

В идеале CAE-система при решении стоящих перед предприятием задач должна получить результаты, сопоставимые по достоверности с результатами натурных испытаний макета изделия, причем с минимальными временными и материальными затратами.

Классифицируем задачи инженерного анализа и требования к их реализации:

1. Задачи несложные, например статический расчет без сложных процессов (например, таких, как расчет полей температур при протекании электрического тока и расчет напряженно-деформированного состояния во взаимосвязи с этими процессами). Для решения этой задачи годятся CAE-системы среднего уровня, однако при постановке такой задачи есть ряд моментов, определяющих эффективность нахождения оптимального решения:

а) ассоциативность CAE-системы с CAD-программным продуктом, в котором выполнена геометрия. Ассоциативность односторонняя, двусторонняя или отсутствует. При односторонней ассоциативности изменения в CAD-системе приводят к изменениям в расчетной модели. При двусторонней ассоциативности возможен вариант задания сценариев расчета с различными исходными параметрами. Например, возможны вариация материала или его свойств, задание различных значений CAD-параметров (толщина ребра, диаметр отверстия или любой другой параметрический размер геометрической модели) с нахождением оптимального решения и автоматической передачей его данных в CAD-систему;

б) автоматические средства нахождения сходимости решения. Особенностью средних CAE-систем является автоматическая генерация сетки КЭ с возможностью дальнейшего ее изменения имеющимися в CAE-системе средствами. Конечно, чем мельче сетка, тем точнее решение, но до какой степени это приводит к изменению результата? Да и «измельчать» сетку надо только в опасных, нагруженных участках модели, ибо они характеризуют прочность конструкции;

в) возможность передачи результатов расчета из пакетов кинематико-динамического анализа в статическую расчетную модель;

г) простота использования и обучения, дружественный пользовательский интерфейс на Windows-технологиях drag-and-drop. Желательно, чтобы система не требовала глубоких знаний методов конечно-элементного анализа.

2. Сложные по постановке и реализации задачи, в частности расчет нестационарных течений газообразных и жидких сред при взаимодействии их с твердыми объектами с границами раздела и задачи динамики с большими деформациями и ударными нагрузками. Такие задачи требуют применения мощных полнофункциональных систем инженерного анализа.

На практике при проектировании большого изделия, как правило, приходится решать задачи обоих типов. И возникает вопрос: купить среднюю CAE-программу, полнофункциональную CAE-систему или и ту и другую? Если приобрести среднюю CAE-систему, то невозможно решать сложные задачи, а купив только мощную CAE-систему, экономически нерентабельно решать задачи среднего уровня, занимая мощные вычислительные ресурсы более дорогой и сложной аппаратной части и привлекая для этого высокооплачиваемых специалистов.

Если приобретать оба типа CAE-систем, то как осуществлять взаимодействие между ними? А что делать, если задача, решаемая на ранних стадиях разработки посредством средней CAE-системы, потребует подключения больших функциональных возможностей?

Кроме того, иногда необходимо использовать собственные методики расчета на общей платформе.

Имеется ли на российском рынке система инженерного анализа, отвечающая всем вышеперечисленным требованиям? ЗАО «EMT Р» утвердительно отвечает на данный вопрос — это решения на платформе программных продуктов фирмы ANSYS, Inc., официальным дистрибьютором которой в России, странах СНГ и Балтии является компания «EMT Р».

Начиная с версии 7.0 запуск сессии ANSYS/Multiphysics возможен в двух режимах: в классическом варианте (Classic) и в варианте среды ANSYS Workbench.

ANSYS Workbench Environment — программный комплекс c простым в использовании и интеграции программ интерфейсом, позволяющий создавать собственные расчетные приложения на платформе ANSYS.

Workbench Products — это:

• Design Space;

• Design Modeler (ранее известный как AGP);

• DesignXplorer;

• любой модуль ANSYS в графическом интерфейсе ANSYS Workbench;

• ANSYS Workbench Software Development Kit.

Многие продукты еще находятся на стадии разработки.

Все программы работают с одним менеджером сетевых плавающих лицензий, тип используемой лицензии запрашивается в диалоговом окне при запуске.

Design Space решает задачи инженерного анализа средней сложности с ассоциативной двунаправленной связью с CAD-системой — напрямую принимает параметры из CAD-системы и проводит сценарии расчета с построением графиков целевых функций как в 2D- (средства Design Space), так и в 3D-поверхность целевой функции (средства DesignXplorer), обладает средствами автоматического нахождения сходимости решения при заданных пользователем условиях решения (сколько циклов расчета осуществлять и при каком проценте изменения результата считать, что сходимость найдена). При этом для каждого цикла программа находит наиболее нагруженные места и именно в них учащает сетку, проводит новый цикл расчета до выполнения условия сходимости решения и строит соответствующий информационный график. Design Simulation (Design Space) принимает данные вычисленных реакций в звеньях механизмов при кинематико-динамическом анализе в программном продукте Dynamic Designer для проведения на их основе статического расчета. Данные, конечно-элементной модели передаются в полнофункциональный расчетный комплекс ANSYS.

Модуль Design Modeler (AGP) позволяет изменять геометрию, полученную из CAD-программы, и может сам создавать параметрические поверхностные, твердотельные и балочные модели, при необходимости конвертировать поверхностные модели в твердотельные и обратно и передавать модели далее в Design Space и ANSYS.

ANSYS Workbench Software Development Kit — это программная платформа с открытой архитектурой, позволяющая вставлять программное приложение пользователя в функциональные возможности семейства продуктов ANSYS, используя программный интерфейс приложения (API). Указанную программную платформу ANSYS, Inc. использовала в некоторых своих продуктах (таких как Design Space). Это открытая платформа для Windows, основанная на Web-технологиях.

ANSYS Workbench Software Development Kit использует стандартный интерфейс, реализуемый с помощью COM-модели компонентных объектов Microsoft (стандартный механизм, включающий интерфейсы, с помощью которых одни объекты предоставляют сервисы другим, является основой многих объектных технологий, в том числе OLE и ActiveX).

«САПР и графика» 9'2003