msc software Комплексные технологии виртуального...

MSC Software Комплексные технологии виртуального моделирования и инженерного анализа

Брошюра

https://www.mscsoftware.com

Более полувека корпорация MSC Software занимается разработкой и внедрением компьютерных технологий и систем инженерного анализа. Современные численные методы, эффективные алгоритмы, высокая производительность, удобные интерфейсы пользователя и интеграция в информационную среду разработки изделий — всё это позволяет решениям MSC Software занимать лидирующие позиции в сфере виртуального моделирования и инженерных расчётов. Инновационное программное обеспечение корпорации сопровождает команда профессионалов с многолетним опытом разработки, поддержки и внедрения CAE-систем. В большинстве высокотехнологичных отраслей промышленности и на предприятиях самых разных масштабов внедрение технологий MSC Software значительно повышает конкурентные преимущества изделий, обеспечивая их высокое качество и улучшая экономические показатели процесса разработки.

Московский офис корпорации MSC Software более четверти века работает на территории России, СНГ, Грузии и стран Балтии. Сотрудники отдела продаж и технические специалисты московского офиса имеют большой опыт поставки и внедрения систем MSC Software. Техническая поддержка и услуги по обучению оказываются как в собственном учебном центре, так и непосредственно на предприятиях. Тесная кооперация с пользователями, партнёрами и зарубежными специалистами корпорации позволяет решать самые сложные вопросы, возникающие при эксплуатации решений MSC Software. Методическая литература на русском языке, примеры применения систем, оперативная практическая помощь и поддержка доступны сотням предприятий и тысячам инженеров в регионе.

Высокий уровень многодисциплинарных решений и знаний, глубокое понимание потребностей предприятий в технологиях инженерного анализа, способность гибко подходить к нуждам каждого пользователя — всё это определяет выбор многих тысяч компаний по всему миру в пользу программного обеспечения MSC Software.

ООО «Эм-Эс-Си Софтвэр РУС» Дочерняя компания MSC Software в России, СНГ и странах Балтии 123022, Москва, 2-я Звенигородская улица, дом 13, стр. 43, 5 этаж, офис № 521 Телефон: +7 (495) 363 06 83 Email: [email protected] mscsoftware.ru

http://www.mscsoftware.ru

mscsoftware.ru | mscsoftware.com | hexagonmi.com Manufacturing Intelligence 1

CодержаниеКоротко о корпорации MSC Software 3

MSC Apex 4Платформа нового поколения для инженерного компьютерного моделирования и анализа

Adams 11Виртуальное моделирование машин, механизмов и изделий в сборе

MSC Nastran 16Прочность, динамика, долговечность, оптимизация

Marc 21Многодисциплинарный нелинейный анализ

MSC Cradle CFD 25Гидрогазовая динамика и тепломассообмен

MSC CoSim 32Интегрирующий модуль для сопряженных расчетов

Actran 34Акустика, виброакустика и аэроакустика

Digimat 36Виртуальная лаборатория для моделирования многофазных материалов и композитных конструкций

Simufact 43Моделирование технологических процессов обработки металлов давлением, термообработки, сварки и 3D-печати

FormingSuite 47Оценка стоимости и технической реализуемости процессов обработки листового металла

Patran 48 Универсальный графический пользовательский интерфейс

Dytran 51Анализ существенно нелинейных быстропротекающих процессов

MSC Fatigue 52Усталостная прочность и долговечность конструкций

Easy5 55 Моделирование систем и устройств на схемном уровне

Sinda 56Специализированный комплекс для решения тепловых задач

FlightLoads 59Комплексный анализ аэроупругих, динамических и прочностных характеристик летательных аппаратов

Virtual Test Drive (VTD) 61Виртуальные испытания ADAS систем и автопилота транспортных средств в дорожной обстановке

SimManager 63Управление данными и процессами инженерного анализа

MaterialCenter 65Управление данными о материалах

Лицензирование программных продуктов MSC Software 67

Специальные предложения для университетов 68

Система лицензирования MSC One 69Универсальный ключ к миру виртуального моделирования и инженерных расчётов

Обучение 70

Поддержка и сопровождение 70

Приобретение лицензий на использование систем MSC Software 71

Учебно-методическая литература MSC Software на русском языке 72

Семинары MSC Software Corporation — гарантия высокой эффективности внедрения и использования систем инженерного анализа 72

http://mscsoftware.ru


https://www.hexagonmi.com


Корпорация MSC Software разрабатывает и поставляет компьютерные технологии инженерных расчётов, позволяющие специалистам различных отраслей промышленности моделировать и оптимизировать изделия или технологические процессы на основе виртуальных прототипов. Пользователи программного обеспечения MSC Software применяют виртуальные прототипы изделий практически на всех этапах производства, дополняя, а в некоторых случаях даже заменяя ими физические образцы. Внедрение технологий виртуального моделирования помогает нашим пользователям значительно повышать качество изделий, экономить время и снижать затраты, связанные с проектированием и испытанием выпускаемой продукции. Программное обеспечение MSC Software позволяет точно и достоверно моделировать поведение разрабатываемого изделия в реальных условиях, начиная с самых ранних этапов, тем самым давая возможность быстро и экономически эффективно проектировать инновационные конкурентоспособные продукты.

Технологии MSC Software используются на ведущих предприятиях в самых разных отраслях промышленности для линейного и нелинейного конечноэлементного анализа, решения задач акустики и взаимодействия конструкций с жидкостью и газом, мультифизичных задач и задач оптимизации, усталости и долговечности, динамики многомассовых систем и моделирования систем управления.

Корпорация McNeil Schwendler (в 90-е годы переименованная в MSC Software) была образована в 1963 году. Через некоторое время компания выиграла объявленный NASA тендер на разработку программного обеспечения на основе метода конечных элементов. Это программное обеспечение было известно до начала 70-х годов под названием NASTRAN (NASA Structural Analysis). В 70-е годы компания MSC Software продолжила дальнейшее развитие этой системы, но уже на коммерческой основе и под именем MSC Nastran. MSC Software первой разработала и реализовала в этом флагманском продукте многие технологии, которые в настоящее время широко используются для расчёта и прогнозирования напряжений, деформаций, динамических процессов, акустики и теплопередачи. За всю свою богатую историю, корпорацией MSC Software разработан или приобретён целый ряд известных приложений для виртуального моделирования и инженерных расчётов, включая системы Patran, Adams, Marc, Dytran, MSC Fatigue, SimManager, Easy5, Sinda, Actran, Digimat, Cradle CFD, VTD, FormingSuite, MSC Apex и Simufact. Компания стремится к постоянному развитию новых технологий инженерного анализа, объединяя дисциплины и технологии из отдельных CAE-систем в единые многодисциплинарные комплексы. Решения MSC Software открывают возможность инженерам

повысить надежность и точность своих виртуальных прототипов, в том числе при решении мультифизичных и многодисциплинарных задач. Кроме того, на рынке инженерных расчётов MSC Software является лидером в разработке и внедрении специализированных систем управления жизненным циклом CAE-данных и материалов.

Пользователи MSC Software во всём мире понимают необходимость использования преимуществ виртуального моделирования и тестирования на всех уровнях: от общих исследований экспертов-расчётчиков до повседневных задач инженеров-конструкторов, разрабатывающих конкретные изделия. Именно поэтому платформа компании MSC Software для управления данными по материалам (Material Center), а также уникальное решение по управлению данными и процессами инженерного моделирования (SimManager), успешно внедряются в автомобилестроении, аэрокосмосе, судостроении, электронике и других отраслях промышленности.

MSC Software Corporation в 2017 году вошла в состав компании Hexagon (Nasdaq Stockholm HEXA:B), ведущего мирового поставщика информационных технологий, которые обеспечивают предприятиям эффективность и качество посредством геопространственных и промышленных приложений. В настоящее время в MSC Software работает около 1500 сотрудников более чем в 20 странах.

Коротко о корпорации MSC Software

Программные продукты и услуги MSC Software использует подавляющее большинство ведущих мировых компаний в таких отраслях как:

• Аэрокосмическая и оборонная промышленность

• Автомобилестроение и наземный транспорт

• Сельскохозяйственное машиностроение

• Тяжёлое машиностроение

• Медицинское оборудование

• Нефтегазовая промышленность

• Энергетика

• Возобновляемые источники энергии

• Потребительские товары

• Материалы

• Электроника




4

Компания MSC Software долгое время является одним из передовых разработчиков систем инженерного моделирования и анализа. Такие программные продук-ты, как MSC Nastran, Marc, Dytran, Adams, Patran, уже давно широко используются инженерами во всём мире для моделирования и анализа самых разнообразных конструкций изделий в различных отраслях промыш-ленности.

MSC Software постоянно развивает свои технологии, воплощая в своих программных продуктах, по возмож-ности, все передовые идеи и новейшие подходы.

Отслеживая и анализируя запросы и пожелания поль-зователей, специалисты компании пришли к выводу о необходимости создания принципиально новой CAE-среды, которая наилучшим образом сочетала бы весь накопленный опыт предыдущих разработок, и в то же время максимально использовала бы современные идеи и технологии. Целью разработки стало повыше-ние эффективности труда инженера-расчетчика путем предоставления максимально комфортной рабочей среды, не перегруженной огромным числом про-граммных инструментов, но обладающей минимально необходимым числом “умных”, интуитивно-понятных многофункциональных средств, каждое из которых по-зволяло бы в определенной степени автоматизировать рутинные операции.

Такой подход дает возможность существенно повысить не только производительность, но и качество работы инженера-расчетчика на многих этапах его работы, в том числе на одном из самых трудоемких и ресур-созатратном этапе подготовки и отладки расчетной модели. При этом, система должна оставаться простой в освоении. Это снизит затраты компании на подготов-ку специалистов и времени на их включение в процесс проектирования. Обладая такой системой, предпри-ятие может существенно сократить расходы на ис-пользование инженерного программного обеспечения и повысить эффективность процесса проектирования в целом.

MSC Apex Платформа нового поколения для инженерного компьютерного моделирования и анализа

Результатом нескольких лет разработки такой среды стала CAE-система нового поколения, получившая название MSC Apex. Это совершенно новая программ-ная платформа, являющаяся основой для реализации новых возможностей в сфере CAE-моделирования и анализа, гибкая высокоэффективная компонентная среда для подготовки КЭ-моделей и их расчета мето-дом конечных элементов (КЭ).

