Инженерные исследования. Вариант Autodesk. Часть 1

Для того чтобы было проще понять, что из списка уроков опубликованных на портале Engineering exploration (про который шла речь в прошлом сообщении) Вам нужно, в данной серии будет дан короткий обзор разделов и уроков. Первое, что следует отметить – все уроки записаны с использованием Autodesk Simulation Multiphisics (ранее Algor) версии 2012. С точки зрения интерфейса новая версия 2013 отличается не принципиально, и практически все, что продемонстрировано в уроках без изменений и проблем повторяется в последней версии.

Первый раздел посвящен знакомству с интерфейсом Autodesk Simulation Multiphisics (ASM) и вопросами связанными с импортом и модификацией геометрии.

Первый урок раздела посвящен импортированию геометрии непосредственно в ASM. На примере однотипной по форме геометрии, но созданной в различных системах (Autodesk Inventor и SolidWorks) демонстрируется, что могут быть различия. В данном конкретном случае вся разница заключается исключительно в ориентации детали относительно базовой системы координат (это связано с тем, что в Inventor по умолчанию вверх смотрит ось 0Z, а в SW – 0Y). Тем не менее в действительности на более сложных примерах разница может быть и более существенной. Так, как будет показано в других уроках, при импортировании из некоторых систем есть возможность получения геометрических параметров модели и даже физических (свойства материала). Есть и другие отличия, но об этом уже в уроках не рассказывается, впрочем, любой, кто сталкивался с импортом-экспортом и обменом информацией между различными системами САПР понимает это.

Также в уроке показано как задавать свойства материалов и как «разбить» геометрию на конечно-элементную (КЭ) сетку. В данном случае используются параметры по умолчанию, но в других уроках рассказано как ее модифицировать под нужды пользователя.

Второй урок раздела посвящен редактированию «неродной» геометрии. В данном случае любая геометрия, которая была создана вне ASM, для него является не родной. Autodesk прикладывает все усилия, чтобы её форматы (DWG, фалы Inventor, Revit) воспринимались ASM, как можно лучше. Однако пока что это все равно происходит через импорт-экспорт со всеми вытекающими отсюда последствиями. Данное мое голословное утверждение хорошо демонстрируется в самом уроке. После импорта геометрии из Inventor в ASM цилиндрические поверхности, которые в первом были цельными в ASM приходят как две полуповерхности. Это связано с особенностями работы геометрических ядер и ничего страшного в этом нет. Даже в самом CAD, на самом деле все тоже самое, просто для удобства пользователя многие CAD системы этот факт «прячут». Впрочем основная цель урока отлична от данного утверждения и заключается она в том, что геометрию можно импортировать в ASM не только напрямую, как в первом уроке, но и через Inventor Fusion. При этом можно работать с большим количеством типов геометрических данных, и также можно внести некоторые модификации в геометрию, для улучшения дальнейшей работы с ней в ASM. В качестве таких модификаций выступают удаление мелких элементов (фасок, скруглений, отверстий), которые усложняют процесс создания сетки и увеличивают время счета, но при этом не всегда влияют на конечный результат. Также, средствами Fusion можно модифицировать некоторые геометрические размеры конструкции, даже без использования «родного» ПО, в котором была создана данная геометрия. Или, как в уроке – разделит поверхности на дополнительные части, для того, чтобы стало возможным задание необходимых граничных условий и параметров нагружения.

Третий урок раздела, как раз освещает некоторые преимущества работы с геометрией созданной «сводным братом». Речь идет о том, что из Autodesk Inventor в Autodesk Simulation можно передать все параметры, которые были в модели. При этом их можно модифицировать напрямую в интерфейсе ASM, без привлечения Inventor или Fusion. Следует отметить, что при этом инструментарий работы с параметрами визуально не отличается от привычного тем, кто работает в Inventor. Кроме собственно «ручной» модификации параметров, данный функционал может быть использован для решения задачи оптимизации. Это обычно требует итерационного изменения некоторых параметров в определенных пределах. В конечном итоге получается конструкция, которая в соответствии с выбранными методами лучше всего соответствует целевой функции (минимизация веса, или напряжений etc.) Результирующий набор параметров может быть «передан» в Inventor, для модификации родительских файлов в соответствии с оптимальным дизайном.

Однако тут следует заметить, что автоматическое варьирование параметров в широких пределах нередко приводит к появлению ошибок в геометрии, связях между элементами, как в детали, так и в сборке. В случае, если это находится под постоянным контролем пользователя, это легко исправить в ручном режиме. Автоматическое изменение лишено данной возможности, о чем следует помнить при использовании функционала изменения параметров в ASM. Также следует помнить, что каждая новая геометрия проходит через автоматический импорт-экспорт, и дополнительные модификации в ASM, что также может добавить головной боли, если это не учитывать. К сожалению, об этом в уроке нет ни слова… Также в уроке есть спорное утверждение, что «тетры» всегда хуже чем «брики» (это типы элементов, которые отличаются количеством узлов и формой. Тетры – пирамиды о четырех узлах, «брики», или на русском «кирпичи», это элементы с 8 узлами и 6 сторонами). Впрочем данная тема требует отдельной публикации.