При создании MSC Apex за основу принята техноло-гия LEAF (Liquid Engineering Application Framework, адаптивный инженерный фреймворк). Суть подхода заключается в разработке гибкой программной плат-формы MSC Apex с графической средой, которая может использоваться различными уже существующими или вновь создаваемыми системами и модулями инже-нерного моделирования и анализа. Таким образом, например, в модуле MSC Apex Structures реализованы возможности интегрированного решателя на базе MSC Nastran, в MSC Apex Generative Design — техно-логии топологической оптимизации, сглаживания геометрических поверхностей и генерации вариантов изделия, а в модуле MSC Apex Modeler — средства работы с моделями и результатами Adams/Car — вер-тикального приложения для проектирования подвески автомобилей и других транспортных средств в эко-системе среды моделирования кинематики машин и механизмов Adams. Технология LEAF позволяет упро-стить реализацию взаимосвязей между приложениями и модулями, унифицировать правила взаимодействия программ и использовать графический интерфейс для различных приложений.

Состав компонентов MSC Apex расширяется от вер-сии к версии. Для актуальной на момент публикации версии MSC Apex — Jaguar доступны модули Modeler, Structures и Generative Design.

MSC Apex ModelerОсновной многофункциональный модуль, предназна-ченный для эффективной работы с геометрическими моделями, полученными из CAD-систем, их доработки, упрощения для нужд CAE-анализа и, одновременно, для генерации конечно-элементной сетки, имеющий весь необходимый набор инструментов задания граничных условий, нагрузок, свойств материалов, автоматизиро-ванной проверки готовности модели к расчету и обра-ботки результатов анализа расчетной модели.

MSC Apex StructuresДополнительный модуль, предоставляющий возмож-ности расчета модели средствами интегрированного решателя на базе MSC Nastran. Модуль реализует ме-


тод Расчетных Компонентов и Сборок, обеспечивает весь комплекс операций над матрицами, созданными индивидуально для каждой детали в сборке, и обе-спечивает их актуальность при выполнении расчета.

MSC Apex Generative DesignИнструментарий специализированной топологической оптимизации и сглаживания геометрических поверх-ностей, ориентированный на аддитивные технологии, реализованный в графической среде MSC Apex. При минимальных затратах времени и усилий, пользова-тель может поставить задачу оптимизации и получить варианты конструкций со сглаженной геометрией готовые к 3D-печати.

Сочетание небольшого количества многофункциональ-ных и интерактивных инструментов моделирования обеспечивает беспрецедентную эффективность освое-ния и использования программного комплекса.

Особенности MSC ApexК числу ключевых особенностей системы можно отне-сти следующее:

• Реализация технологии прямого геометрического моделирования (хорошо зарекомендовавшей себя в CAD-системах) в сочетании с синхронным перестроением КЭ-сетки (на данный момент не имеет аналогов среди конкурирующих программных комплексов);

• Комплекс высокоавтоматизированных средств подготовки геометрической модели для нужд расчетчика, а также инструменты, позволяющие упростить и автоматизировать некоторые рутинные операции, характерные для этого этапа работы с моделью;

• Применение технологии расчетных компонентов и сборок (Computational Parts and Assemblies™), что, по сути, является новым уровнем использования метода подконструкций (суперэлементов) для работы со сложными моделями сборок и подсборок;

• Интегрированные методы конечно-элементного решателя (в данном случае — MSC Nastran) позволяют выполнять расчеты конструкции непосредственно в среде MSC Apex, то есть приложение является и пре-/постпроцессором, и решателем одновременно. При этом, сохраняется возможность работы с отдельно стоящим решателем MSC Nastran;

• Средства автоматического поиска, визуализации и удаления ненужных геометрических особенностей как для простых геометрических объектов, так и для произвольных наборов, сформированных пользователем для удаления;

• Инструменты чистки и реставрации корректного описания объектов геометрической модели полученной из CAD-системы (серия инструментов Geometry Cleanup);

• Высокопроизводительный, адаптивный генератор конечно-элементных сеток различных типов с возможностью учета геометрических особенностей и их характерных размеров;

• Средства подготовки и условного подразделения объемной геометрии практически любого уровня сложности на более простые подобласти с последующим созданием связанной КЭ-сетки из HEXA-элементов;

• Средства восстановления геометрических объектов из КЭ-модели (в случаях, если нет никакого геометрического описания, а имеется только КЭ-сетка). Уникальная технология построения параметризованных геометрических объектов с гладкими поверхностями (NURBS) на основе исходной КЭ-сетки позволит использовать весь накопленный опыт предприятия в виде существующих КЭ-моделей и применить новые эффективные инструменты для работы с геометрической моделью.

Одним из важнейших показателей любой коммерче-ской системы инженерного моделирования и анализа является возможность подключения пользователь-ских алгоритмов и подпрограмм, подразумевающая поддержку какого-либо языка программирования. MSC Apex имеет такие возможности и для этих целей используется современный объектно-ориентирован-ный скриптовый язык высокого уровня Python.

При работе в среде MSC Apex можно записывать ма-кросы как последовательность команд на языке Python. Затем их можно модифицировать в виде скриптов с включением дополнительных модулей и подпро-грамм, циклов и проверки условий. В MSC Apex открыт обширный набор внутренних функций для програм-мирования (MSC Apex API — Application Programming Interface, программный интерфейс приложения), который хорошо документирован. С применением этих возможностей могут быть созданы скрипты различ-ного уровня сложности автоматизирующие многие рутинные операции. Например, автоматизация поис-ка и замещения отверстий определенного диаметра коннекторами выбранного типа и с заданными харак-теристиками, отыскание и удаление из модели деталей или наборов объектов, подобных образцу. Степень автоматизации может варьироваться в зависимости от степени проработки скрипта.




6

Пользователь может создать любое количество своих собственных инструментов, разработать графический пользовательский интерфейс и назначить для ин-струмента клавиатурное сокращение и/или кнопку на пользовательской панели инструментов.

Особое внимание в MSC Apex уделено комфорту и продуктивности работы инженера-расчетчика. В этой связи можно отметить такие свойства MSC Apex, как:

• Интуитивность и простота — взаимодействие с компонентами геометрической модели осуществляется естественным и привычным для пользователя образом: перетаскиванием, достраиванием, заполнением отверстий и зазоров, масштабированием и т.д. За счет интуитивности действий над моделью освоение работы с системой происходит очень быстро: опытный пользователь CAE-систем способен изучить MSC Apex за 1–2 дня, а начинающий — за 3–4 дня;

• Автоматизация работы с сеткой — геометрическое моделирование сопровождается синхронной генерацией КЭ-сетки. Если исходная модель уже содержала КЭ-сетку, эта сетка автоматически перестраивается, отслеживая изменения геометрии. Пользователь сразу может видеть, как его действия над геометрией влияют на качество КЭ-модели;

• Минимизация затрат времени и усилий на освоение системы за счет наличия обучающих материалов. Интерактивные инструкции, примеры для пошагового выполнения, видеоуроки, система поиска нужных функций программы, а также возможности поиска по справочной системе поставляются в комплекте с системой и легко доступны из её интерфейса;

• Наличие механизма подкурсорных контекстных подсказок. Инструменты графического интерфейса снабжены всплывающими подсказками и ссылками непосредственно на нужный урок или раздел справки. При выборе любого инструмента на любом шаге его использования под курсором появляется краткая подсказка о том, каких действий система требует от пользователя в данный момент.

Геометрическую модель в MSC Apex можно импортиро-вать из всех широко распространенных CAD-систем (NX, CATIA V4, CATIA V5, SolidWorks, Inventor, Creo и др.) в их родном формате, либо в одном из стандартных обменных форматов — таких, как STEP, IGES, ACIS, STL или Parasolid. Помимо этого, геометрические модели достаточно вы-сокого уровня сложности можно создать и встроенными средствами геометрического моделирования, исполь-зуя инструменты эскизирования из панели Geometry Create. Разумеется, возможности создания геометрии в MSC Apex уступают тем, которые предоставляются в CAD-среде, однако их вполне достаточно для выполне-ния вспомогательных построений или редактирования уже существующей геометрии после импортирования модели.

MSC Apex может применяться как самостоятельно, так и в сочетании с другими средствами моделирования

и анализа проектируемой конструкции. Существуют различные сценарии использования MSC Apex в этой связи. Например, MSC Apex выступает в роли инстру-мента отладки и подготовки геометрической модели, построителя КЭ-сетки высокого качества для больших сборок. Затем геометрия и КЭ-сетка передаются в тра-диционную CAE-систему, где к модели прикладываются нагрузки и граничные условия и задаются специфич-ные для того или иного решателя параметры задачи и выполняется расчет. Альтернативный сценарий, когда MSC Apex является пре- и постпроцессором для решателя MSC Nastran. При этом, результаты расчета поставляются в MSC Apex в эффективном современном формате HDF5. Такой подход находит наибольшее рас-пространение у опытных пользователей MSC Nastran.

На сегодня существует уже немало примеров эффективно-го использования новой CAE-среды. Производительность труда инженера в некоторых случаях возрастает в пять и более раз, по сравнению с применением традиционных CAE-систем. Один из таких примеров приведен ниже.

Табл. 1. Сравнение затрат времени на подготовку модели с помощью традиционных CAE-систем и MSC Apex

Традиционный подход

Применение MSC Apex

Требуемый уровень опыта пользователя Высокий Низкий

Подготовка геометрической модели к расчетам 35 ч. 3 ч.

Генерация КЭ-сетки 3 ч. 2 ч.

Назначение свойств 12 ч. 0.5 ч.

Весь сценарий 50 ч. 5.5 ч.


На разработку CAE-модели, представленной на ри-сунке конструкции авиационного силового шпангоу-та (подготовка геометрической модели и генерация КЭ-сетки) с помощью традиционного подхода было затрачено 50 часов. При использовании MSC Apex Modeler данный процесс занял всего 5.5 часов и потре-бовал гораздо меньше усилий (табл. 1). Этап подготовки геометрической модели и построения КЭ-сетки вклю-чал в себя следующие операции:

• импорт геометрической модели из CAD-системы, чистка и “лечение” геометрии, то есть выявление проблемных участков модели (длинные вытянутые поверхности, короткие кромки, нестыковки кромок и т.п.) и их устранение;

• упрощение геометрической модели, удаление мелких геометрических подробностей, ненужных для построения сетки;

• создание срединных поверхностей и их стыковка;

• генерация КЭ-сетки, оптимизация её (с точки зрения качества), назначение толщин и отступов от плоскости узлов.

Работа с моделями и результатами Adams/Car в среде MSC ApexПроблемно-ориентированный модуль Adams/Car в эко-системе приложений Adams в сочетании с другими модулями Adams предназначен для создания полно-функциональных моделей транспортных средств на основе параметризованных моделей-шаблонов. Основ-ные функции Adams/Car доступны в среде MSC Apex, в том числе импорт и визуализация шаблонов, моделей и треков, отображение результатов динамического расчета элементов конструкции, идентификация кри-тических точек динамического отклика конструкции в истории нагружения по времени.

Так как MSC Apex является средой конечно-элемент-ного моделирования и анализа, открываются широкие возможности по передаче нагрузок из Adams/Car на конечно-элементное представление деталей кон-струкции в MSC Apex. В свою очередь, детальные конечно-элементные представления позволяют точно отразить динамику упругих элементов кинематичес кой модели. С использованием MSC Apex Structures произ-водится серия квази-статических КЭ-расчетов для раз-личных конфигураций динамической системы в различ-ные моменты времени, в том числе, критичес кие с точки зрения внешнего воздействия и отклика конструкции.

Модуль MSC Apex StructuresЭтот дополнительный модуль расширяет функционал базового модуля MSC Apex Modeler возможностями проведения линейного структурного анализа конструк-ции и/или анализа её на собственные частоты и формы, линейного анализа потери устойчивости и динамиче-ского анализа на гармоническое воздействие в мо-дальной постановке.

Модуль MSC Apex Structures предлагает как современ-ный графический пользовательский интерфейс для задания различных сценариев расчета и обработки результатов, так и интегрированный решатель. Такой подход является уникальным, поскольку сочетает в себе технологию расчетных компонентов и сборок с высокопроизводительной средой моделирования, которая позволяет производить интерактивный поэтап-ный анализ конструкции.

Интеграция современного пользовательского интер-фейса с высокоэффективным решателем предоставля-ет пользователю уникальную возможность проводить интерактивную и инкрементальную валидацию модели, то есть отлаживать любые конфигурации частей изделия на ранних стадиях моделирования и подтверждать, что КЭ-модели готовы к проведению расчета модели всего изделия. По запросу пользователя может быть выполнена серия автоматических проверок (как на отдельных дета-лях, так и на всей сборке) с автоматической генерацией отчета на панели оценки готовности модели к расчету — Analysis Readiness. Реализованный подход с возможно-стью пошаговой валидации радикально отличается от за-тратного по времени и ресурсам традиционного подхода, где пре-/постпроцессор и решатель разделены.

Необходимо отметить, что модуль MSC Apex Structures, обладающий технологией расчетных компонентов




8

и сборок, является решением, основанным на реаль-ной структуре изделия, где представление поведения (жесткость, масса и демпфирование) каждой отдельной детали (компонента структуры изделия) может быть рассчитано заранее, сохранено и применено в расчете независимо. По сути, речь идет о новом уровне исполь-зования технологии суперэлементов (или подконструк-ций) с высоким уровнем автоматизации всех рутинных операций формирования и управления суперэлемента-ми. Такой подход особенно эффективен, когда комби-нируется с высокопроизводительной средой MSC Apex, где каждый последующий запуск решателя будет пере-считывать только ту часть модели, которая затронута изменениями. Мы называем такой подход инкремен-тальным решением. Особенно эффективна эта новая архитектура решения при выполнении множественных вариантных исследований модели.

Поскольку расчетные компоненты и сборки являются полностью независимыми объектами, пользователь получает возможность проводить экспресс-анализ прак-тически любых конфигураций деталей в сборке, а также предварительный анализ отдельных деталей (инкремен-тальная подетальная валидация модели). Это позволяет отладить решаемую сложную задачу за гораздо меньшие сроки, чем при традиционном подходе, когда существует необходимость запуска на расчет полной модели — со всеми затратами времени и ресурсов на формирование сборки и её трансляцию в формат решателя.

Для реализации технологии расчетных компонентов и сборок в MSC Apex разработаны различные инстру-менты создания соединений между деталями. Сюда относятся:

• Mesh Independent Tie –создание клеевого контакта между разными деталями вне зависимости от конфигурации и без изменения уже существующей сетки на деталях;

• Mesh Dependent Tie — создание взаимосвязи между кромками и гранями разных деталей в виде совпадающей КЭ-сетки, при этом, существующая сетка на одной из деталей локально адаптируется с целью стыковки узлов по границе соединения;

• Descrete Tie — создание жесткого или интерполяционного соединения между выбранными узлами одной детали и узлом другой детали (по аналогии с MSC Nastran — RBE2 и RBE3 элементы);

• Connector — создание соединения в виде пружины, демпфера, комбинации пружины и демпфера, жесткой балки, упругой балки между деталями, при этом центральный элемент стыкуется с узлами на деталях посредством жестких или интерполяционных связей в автоматическом режиме;

• Joint — создание связей между деталями в виде шарниров, с возможностью раскрепления по силам и моментам по выбранным степеням свободы в зависимости от выбранного типа шарнира и ориентации его в пространстве.

Моделирование связей между деталями и/или их частями оптимизировано с точки зрения удобства ра-боты. Так, например, для создания постоянного клее-вого соединения (Mesh Independent Tie) пользователю достаточно выбрать детали, которые следует соеди-нить и задать область поиска (Tolerance) зоны контакта. При этом система автоматически определяет те зоны сеток на деталях, которые будут связаны. В результате, благодаря использованию технологии независимого от сетки постоянного клеевого соединения, отпадает необходимость в выстраивании совпадающих узлов на КЭ-сетках стыкуемых деталей. Контактные зоны сетки автоматически определяются с учетом реальных толщин деталей.


Далее, при любых перестроениях КЭ-сетки, зона контак-та или список узлов, по которым накладываются связи, автоматически перестраивается без участия пользова-теля. MSC Apex отслеживает актуальность связей при новых условиях. Таким образом существенно снижает-ся нагрузка на инженера-расчетчика при построении сложных моделей, рутинные операции по поддержанию актуальности и совместимости объектов и действий над ними передаются системе. В этом суть так называемого генеративного подхода, реализованного в MSC Apex.

Технология расчетных компонентов и сборок видится перспективной для высокопроизводительной рабо-ты с большими сборками, а также в ситуации, когда в модель часто вносятся изменения. В этом случае достигается наибольший эффект, выражающийся в существенном сокращении затрат времени и усилий пользователя на отладку и расчет сложных сборок из-делий. Новый подход позволяет проводить данный этап работ в несколько раз быстрее.

Модуль MSC Apex Generative DesignАддитивные технологии являются одним из важнейших и революционных направлений развития современных инженерных технологий. Они открывают творческий простор инженерам для реализации самых необычных и смелых идей при проектировании эффективных, лег-ких и прочных конструкций, внешние формы и силовые схемы которых не реализуемы с помощью традицион-ных технологий.

Для реализации всех преимуществ аддитивных техно-логий необходимо использовать специализированное программное обеспечение, которое изначально ориен-тировано на проектирование деталей для 3D-печати. Благодаря этому, можно получить легкие (экономия материала) и эффективные при эксплуатации конструк-ции. Возможно изготовление конструкций сложной формы без дополнительных затрат.

Одним из инструментов проектирования легких и эф-фективных конструкций для 3D-печати является топо-логическая оптимизация. Этот подход известен уже до-статочно давно и заслужил признание у конструкторов, как возможность предсказать варианты формы легкой и прочной конструкции на ранних стадиях проектиро-вания.

Однако, при использовании топологической оптимиза-ции есть особенности:

• проектирование включает в себя несколько этапов;

• как правило, это длительный, сложный и непредсказуемый процесс;

• часто требуются экспертные знания и применение специального ПО для отдельных этапов проектирования;

• ограниченные возможности многих CAD-систем по проектированию конструкций сложной формы (конструкций для аддитивных технологий, не опирающихся на ограничения традиционных технологий).

Традиционные инструменты топологической оптими-зации лишь подсказывают конструктору варианты, но не дают однозначного решения. Чтобы максимально автоматизировать процесс проектирования и мини-мизировать риски ошибок при выборе человеком не самого лучшего из предложенных вариантов, необхо-димо специализированное программное обеспечение, работающее на новых принципах.

Таким инструментом является модуль MSC Apex Generative Design, входящий в состав современной и перспективной CAE-платформы MSC Apex.

Ключевые преимущества MSC Apex Generative Design:Уникальные возможности детализации. Программное обеспечение может генерировать очень подробные и сложные варианты конструкций, предназначенные для аддитивного производства. Реализация необхо-димого объема вычислений для таких случаев прак-тически невозможна для обычного оптимизационного программного обеспечения

Ориентированная на учет напряжений оптимизация. Напряжения обычно являются наиболее важным критерием будущей формы детали. Используемый в MSC Apex Generative Design алгоритм может про-водить оптимизацию конструкции основываясь на напряжениях в ней. Такой подход позволяет получить бионическую форму с однородно распределённым полем напряжений в ней для обеспечения высокой равномерной прочности детали.

Учет правил и особенностей проектирования кон-струкций для аддитивного производства. Каждая технология изготовления требует учета своих пра-вил и особенностей проектирования для успешного производства детали. Такие правила проектирования существуют и для 3D-печати. В отличие от большинства распространенных программ топологической опти-мизации, MSC Apex Generative Design уже содержит эти правила и полностью подходит для аддитивного производства.

Автоматическое создание CAD-модели. Полученная после оптимизации структура должна быть сохранена в соответствующие CAD-файлы. Обычное программное обеспечение для топологической оптимизации требует дополнительного программного обеспечения, а также знания и опыта работы в нем для сохранения геоме-




трии. MSC Apex Generative Design включает в себя эту возможность и автоматически сохраняет геометрию для оптимальной работы с ней в CAD/CAM системах.

Автоматическое сглаживание. Интегрирован эффек-тивный интеллектуальный алгоритм для автомати-ческого создания гладких поверхностей на КЭ-сетке. Примеры вариантов поверхностей без дефектов для создания высококачественной геометрической модели детали представлены на следующем рисунке.

Автоматическое создание КЭ-сетки. Вместо ручного, трудоемкого процесса создания КЭ-сетки для оптими-зации в обычном программном обеспечении, MSC Apex Generative Design автоматически создает не содержа-щую ошибок КЭ-сетку.

Оптимизация без области проектирования. Стандарт-ное программное обеспечение для топологической оптимизации требует задания области проектирования из которого будет “удаляться” неработающий матери-ал. MSC Apex Generative Design позволяет запустить процесс оптимизации без начального определения об-ласти проектирования. Такой подход намного быстрее и более управляемый для получения оптимальной формы.

Надежная автоматическая регулировка разме-ра КЭ-сетки. В процессе оптимизации MSC Apex Generative Design может автоматически регулировать размер КЭ-сетки (путем ее локального перестроения) для получения оптимальной ажурной формы детали. После создания грубой сетки на исходной геометрии, MSC Apex Generative Design автоматически уменьшает размерность КЭ-сетки до тех пор, пока не будет получе-на детальная тонкая конструкция.