Следующий по счету – четвертый урок раздела. В нем рассказывается про основные типы контактов в ASM. Их не так уж и много, но они позволяют промоделировать практически все варианты взаимодействий. Основным типом контакта является Bonded («склейка»). Основным я его называю, потому что это тип контакта по умолчанию. Подобный тип контакта заставляет разные детали вести себя как единое тело. Т.е. по сути как будто они были полностью склеены между собой по некоторым поверхностям. При этом не всегда является обязательным даже касание деталей как таковое. В случае наличия зазора – между ними просто «влепят» «жесткую связь». Suface – наиболее общий тип контакта. Чаще всего встречается в природе. Два тела взаимодействуют между собой по контактирующим поверхностям. Одно тело может быть спокойно «оторвано» от другого, но не может влезть внутрь. В первом случае контакта нет, во втором тела начинают совместно деформироваться. Welded – похож на первый, т.е. bonded, но «склеен» не по всем заданным поверхностям, а по границе контакта. По сути моделирует работу сварного шва для нескольких деталей. Free/No Contact – самый легкий для компьютера, ибо контакта нет, а значит никаких дополнительных телодвижений на проверку соприкасаемости и совместное деформирование тел ASM’у совершать не надо. Sliding/No Separation  - когда у нас два тела спокойно скользят друг по другу, но оторваться друг от друга не могут. Separation/No Sliding – обратный вариант. Коэффициент трения так высок, что скольжение е возможно, а вот отрыву ничто не мешает. Так как не всегда тела контактируют целыми поверхностями есть контакт Edge  - для кромок.

В уроке, кроме освещения основных типов контактов и разницы между ними, рассказывается об инструментарии создания контактов между телами и настройках контактов и решателя.

В пятом уроке раздела освещается работа с библиотекой материалов. Не смотря на то, что в уроках ранее было немного рассказано о задании свойств, данный урок посвящен подробному описанию состава библиотеки и принципам работы с библиотекой. Рассказывается ка можно создавать новые материалы, в том числе и специфичные, например  композиционные. Единственное, что тут следует заметить, что библиотека материалов едина для всех приложений Autodesk, что достаточно удобно.

В шестом уроке, как бы в продолжение предыдущего объясняется разница между изотропными и анизотропными материалами

Седьмой урок целиком и полностью посвящен вопросам работы с сеткой. Основные типы элементов, принципы и инструменты модификации сетки. Причины, по которым необходимо делать сетку крупнее или мельче. Следует отметить, что в новой версии (2013) по сравнению с текущей (2012) есть существенные изменения инструментария работы с сеткой, причем в лучшую сторону.

Последний, восьмой урок первого раздела посвящен вопросам модификации расчетной схемы. На примере расчета шарнирно опертого по краям двутавра (в англ. варианте I-beam) демонстрируется, что для некоторых задач лучше использовать не трехмерные элементы, а балочные или пластинчато-оболочечные. Впрочем людям прошедшим через сопромат, это должно быть близко и понятно. Так как в данном случае пользователю нет необходимости решать уравнения вручную, то может быть непонятным почему обычный расчет на базе геометрии из CAD системы выполненный путем нажатия на пять кнопок,  лучше перестроения геометрии в соответствии с новыми правилами. К тому же в самом уроке на этом особо не акцентируют внимание. Чтобы пояснить могу сказать, что расчет металлического моста в балочной постановке вполне может выполнить и человек без привлечения компьютера. Компьютер на подобную задачу потратит от пары секунд до нескольких минут (в зависимости от сложности конструкции). А вот если это ели геометрию брать объемную-твердотельную.... то может не хватить вычислительных мощностей даже у "средней паршивости" кластера из списка российского Топ-50 . Впрочем вместо подробного объяснения данного факта дан пример, как можно создавать расчетную модель в ASM вообще без использования CAD, используя лишь внутренние возможности. Все это на примере уже упомянутого двутавра.

Продолжение следует...
Часть 0. - Обзорная
Часть 2. Расчеты на базе линейных моделей материалов 

P.S. изображения взяты непосредственно с портала  Engineering exploration.
P.P.S.  Если Вас интересует перевод данных материалов - просьба отписаться в комментариях.

Если же Ваш отрасль не машиностроение, а строительство, ПГС, архитектура и им смежные, то Вас возможно заинтересует раздел проектирование инженерных систем на сайте Autodesk.