Оптимизация с первого раза. Использование стан-дартного программного обеспечения для топологиче-ской оптимизации требует расчёта нескольких вари-

антов с различными начальными условиями. Каждый вариант требует временных и финансовых ресурсов. MSC Apex Generative Design позволяет быстро отобра-зить первое (начальное) направление оптимизации и легко изменить его для получения правильного результата.

Значительное сокращение затрат времени. Иннова-ционная технология MSC Apex Generative Design и ее ориентированность на скорость в сочетании с высоким уровнем автоматизации обеспечивает значительное сокращение затрат времени на оптимизацию. Резуль-татом является быстрый, экономичный и интегрирован-ный процесс проектирования деталей для аддитивного производства.

MSC Apex — высокоэффективная CAE-платформаВ заключение необходимо отметить, что MSC Apex — не просто очередная CAE-система, это ПЛАТФОРМА для интеграции уже зарекомендовавших себя класси-ческих технологий, а также для новых и перспективных инструментов и технологий MSC Software, которые поэтапно добавляются в экосистему MSC Apex и взаи-модействуют по единым формализованным правилам в единой современной графической среде (в соот-ветствии с идеей технологии LEAF). Многие подходы, инструменты и, как следствие, возможности для поль-зователя, на данный момент являются уникальными среди CAE-систем.

Благодаря целому комплексу высокоэффективных универсальных и интуитивно понятных инструментов, автоматизирующих многие характерные рутинные операции (связанные, в первую очередь, с подготовкой геометрической модели к построению качественной КЭ-сетки и подготовкой расчетной модели), а также новейшим перспективным разработкам и ноу-хау, реализованным в продукте, достигается существенное (в несколько раз!) повышение эффективности труда инженера по сравнению с традиционными CAE-систе-мами. Пользователю комфортно работается в среде MSC Apex, при этом затраты на освоение и повседнев-ную эксплуатацию программного продукта уменьша-ются. За счет этого растет эффективность процессов моделирования и анализа на предприятии в целом, что, безусловно, положительно сказывается на сроках про-ектирования изделий и ведет к снижению финансовых затрат на проектирование.


Программные продукты семейства Adams — наиболее широко используемое в мире программное обеспече-ние для виртуального моделирования сложных машин, механизмов и изделий в сборе.

Программы семейства Adams используются для разработки и совершенствования конструкций факти-чески всего, что движется — от простых механических и электромеханических устройств до автомобилей и самолетов, железнодорожной техники, космических аппаратов и т.д.

Модель газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания

Характерной особенностью (и большим достоинством) программного пакета Adams является эффективный и чрезвычайно дружественный графический интерфейс пользователя. Используя этот интерфейс, пользователь пакета Adams имеет возможность быстро разработать расчётную модель изделия, строя ее на базе геоме-трических примитивов, создаваемых непосредственно в препроцессоре или на базе геометрических моделей компонентов изделия, импортируемых из CAD-систем, задать связи компонентов модели (упругие, демпфи-рующие, кинематические и др.), приложить нагрузки, запустить расчет и проанализировать его результа-ты. Интерфейс пользователя пакета Adams включает эффективные средства анализа результатов, которые позволяют в сжатые сроки наметить пути к совершен-ствованию расчётной модели и добиться максималь-ной близости её свойств к характеристикам реального динамического процесса, изделия-прототипа или результатам испытаний физического образца разраба-тываемой машины.

Раньше на получение сведений о характеристиках работы будущего изделия уходили недели, месяцы, а в некоторых случаях и годы, требовались огромные средства. Теперь же, используя Adams, можно получить представление о работе разрабатываемого изделия ещё до начала раскроя металла или отливки пластика

Adams Виртуальное моделирование машин, механизмов и изделий в сборе

для изготовления опытного образца. Начиная с самых ранних стадий проектирования, можно видеть, как бу-дет работать машина и улучшать ее функционирование. Применение Adams позволяет исследовать десятки, сотни и даже тысячи вариантов конструкции, сравни-вать и выбирать лучший, совершенствовать и совер-шенствовать будущее изделие, тратя на это во много раз меньше времени и средств, чем при использовании традиционных подходов.

Комплексная модель шасси самолёта и системы управления им

Работая с Adams пользователь имеет возможность:

• Разрабатывать расчётные модели исследуемых изделий, в максимальной степени учитывающих особенности их конструкции, включая высокую идентичность внешнего вида, что во многих случаях облегчает построение моделей, их отладку и анализ полученных результатов;

• Выполнять расчёт параметров изделий, определяющих их работоспособность и точность (перемещения, скорости и ускорения компонентов изделия, действующие нагрузки, габариты пространства, необходимого для движущихся частей машины и т.п.);

• Выполнять оптимизацию параметров изделия.

Отличительные особенности Adams:

• Широкий набор видов кинематических связей, упругих и диссипативных звеньев с линейными и нелинейными характеристиками, нагрузок, кинематических воздействий и т.д., доступных пользователю для построения расчётной модели в максимальной степени воспроизводящей свойства реального изделия;

• Лёгкость изучения и использования, так как исследование виртуального прототипа в Adams




12

соответствует основным этапам работы с опытным образцом изделия (разработка — испытания — совершенствование);

• Дружественный, интуитивно понятный интерфейс — если инженер знаком с другими программными средствами CAE, то быстро освоит работу и с Adams;

• Эффективные средства визуализации результатов моделирования, включая анимацию и построение графиков;

• Возможность параметризации расчётной модели — модификация параметров приводит к автоматическому изменению свойств модели и/или её конфигурации, параметры модели могут быть связаны функциональными зависимостями и т.п.;

• Совместимость с программными средствами для моделирования систем автоматического регулирования и управления Easy5 и MATLAB/Simulink, с пользовательскими программами, что обеспечивает моделирование и исследование сложных гетерогенных динамических систем;

• Поддержка пакетом Adams работы через интерфейс взаимосвязи FMI, что позволяет моделировать мехатронную систему с использованием моделей управления из обширного перечня сторонних программных инструментов, поддерживающих этот открытый интерфейс;

Программный пакет Adams имеет модульную структуру, включающую

• Adams View — пре- и постпроцессор;

• Adams Solver — решатель;

• Adams Solver SMP — возможность запуска задачи в многопроцессорном режиме на одном компьютере (при использовании решателя C++ Solver);

Моделирование работы механизации крыла с учётом податливости упругих компонентов

• Adams Linear — модуль, обеспечивающий линеаризацию расчётной модели и расчёт параметров собственных колебаний;

• Adams PostProcessor — постпроцессор;

• Adams CAD Translators — модуль, обеспечивающий импорт геометрических моделей CAD-систем CATIA V4 и V5, Inventor, Pro/ENGINEER, SolidWorks, NX,

а также геометрических моделей в стандартных форматах Parasolid, STEP, VDA-FS, ACIS и IGES;

• Adams Insight — модуль, позволяющий осуществлять планирование эксперимента и обработку результатов расчета и экспериментальных данных;

• Adams Controls — модуль, обеспечивающий интеграцию расчётных моделей системы управления (модели систем Easy5 и MATLAB/Simulink) и объекта управления (модели Adams);

• Adams Real Time — работа модели Adams в реальном времени. Возможность запуска моделей механизмов, построенных в программной среде Adams, в операционной системе реального времени, сопряжение таких моделей с реальными устройствами и их совместная работа (программно-аппаратное взаимодействие);

• Adams Flex — модуль, обеспечивающий включение моделей упругих компонентов (импортируемых из конечно-элементных программных пакетов) в расчётную модель Adams;

• Adams View Flex — модуль, обеспечивающий генерацию модели упругого компонента изделия без использования внешнего конечно-элементного программного пакета с целью включения этой модели в расчётную модель Adams (с помощью модуля Adams Flex);

• Adams MaxFlex — модуль, обеспечивающий включение моделей нелинейных упругих компонентов в расчётную модель Adams;

• Adams Durability — модуль, позволяющий визуализировать напряжённо-деформированное состояние (НДС) упругих компонентов расчётной модели и экспортировать данные для расчета НДС в программном пакете MSC Nastran и долговечности в программном пакете MSC Fatigue;

• Adams/Vibration — модуль, позволяющий проводить расчет отклика расчётной модели на полигармоническое воздействие.

• Adams/ACSI — интерфейс взаимодействия с внешними решателями. Используя эту возможность, модель механической системы можно дополнить упругими компонентами из конечно-элементной системы Marc и проводить совместное моделирование на базе решателей Adams+Marc. Используя интерфейс ACSI возможно связать модель механизма Adams с моделями сыпучих веществ (грунты, порошки и т.п.), при этом механика сыпучего вещества в процессе совместной работы решателей считается в программном комплексе EDEM.

Наряду с основными (базовыми) модулями программ-ного пакета Adams (Adams View и Adams/Solver, их использование обязательно при разработке и иссле-довании любой модели) необходимо особо выделить модули Adams Flex, Adams MaxFlex и Adams Durability. При современных тенденциях в разработке машин


и механизмов, направленных на всемерное снижение массы изделий и повышение их функциональности, в подавляющем большинстве случаев при выполне-нии расчётов необходим учёт податливости упругих компонентов разрабатываемых изделий. Программ-ный пакет Adams предоставляет такую возможность: конечно-элементная модель упругого компонента с применением соответствующего решателя (напри-мер, MSC Nastran) экспортируется в формат модуля Adams Flex и с помощью него включается в расчётную модель Adams. Использование такой модели позво-ляет не только учесть влияние податливости звеньев на динамику механизма, но также вычислить (с помо-щью модуля Adams Durability) и отобразить на экране компьютера непосредственно в среде Adams общий уровень напряжений в упругом компоненте. Результа-ты расчёта деформаций упругого компонента в Adams могут быть экспортированы в конечно-элементную систему (например, в MSC Nastran) для точного опреде-ления уровня напряжений с учётом всех особенностей его конфигурации. В дальнейшем эти данные могут быть использованы также для анализа долговечности детали с помощью системы MSC Fatigue. Такая техно-логия обеспечивает точное моделирование современ-ных, оптимизированных по массе, высокодинамичных механизмов.

Модуль Adams MaxFlex позволяет учесть нелинейные характеристики упругих звеньев, в том числе геоме-трическую (деформации) и физическую (материал) нелинейности в процессе работы механизма в Adams благодаря встроенному нелинейному конечно-эле-ментному решателю.

Параметризованная расчётная модель автомобиля с детализированной трансмиссией в Adams Car

Из Adams в MSC Nastran можно экспортировать не только результаты деформации упругих компонентов, но также и результаты перемещения “твёрдых” час-тей расчётной модели под действием преднагрузки (например, результаты расчёта “осадки” подвески автомобиля под действием силы тяжести). Заменив в полученной в результате экспорта из Adams модели MSC Nastran одну или несколько “твёрдых” частей на конечно-элементные модели, можно выполнить расчёт собственных частот и форм колебаний, а также переда-

точных функций изделия с учётом податливости упру-гих компонентов. Такой подход позволяет определять частотные характеристики расчётной модели в конфи-гурации, соответствующей действию преднагрузки и, соответственно, экономить время на моделирование в конечно-элементном пакете процесса преднагру-жения изделия и, в тоже время, добиваться высокой точности получаемых результатов.

Adams Real Time позволяет проводить анализ работы модели механической системы с привязкой к реаль-ному времени. То есть время моделируемого процес-са строго согласуется со временем на часах. Такая возможность открывает новое направление, в котором становится возможным сопряжение программной и ап-паратной части, где в качестве математической модели используется не набор заранее полученных данных или упрощённая модель малого порядка (Reduced Order Model — ROM), а математический аналог физиче-ской системы — виртуальная математическая модель механизма, построенная в среде Adams. Вариантов применения этой возможности может быть несколько:

• Software in the loop — межпрограммное взаимодействие.

• Hardware in the loop — программно-аппаратное взаимодействие.

• Operator in the loop (Driver in the loop) — взаимодействие программно-аппаратного комплекса с оператором в режиме реального времени.

Режим работы Adams в реальном времени можно ис-пользовать при проведении и сопровождении экспери-ментов, где часть оборудования может быть заменена на математический аналог — механическую модель в Adams. Например, моделирование системы помощи водителю или системы автоматического управления, при этом, в качестве источника алгоритмов ассистента выступает реальный блок управления, точно такой же, который устанавливается в автомобиль, а сам автомо-биль может быть описан моделью в Adams.

Взаимодействие двух программных комплексов в реальном времени. Управление автомобилем (модель Adams) с помощью виртуальных органов управления (программная среда SIMulation Workbench от Concurrent Real-Time).

Математическая модель механической системы Adams может быть использована в качестве физиче-ского описания характеристик различных транспорт-ных, строительных и других тренажёров. Таким образом, поведение тренажёра будет максимально реалистичным.




14

Наряду с развитием универсальных возможностей, разработчиками Adams созданы проблемно-ориенти-рованные модули, обеспечивающие точное и быстрое моделирование таких сложнейших объектов как:

• зубчатые, ремённые, цепные, тросовые передачи, подшипники, электромоторы и кулачковые механизмы (пакет Adams Machinery, включающий модули Gear, Belt, Chain, Cables, Bearing, Electric Motor, Cam);

• автомобили (пакет Adams Car, включающий модули Adams Car Plugin, Adams 3D Road, Adams Tire Handling, Adams Car Suspension, Adams SmartDriver, Adams Vehicle Solver, Adams Chassis, Adams Car Ride, Adams Driveline, Adams Tire Ftire);

• гусеничная техника (пакет Adams Tracked Vehicle — Adams/ATV).

• ветряные энергетические установки (пакет Advanced Windturbine Modeler — AdWiMo)

Проблемно-ориентированные модули включают пара-метризованные виртуальные модели узлов и изделий соответствующих видов машин и механизмов и ин-струменты их создания: модели шестерёнчатых ре-дукторов, модели ремённых и цепных передач (Adams Machinery), модели подвески и трансмиссии автомо-биля, модели шин и рельефа дороги (Adams Car), параметризованную модель гусеничного движите-ля (Adams/ATV) и модель ветряной энергетической установки (AdWiMo). В сочетании с другими модулями пакета Adams, проблемно-ориентированные модули позволяют создавать полнофункциональные модели автомобилей, гусеничной техники, энергоустановок включающие систему управления, упругие тела и мно-гое другое. Используя построитель параметризован-ных моделей (шаблонов или темплейтов), опытный пользователь может подготовить высокоэффективный инструмент для автоматизированного исследования и оптимизации параметров разрабатываемого изде-лия. Использование темплейтов, подготовленных вы-сококвалифицированным специалистом, обеспечивает получение в короткие сроки надёжных результатов ин-женером-расчётчиком средней квалификации. На базе

комплекса Adams/Car компании-пользователи разра-батывают свои специализированные приложения для Adams направленные на решение более узкого круга задач, таких как моделирование динамики спортивных и гоночных автомобилей и мотоциклов (VI-SportsCar, VI-Motorcycle), рельсового подвижного состава (VI-Rail), специализированное приложение (VI-Aircraft) для мо-делирования и расчёта динамики опор шасси летатель-ных аппаратов.

В Adams Machinery входят следующие модули:

Gear — модуль зубчатых передач.

Данный модуль предназначен для исследования вли-яния на характери-стики механической системы параметров шестерёнчатых передач, таких как передаточные числа, люфт, угол наклона косозубых шестерен и т.д. Поддерживаются различные типы шестерен и шестерёнчатых передач, таких как прямозубые, косозубые, конические, гипоидные и чер-вячные передачи, передачи шестерня — рейка, досту-пен пошаговый сценарий для создания планетарного редуктора и т.д.

Детальный метод позволяет учесть контактное взаимо-действие в соединении, включая трение а также смоде-лировать люфт.

Belt — модуль ременных передач.

Данный модуль предназначен для моделирования поведения систем шкив-ремень. При этом, интересующие атрибуты это: пере-даточные отношения, натяжение и оценка нагружения деталей системы, податливость и общая динамика ременных передач. Возможно проведение исследований поведе-ния систем шкив-ремень для целого набора различных типов ремней, включая такие типы, как: гладкий, по-ликлиновый — регулируемый, трапециевидный — зуб-чатый и т.д. Кроме того, шкивы могут размещаться со

AdWiMo: моделирование ветрогенератора с подробной моделью трансмиссии и с учётом упругости основных агрегатов

Adams Tracked Vehicle: моделирование динамического воздействия на гусеничную машину (“летающий танк”)


смещением, то есть находиться не в одной плоскости. С помощью пошаговых сценариев можно добавлять в систему натяжители различных типов, а так же прило-жить нагрузку в виде силы или движения к любому из шкивов.

Chain — модуль цепных передач.

Данный модуль предназначен для исследования параметров систем с цепными передача-ми, учитывая пере-даточное отношение, натяжение цепи, контактную силу и общую динамику системы цепь — шестерни (звездочки). Поддержива-ются как роликовая, так и зубчатая (бесшумная) цепи. Может быть учтена податливость элементов цепи. Поддерживаются различные варианты направляющих: осевая, поступательно — подвижная или фиксирован-ная. Есть возможность смоделировать не параллель-ность валов звёздочек — исследование трёхмерной цепной системы и т.д.

Bearing — модуль включения в модель параметризо-ванных подшипников.

Данный модуль пре-доставляет доступ к параметризован-ной библиотеке реальных типовых подшипников веду-щих мировых про-изводителей. Этот модуль позволяет рассчитать влияние конструкции и параметров подшипников на общие характеристики системы, включая точное представление жесткости подшипника, чувствительной к размерам, отступам, несоосностям и зазорам. Инженеры могут выполнить базовую оценку долговечности и срока эксплуатации подшипника в системе на основе стандартов, которые учитывают нагружение подшипника, смазку и ско-рость вращения вала. Обширная библиотека параме-тров подшипников — более 24000 наименований — от ведущих мировых производителей подшипников. Также возможен ввод пользовательских параметров подшипников напрямую.

Cables — модуль тросовых систем.

Данный модуль предназначен для моделирования систем с различно-го рода тросовыми приводами. С его по-мощью за короткое время (относительно прямого подхода с детальным моде-лированием) стро-

ится виртуальная модель тросовой системы в простой постановке — создание кинематических связей шкивов системы, при этом массово-инерционные характери-стики тросов не учитываются. А также в точной по-становке — детальное моделирование троса с учётом особенностей его взаимодействия со шкивами. Ис-пользование модуля Cables позволяет с высокой точно-стью анализировать вибрацию тросов, их напряжения, а так же получать историю нагружения шкивов для последующей оценки долговечности. Модуль позво-ляет исследовать влияние проскальзывания троса на общую динамику системы. При использовании инстру-ментов для моделирования тросовых систем инженер получает широкие возможности по работе с моделью, а именно быстрое изменение геометрических, кон-тактных параметров шкивов, параметров материалов, вариантов преднагруженного состояния для получения более точных результатов расчёта поведения исследу-емого механизма и т.д.

Electric motor — модуль электромоторов.

Модуль Electric motor позволяет встраивать в созда-ваемую виртуаль-ную систему любое количество моделей электромоторов. В отличие от тради-ционных способов задания подоб-ных компонентов в Adams, расширение Machinery Electric motor позво-ляет смоделировать электромотор детально и в то же время проще и быстрее, чем кинематическими связями и генераторами движения или заведомо сложными пользовательскими функциями и подпрограммами. Моментные характеристики электродвигателя мож-но задавать напрямую (вводом табличных данных), а также использовать аналитические модели элект-родвигателей. Возможно использование параметров электродвигателей получаемых в пакетах системного моделирования (EASY5, Simulink) и проведение со-вместного решения. С помощью модуля Electric motor выполняется оценка необходимого размера мотора и его точного расположения, исследуется влияние выходного момента мотора на поведение системы в целом. Применение данного модуля позволяет за короткое время внедрять в систему реалистичную модель электродвигателя и проводить её детальные исследования.

Cam — модуль кулачковых механизмов

Модуль Adams/Machinery Cam пре-доставляет легкий в использовании инструмент для по-строения кулачковых систем. Эти систе-мы могут включать в себя различные




16

комбинации форм кулачков, движений, схем и геоме-трии толкателя. С помощью данного модуля для создания кулачковых механизмов требуется существенно меньше времени. При использовании Cam module значительно легче внести изменения в параметры моделируемого меха-низма и провести оптимизацию функции движения, например, для уменьшения или увеличения ускорения.

Основой Adams являются системы дифференциальных уравнений, описывающих динамику исследуемого объекта. Разработчики Adams постоянно прилагают усилия к повышению эффективности математической

базы программного пакета. Применение устойчивых методов решения “жестких” систем дифференциаль-ных уравнений обеспечивает получение необходимых результатов с минимальными затратами времени, компьютерных ресурсов и с большой надёжностью. В последних версиях программного пакета Adams при-меняются усовершенствованные алгоритмы моделиро-вания контактного взаимодействия тел, существенно повышающие скорость счёта (“в несколько раз” в слу-чае “контактно насыщенных” моделей), а также новые решатели, обеспечивающие значительное сокращение затрат времени на выполнение расчёта.

Мировые лидеры в разработке перспективных изде-лий машиностроения используют MSC Nastran в ка-честве универсальной конечно-элементной системы для моделирования и оптимизации конструкций. Высочайший уровень функциональности, надёжности и производительности уже более 50 лет обеспечивает лидерство системы MSC Nastran во всём мире. С помо-щью MSC Nastran разрабатываются самые передовые образцы авиационной, автомобильной, космической техники, высокотехнологичные устройства и сооруже-ния в других областях техники. В процессе постоянного развития и расширения функциональных возможно-стей MSC Nastran вместил в себя технологии ведущих систем анализа: Marc, Actran, Dytran, Sinda и др. Уни-версальность и многофункциональность в сочетании с высокой вычислительной эффективностью и открытой программной архитектурой позволяют инженерам проводить комплексный всесторонний многодисци-плинарный расчёт конструкций в единой среде.

MSC Nastran демонстрирует высокую эффективность при проведении наиболее востребованных видов ана-лиза:

• напряжённо-деформированного состояния и запасов прочности;

• частот и форм собственных колебаний;

MSC NastranПрочность, динамика, долговечность, оптимизация

• устойчивости;

• характеристик статического и динамического нагружения изделия в линейной и нелинейной постановках;

• сложного контактного взаимодействия;

• теплопередачи;

• критических частот и вибраций роторных машин;

• частотных характеристик (передаточных функций) изделия;

• отклика изделия на стационарные случайные нагрузки и импульсное широкополосное воздействие;

• статического равновесия, динамического отклика и динамической устойчивости конструкций с учётом аэроупругости на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях;

• усталостной долговечности изделий и оптимизация изделий по критериям долговечности.

Основу MSC Nastran составляют отработанная тех-нология конечных элементов и надёжные численные методы. В результате многолетней оптимизации и тестирования на различных задачах, MSC Nastran обеспечивает высочайшую скорость вычислений. Система работает на персональных компьютерах, ра-бочих станциях, кластерах, суперкомпьютерах и пред-усматривает широкие возможности параллельных вычислений.

Глубокая связь MSC Nastran с пре- и постпроцессорами MSC Apex и Patran обеспечивает полностью интегриро-ванную среду для моделирования и анализа результа-тов. Реализовано быстрое и удобное создание рас-чётных моделей, а также возможность автоматизации процедур моделирования и обработки результатов.

Конечно-элементная модель двери легкового автомобиля


Графические среды сторонних разработчиков также имеют интеграцию с MSC Nastran.

Тесная интеграция MSC Nastran с другими системами высокого уровня: Adams, Fatigue, FlightLoads, Marc, Dytran, MSC Cradle CFD, SimManager и MaterialCenter, позволяет реализовать комплексный подход к много-дисциплинарному анализу. Создаваемая с помощью MSC Nastran точная виртуальная модель изделия даёт возможность всестороннего исследования его функци-онирования в рабочих и экстремальных условиях. Ши-рокие возможности вариантных расчётов и параметри-зации, в сочетании с оптимизационными алгоритмами и высокой производительностью MSC Nastran, являют-ся мощным инструментарием для анализа различных конфигураций перспективного изделия. Проводимые таким образом «виртуальные испытания» для повы-шения основных характеристик и потребительских свойств изделий, обеспечения надёжности, безопасно-сти и технологичности конструкций позволяют дости-гать высоких экономических показателей эксплуатации изделий и процесса их разработки.

В MSC Nastran предусмотрена возможность моде-лирования широкого круга материалов с изотроп-ными и анизотропными, линейными и нелинейными свойствами, которые могут зависеть от деформации, температуры, скорости деформирования и др. Широко применяются балочные (1D), оболочечные (2D), объ-ёмные (3D) конечные элементы MSC Nastran, а также специальные элементы для моделирования точечной и шовной сварки, болтовых и заклёпочных соединений, «жёсткие» элементы различных типов (кинематические связи между узлами расчётной модели), интерполиру-ющие связи, и многие другие.

Расчёт собственных частот и форм колебаний чрезвы-чайно эффективно реализован в MSC Nastran. Зада-чи малых и средних размерностей практически не представляют сложностей для инженеров, а задачи больших размерностей очень эффективно могут быть решены с помощью метода ACMS. На базе собственных частот MSC Nastran может вычислить факторы участия форм в твердотельном движении закреплённых кон-струкций, модальные эффективные массы, сформиро-

вать суперэлементы или модальный базис для модаль-ных видов анализа динамики конструкций.

В состав расширенных функций MSC Nastran входят методы статической и динамической конденсации расчётных моделей, модальный синтез и метод Крейга–Бамптона. Метод суперэлементов позволяет рассматривать сложные изделия по частям, переда-вать расчётные модели подконструкций в матричном виде между подразделениями и предприятиями с сохранением конфиденциальности исходной модели, при этом имея возможность вывода результатов по всем узлам и элементам модели. Технология суперэ-лементов MSC Nastran является де-факто стандартом в международной кооперации машиностроительных предприятий. Применение технологии суперэлементов MSC Nastran позволяет участникам проектов обмени-ваться моделями изделий, при этом сохраняя конфи-денциальность внутренних размеров, свойств, матери-алов, способов соединения деталей и т.д.

MSC Nastran предоставляет в распоряжение пользова-теля эффективный аппарат оптимизации конструкций. Оптимизацию конструкции можно проводить для задач статики, устойчивости, гармонических и переход-ных динамических процессов в модальной и прямой постановке, собственных частот и форм колебаний, аэроупругости и долговечности как по отдельности, так и в комплексной многодисциплинарной постановке (например, одновременная оптимизация конструкции по прочности, устойчивости и долговечности).

В задачах многодисциплинарной оптимизации целевая функция может зависеть от выбранных откликов из все-го комплекса решаемых задач. Оптимизация проводит-ся на основе выбранных типов расчёта путем автомати-ческого изменения проектных параметров. Количество проектных параметров и применяемых ограничений в расчётной модели не ограничено и определяется постановкой задачи и мощностью используемых вы-числительных средств. В процессе оптимизации про-ектные параметры меняются непрерывно в заданном диапазоне. После завершения оптимизации, возможен автоматический выбор итоговых значений проектных параметров из набора заданных фиксированных зна-чений (например, толщин листового проката, размеров поперечного сечения профилей и т.д.). Масса, напря-жения, перемещения, собственные частоты колебаний и многие другие виды откликов или их произвольные комбинации могут рассматриваться как в качестве целевых функций, так и в качестве ограничений.

Область оптимизации

Неизменяемая при оптимизацииобласть

“Сглаженная” после оптимизации КЭ модель

Топологическая оптимизация кронштейна крепления двигателя летательного аппарата

Фрагмент конечно-элементной модели фюзеляжа самолёта




18

Алгоритмы анализа чувствительности, используемые MSC Nastran при оптимизации, позволяют исследовать влияние различных параметров на поведение целевой функции и управлять процессом поиска оптимального решения. Поддерживается использование в модели внешних и внутренних суперэлементов. Реализована оптимизация для моделей со всеми видами нелинейно-сти: физической, геометрической, 3D-контактами. Чтобы уменьшить зависимость результата оптимизации от начальных значений проектных переменных можно при-менять технологию глобальной оптимизации, т.е. поиска глобального минимума целевой функции.

Наряду с “обычной” параметрической оптимизацией (варьирование параметрами конечно-элементной модели) и оптимизацией формы (изменение формы конструкции путём изменения координат узлов ко-нечно-элементной модели) MSC Nastran позволяет также выполнять следующие виды оптимизации: топологическую (изменение геометрической топологии объекта), топографическую (поиск формы и глубины выштамповок на детали из тонколистового материала) и топометрическую (поиск значения параметра, на-пример — толщины, для каждого конечного элемента по отдельности). Эти функции значительно расширяют возможности применения MSC Nastran для автома-тического проектирования силовых схем изделий, наилучшим образом удовлетворяющих заданным требованиям.

Широкие возможности оптимизации позволяют использовать MSC Nastran для автоматической корреляции конечно-элементной расчётной модели и результатов натурных испытаний, при этом целевая функция, подлежащая минимизации, определяется как величина рассогласования результатов расчёта и эксперимента. Результат решения такой задачи — “новая” конечно-элементная модель, свойства кото-рой приближены к свойствам физического образца.

MSC Nastran обладает широкими возможностями по моделированию, расчёту и оптимизации композит-ных конструкций. Поддерживаемые в MSC Nastran 1D, 2D и 3D конечные элементы с различными моделями композиционных материалов (квазиизотропная, орто-тропная, анизотропная, слоистая) позволяют выполнить расчёт с учётом особенностей композиционных мате-риалов в реальной конструкции (анизотропия, нели-нейность свойств материала, количество и ориентация каждого из слоёв в укладке, характеристики волокна и матрицы, микроструктура материала, существующие дефекты и т.д.). Наиболее эффективно эти возможности реализуются при использовании MSC Nastran в соче-тании со встроенным приложением Patran — Patran

Laminate Modeler, обе-спечивающим быструю подготовку конечно-э-лементных моделей из слоистых композицион-ных материалов и сэн-двич-панелей с учётом технологии изготовле-ния. Также в MSC Nastran реализовано проведе-

ние совместного конечно-элементного расчёта с про-граммным комплексом Digimat, предназначенным для многоуровневого моделирования композиционных материалов. При этом нелинейная анизотропная модель материала, передаваемая из Digimat в MSC Nastran, описывает в каждой точке конструкции механические свойства материала с учётом его реальной микрострук-туры после изготовления.

Зоны выкладки слоистого композиционного материала на КЭ модели

Для анализа прочности композитной конструкции MSC Nastran обладает как базовыми возможностями для расчёта индексов разрушения и коэффициентов запаса по наиболее известным теориям разрушения (максимальных напряжений и деформаций, Хофмана, Хилла, Цай-Ву, Хашина и Пака), так и продвинутыми воз-можностями по моделированию разрушения (прогрес-сирующее разрушение, расслаивание и рост трещин).

В составе MSC Nastran имеются специальные возмож-ности моделирования динамики роторных машин в од-номерной, осесимметричной и трёхмерной постановках:

• Анализ установившихся и переходных динамических процессов;

• Исследование спектров собственных частот и форм колебаний отдельных деталей и узлов в поле центробежных сил и при действии гироскопических моментов с анализом распределения относительных напряжений при колебаниях по собственным формам, построение диаграмм Кемпбелла и Найквиста;

• Построение математических моделей динамического поведения роторных машин (в том числе многовальных) с учётом нелинейных характеристик опор;

• Исследования критических частот вращения роторов, изучение реакций на обрыв лопаток и касание ротора о статор;

• Анализ вибрационных характеристик машин при моделировании дисбалансов роторов с учётом реальных условий закрепления на объекте.

Результаты КЭ расчёта композитного монокока гоночного автомобиля Формулы 1


Комплексный всесторонний анализ отклика изделий на внешние воздействия в линейной и нелинейной постановке в произвольной комбинации с автомати-ческой передачей текущего состояния между видами анализа, полная нелинейная статическая или дина-мическая постановка задач, связанный тепло-проч-ностной анализ в MSC Nastran может осуществляться с применением модуля SOL 400. Это новый этап раз-вития MSC Nastran в части повышения эффективности и точности решения статических и динамических за-дач, усовершенствования алгоритмов учёта трёхмер-ного контактного взаимодействия частей расчётной модели, внедрения новых алгоритмов решения тепло-вых задач (анализ методом тепловых сетей на основе интеграции системы Sinda), проведения комплексного исследования работы изделия за один запуск модели на расчёт, повышения вычислительной эффективно-сти решателей, и др.

Конечно-элементная модель кузова легкового автомобиля

Удобно пользоваться богатыми возможностями SOL 400 позволяет специализированный интерфейс системы Patran. Интеграция SOL 400 с другими видами анализа в MSC Nastran, со встроенными и внешними системами оптимизации, продвинутые итерационные методы решения нелинейных задач, расчёта трёхмер-ного контактного взаимодействия, механики разруше-ния, скорости роста трещин, моделирования компо-зиционных материалов в одномерной, двумерной и трёхмерной постановках, анализ прогрессирующего разрушения композитов, и многое другое в полностью интегрированной инфраструктуре MSC Nastran даёт уникальные возможности создания высокоточных универсальных моделей функционирования изделий. На данный момент SOL 400 — самый продвинутый модуль MSC Nastran. SOL 400 непрерывно совершен-ствуется и дополняется передовыми разработками MSC Software.

MSC Nastran SOL 600 представляет собой интеграцию решателя Marc в MSC Nastran. При использовании мо-дуля SOL 600 пользователь имеет доступ к инструмен-там решателя Marc путём создания расчётных моделей в формате MSC Nastran.

В состав программного пакета MSC Nastran входит последовательность решения SOL 700, реализую-щая в себе возможности решателя Dytran, и пред-назначенная преимущественно для моделирования

высокоскоростного нагружения изделий, включая их большие деформации и разрушение (например, соударения различных объектов, технологические процессы типа штамповки, ковки и т.п.), а также ди-намического взаимодействия изделия и газовой или жидкой среды (например, взаимодействие подушки безопасности и манекена в процессе столкновения автомобиля и т.п.). В SOL 700 для решения нелинейных задач применяется высокоэффективная явная схема интегрирования по времени, для решения задачи в пространственных координатах применяются метод конечных элементов FEM (лагранжева постановка) и метод конечных объёмов FVM (эйлерова постанов-ка). Модель для решения SOL 700 готовится в формате MSC Nastran. За счёт этого снижается время, требу-емое для подготовки расчётной модели, снижаются требования к подготовке специалиста, выполняющего расчёт (нет необходимости в дополнительном изуче-нии формата Dytran), а также повышается точность многодисциплинарного анализа.

MSC Nastran SOL 700 особенно эффективно модели-рует динамическое взаимодействие жидкости и кон-струкции: возможен учёт вязкости жидкости; число жидкостей с различными свойствами в одной модели не ограничено, но при этом не должно превышать 10 в пределах одной ячейки сетки; автоматическое по-строение эйлеровой сетки в процессе решения зада-чи и только в тех зонах пространства, куда перетекает жидкость и др.

В SOL 700 доступны новейшие алгоритмы “coupling” и “сlumping” для моделирования контактного и удар-ного взаимодействия элементов конструкций, в том числе взаимодействия жидкости и конструкции — Fluid Structure Interaction (FSI). General Coupling является основным методом организации взаимо-действия жидкости и конструкции. Его модификация — Fast Coupling, с учётом особенностей метода, может быть существенно эффективнее. Arbitrary Lagrange Euler (ALE) Coupling — ещё один доступный метод, позволяющий учитывать не только движение и де-формации в лагранжевой и эйлеровой частях модели, но и учесть движение самой эйлеровой сетки. Это открывает новые возможности для моделирования взаимодействия жидкости и конструкции. Automatic Coupling — самый современный метод из имеющихся в арсенале. Он позволяет существенно упростить про-цесс подготовки модели, особенно там, где ранее необ-ходимо было создавать множество coupling-поверхно-стей, замыкать проёмы участками сетки со свойствами проницаемости и т.д.

Современные версии SOL 700 дают возможность проводить параллельные вычисления на многопро-цессорных вычислительных комплексах, что позволяет существенно снизить время счёта.

Интеграция в MSC Nastran решателей с различными численными схемами (явных и неявных решателей) позволяет с высокой эффективностью моделировать процессы последовательных этапов функциониро-вания изделий, характеризующихся существенно разными характерами протекающих процессов, таких




20

как статическое преднагружение, кратковременное воздействие большой импульсной нагрузки, последей-ствие приложения импульсной нагрузки.

Среди возможностей MSC Nastran — решение акустических задач, причём задачи внутренней аку-стики решаются с применением традиционных конеч-но-элементных подходов, а для решения задач внеш-ней акустики предлагаются специальные алгоритмы, в основу которых положены “бесконечные” элементы. Комбинация этих методов позволяет решать широ-кий круг задач акустического анализа, однако ещё большей эффективности можно достичь при исполь-зовании возможностей интеграции MSC Nastran и специализированного программного комплекса для акустических расчётов Actran.

В MSC Nastran также имеется возможность передачи моделей упругих тел в систему Adams для дальнейшего использования их в этом программном комплексе при построении расчётных моделей машин, механизмов и изделий в сборе. Такой метод обеспечивает учёт упругих свойств тел, имеющих пространственную фор-му любой сложности, что позволяет выполнять точный анализ динамики изделий с учётом податливости их компонентов. Таким образом, интеграция двух мощных программных комплексов MSC Nastran и Adams поз-воляет проводить точный анализ функционирования сложных современных изделий с учётом реальных условий их эксплуатации.

Компьютерное моделирование нагружения коробки перемены передач автомобиля в системе Adams. Конечно-элементная модель картера импортирована из пакета MSC Nastran

В состав MSC Nastran входит проблемно-ориентиро-ванный модуль MSC Nastran Embedded Fatigue (NEF) для расчёта усталостной прочности, долговечности и оптимизации изделий.

MSC Nastran Embedded Fatigue является принципи-ально новым этапом в интеграции структурных проч-ностных расчётов с анализом усталостной прочности и долговечности. Сущность реализованного в нём нового подхода состоит в том, что модуль NEF работает непосредственно в среде MSC Nastran. Специалисты MSC Software смогли максимально упростить рабочий процесс подготовки необходимых исходных данных и проведения анализа долговечности изделий, ис-ключив многократную трансляцию больших объёмов информации в графическую среду пользователя.

С появлением MSC Nastran Embedded Fatigue у инже-неров появилась возможность провести одновременно прочностной расчёт, расчёт долговечности и решить за-дачу оптимизации за один запуск решателя MSC Nastran. В MSC Nastran Embedded Fatigue запрос на вывод ре-зультатов структурного расчёта перед запуском анализа долговечности не обязателен, что существенно экономит время и вычислительные ресурсы. Таким образом, зада-чи долговечности большой и сверхбольшой размерности (до нескольких десятков миллионов степеней свободы) теперь не являются проблемой с точки зрения вычис-лительных ресурсов и могут быть решены на обычных пользовательских рабочих станциях.

Сравнение результатов оптимизации по прочности (слева) и по прочности и долговечности (справа)

Кроме того, выполнение расчётной оценки долговечно-сти непосредственно в среде MSC Nastran, предназна-ченной для расчёта напряжённо-деформированного состояния, обеспечивает возможность оптимизации расчётной модели по критериям долговечности. Так, если проводить оптимизацию изделия, руководствуясь лишь прочностными ограничениями, возможно сниже-ние веса изделия, но практически всегда такой ре-зультат будет сопровождаться снижением ресурсных показателей. Попытки же повысить ресурс на более поздних этапах доводки или эксплуатации уже готового изделия без использования NEF практически всегда приведут к росту массы и удорожанию конструкции.

Применение MSC Nastran Embedded Fatigue обеспе-чивает внедрение критериев долговечности в опти-мизационный цикл на ранних этапах проектирования изделия, что позволяет избежать неоправданных финансовых затрат и рисков в будущем.

Расширенные возможности моделирования ударного широкополосного воздействия реализованы в наборе программных инструментов Seismic Toolkit. Этот мо-дуль дополняет возможности MSC Nastran по анализу спектрального отклика и позволяет более полно реа-лизовать требования ряда нормативных документов по этому виду расчётов. Графический интерфейс Seismic Toolkit дополняет системы Patran и MSC Apex.

Программный пакет MSC Nastran имеет открытую про-граммную архитектуру, построенную на основе языка


программирования DMAP — Direct Matrix Abstraction Program. Программный код всех структурированных последовательностей решения (SOL 101-400) написан на языке DMAP и доступен пользователям. Пользо-ватели могут вносить изменения в существующий программный код, а также разрабатывать свои специ-ализированные сценарии и исполнять их в среде MSC Nastran. Примером использования указанных воз-можностей является пользовательская процедура на языке DMAP, обеспечивающая оценку степени соответ-ствия динамических характеристик изделия, получае-мых в результате расчёта, и модального эксперимента (т.н. MAC-анализ). Использование процедуры помогает определять места расположения и ориентацию датчи-ков, обеспечивающих идентификацию динамических характеристик изделия.

Дополнительные возможности решения сложных задач в MSC Nastran предоставляет технология User Defined Services (UDS), обеспечивающая возможность инте-грации специально разработанных пользователями программных компонентов в MSC Nastran. В частности, система UDS позволяет разрабатывать подпрограммы пользователя для описания конечных элементов, мате-риалов, контактного взаимодействия и опор роторов; взаимодействия MSC Nastran с CFD-системами и внеш-ними оптимизационными программами. Также можно разрабатывать модули языка DMAP универсального на-

значения. Подпрограммы можно создавать на языках программирования Fortran и C++, присутствует огра-ниченный функционал и для других языков. В составе MSC Nastran поставляются библиотеки, программные компоненты и документация, требуемая для самостоя-тельного создания подпрограмм. Также поставляются готовые к применению примеры таких подпрограмм.

Разработка новых модулей MSC Nastran (SOL 400, SOL 700, интеграция с решателем Actran, технология UDS и др.), даёт пользователям возможность перейти от узкоспециализированных инструментов моде-лирования и анализа к интегрированному решению в масштабах предприятия. Использование единой расчётной модели для многодисциплинарного моде-лирования позволяет минимизировать время, обычно затрачиваемое на подготовку множества расчётных моделей, преобразование и передачу данных от одной расчётной модели в одной системе инженерного ана-лиза к другой модели в другой системе. Устраняются ошибки и погрешности, которые могут быть внесены при таких преобразованиях.

Комплексный подход к анализу систем, реализованный в MSC Nastran, в сочетании с производительностью и удобными инструментами создания моделей и об-работки результатов — залог достижения высокого качества разрабатываемых изделий.

При разработке изделий машиностроения и технологи-ческих процессов важную роль играет учёт нелинейных факторов. Самые общие примеры — это все виды пла-стического деформирования, большие перемещения и деформации, общая и местная потеря устойчивости, и многое другое. Примерами изделий, для которых характерны нелинейные эффекты, являются фюзеляжи самолётов, несущие конструкции космических аппара-тов и ракет, кузов автомобиля, и т.д.

Для учёта нелинейных факторов во многих случаях применяется система анализа, основанная на методе конечных элементов. Одним из мировых лидеров среди решений этого класса является система Marc, разраба-тываемая компанией MSC Software.

Marc позволяет моделировать явления деформации тел, образования и роста трещин, разрушения ком-позиционных материалов, теплопередачи, фазовых превращений, термообработки, воздействия высоких температур на композиционные материалы, износа за счёт трения, а также явлений электростатики, маг-нитостатики, Джоулева тепла, акустики, пьезоэлек-трические эффекты, течение вязких жидкостей и др.

MarcМногодисциплинарный нелинейный анализ

в полностью нелинейной постановке. Все вычисления могут производиться с учётом больших перемеще-ний и деформаций, нелинейных свойств материала, трёхмерного контактного взаимодействия, больших поперечных смещений в контакте с вычислением сил трения и расчётом тепловыделения, и т.д. Большое ко-личество связанных видов анализа — теплопрочност-ной, тепло-электричество-прочность и др. — позволяют

Интерфейс системы Mentat




22

применять комплексные подходы для всестороннего и точного моделирования функционирования изделий и технологических процессов с возможностью по-следующего принятия оптимальных конструкторских решений.

Решение нелинейных задач осуществляется с приме-нением итерационных методов. Основным является метод Ньютона-Рафсона и его модификации. Для моделирования процессов падения несущей способ-ности конструкций (потеря устойчивости, выраженные пластические течения, и т.п.) используется группа мето-дов длины дуги (Arc-length). Шаг приращения нагрузки назначается вручную или автоматически на основе скорости сходимости или по физическим критериям. При плохой сходимости с уменьшением шага до пре-дельных величин применяются методы стабилизации решения.

Настройки решателя Marc позволяют гибко управлять факторами нелинейности в расчёте, включать и выклю-чать учёт геометрической нелинейности и контакта, а также отдельных опций, например, следящих сил.

Библиотека конечных элементов Marc содержит около 200 элементов различных типов для проведения прочностного, теплового, электростатического, магни-тостатического, электромагнитного, акустического, и других видов анализа, а также для решения задач механики жидкости, задач диффузии и т.д. Имеется возможность создавать пользовательские конечные элементы.

Многоточечные связи в Marc (RBE2, RBE3, Overclosure, и др.) работают в геометрически нелинейной поста-новке, и, таким образом, могут совершать большие перемещения и вращения. Армирующие элементы Rebar широко используются при моделировании шин, железобетона и других армированных материалов в двумерной и трёхмерной постановках.

Во многих случаях решение задачи в двумерной по-становке ускоряет счёт и даёт возможность поисковых исследований и вариантных расчётов. Реализованные в Marc элементы с плоско-напряжённой, плоско-дефор-мированной и осесимметричной постановками широко применяются в практике проведения расчётов.

В Marc реализованы модели изотропных и анизотроп-ных, линейных и нелинейных материалов с различными математическими моделями описания физических свойств.

Композиционные материалы в Marc могут рассма-триваться как в оболочечной, так и в объёмной поста-новке и могут быть как слоистыми, так и смесевыми. Прочность композиционных материалов оценивается на основе индексов разрушения, вычисляемых по наиболее известным теориям разрушения. Расчёт может производиться в геометрически и физически нелинейной постановке с учётом контактного вза-имодействия деталей. Возможно моделирование прогрессирующего разрушения слоистых компо-зиционных материалов с поэтапной деградацией свойств вплоть до полной деактивации разрушенных конечных элементов.

Учёт характеристик матрицы и наполнителя, локальной микроструктуры и прогрессирующего разрушения воз-можен при совместном применении Marc с программ-ным комплексом Digimat, который предназначен для многоуровневого моделирования нелинейных свойств многофазных материалов.

Гиперупругие материалы моделируются на базе совре-менных теорий математического описания их свойств, таких как обобщённая модель Муни и её упрощённые варианты, модель Оден, Арруда-Бойс, Гент, и др. Вычис-ление коэффициентов для всех моделей осуществля-ется на основе экспериментальных данных с примене-нием пре-процессоров Patran или Mentat. В процессе подбора коэффициентов пользователю демонстриру-ются экспериментальные и аналитические диаграм-мы испытаний материала для визуального контроля точности, а также выдаётся числовое значение погреш-ности подбора свойств. Допущение о несжимаемости, обычно принимаемое для гиперупругих материалов, корректно моделируется с помощью конечных элемен-тов с формулировкой Германа.

Пластичные материалы моделируются в полной поста-новке, с возможным дополнительным учётом анизотро-пии, законов упрочнения, температурных зависимо-стей свойств, тепловыделения при деформировании, вязкоупругости и вязкопластичности, ползучести, фазовых превращений, размера зерна. Возможно определение зон возможного разрушения на основе диаграмм предельного формования (FLD). В случаях большого формоизменения применяется автоматиче-ское перестроение конечно-элементной сетки.

Поддерживаются материалы с памятью формы, сыпу-чие материалы, специализированные виды свойств материала для электростатического, магнитостатиче-ского, пьезоэлектрического и других видов анализа.Решение связанной задачи тепло-прочность

Деформирование эластомерной конструкции


Моделирование конструкции из эластомеров

Моделирование установки стента в кровеносном сосуде

Моделирование напряжённо-деформированного состояния при контактном взаимодействии

В системе Marc реализованы мощные средства анализа механики разрушения: прогнозирование скорости роста трещин на основе расчёта J-интеграла и коэффициентов интенсивности напряжений, прогрессирующее разруше-ние и расслаивание материалов, накопление поврежде-ний в эластомерах, и т.д. Моделирование возникновения и роста трещин возможно в полной постановке с опре-делением направления роста трещин, скорости роста, автоматическим перестроением сетки в зоне вершины трещины. Магистральные трещины в модели могут возни-кать и расти, разделяя конечные элементы на части, разъ-единяя элементы по узлам, или разрывая связи контакт-ного взаимодействия. Пользователь может использовать как стандартные, так и собственные алгоритмы задания силовых характеристик раскрытия трещин с помощью ко-гезионных элементов. Возможно проведение расчёта на многоцикловую усталость с учётом роста трещины, напря-мую просчитанного на нескольких циклах нагружения.

Решатель Marc поддерживает большое количество граничных условий: закрепления, точечные и распре-делённые силы и моменты, контактные граничные условия (твёрдые и деформируемые контактные тела, самоконтакт, контакт балок, контакт пластин, контакт-ные тела для моделирования симметрии и пр.), темпе-ратурные граничные условия, точечные и распреде-лённые тепловые потоки, тепловыделение от абляции, пиролиза, бомбардировки частицами поверхности тела, диффузии; акустические нагрузки, электроста-тические, магнитостатические, электромагнитные, граничные условия для организации глобально-ло-кального анализа, и т.д.

Основные виды анализа в Marc:• Статический анализ деформирования конструкций

с учётом геометрической и физической нелинейности, нелинейных граничных условий, анализ потери устойчивости, моделирование явлений ползучести, вязкоупругости, сверхпластичности, механики грунтов и др.;

• Динамический анализ: анализ переходных процессов в полностью нелинейной постановке, расчёт собственных форм и частот, частотный отклик, спектральный отклик, случайные динамические воздействия и др.;

• Расчёт установившихся и переходных процессов теплопередачи с учётом теплопроводности, конвекции, излучения, начальных и граничных условий различных типов;

• Моделирование термообработки металлов;

• Моделирование работы абляционной защиты с учётом явлений абляции, пиролиза, бомбардировки частицами, а также уноса вещества с поверхности деталей;

• Связанный тепло-прочностной анализ с учётом механического и теплового контактного взаимодействия, тепловыделения в процессе трения и пластического деформирования;

• Моделирование процессов сварки в связанной тепло-прочностной постановке;

• Анализ динамической устойчивости механических тормозных систем колодка-диск в связанной тепло-прочностной постановке;

• Моделирование явления ползучести;

• Расчёт устойчивости конструкций в линейной и нелинейной постановках: определение критических нагрузок и форм потери устойчивости;

• Исследование поведения конструкции после потери устойчивости её отдельных элементов;

• Автоматический подбор временной зависимости давления при моделировании пневмотермической формовки металлов в состоянии сверхпластичности;

• Анализ установившегося качения осесимметричных конструкций (таких, как автомобильная шина);

• Глобально-локальный анализ (решение задачи на грубой сетке с последующим уточнённым расчётом локальных ответственных зон);

• и т.д.

Также поддерживаются другие виды анализа: анализ чувствительности и оптимизация; решение задач ме-ханики жидкостей; моделирование работы гидродина-мических подшипников; электростатический, магнито-




24

статический, электромагнитный, пьезоэлектрический анализ; акустика и вибро-акустика; анализ процессов диффузии. Связанные виды анализа: электростатиче-ский-механический, магнитостатический-тепловой-ме-ханический; магнитодинамический-тепловой-механи-ческий; диффузионный-тепловой или механический; механика жидкости — тепловой — механический.

Моделирование технологических процессов — одна их основных специализаций Marc. Пользователи Marc решают широкий комплекс технологических задач для обеспечения выпуска деталей с заданными геометри-ческими характеристиками и свойствами материалов. Одновременно с этим моделирование в Marc позво-ляет существенно уменьшить объём дорогостоящих работ по доводке инструмента, подобрать выгодное количество технологических переходов, повысить стойкость инструмента, применить кузнечно-прессо-вое и прокатное оборудование оптимальной мощно-сти и более простой конструкции, выбрать режимы термообработки. При серийном производстве продук-ции отладка даже одной технологической операции может полностью окупить приобретение и внедрение Marc.

Задачи с большим формоизменением деталей пред-ставляют особую сложность в связи с ухудшением формы конечных элементов и связанной с этим дегра-дацией точности решения. Для решения таких задач Marc предлагает набор мощных алгоритмов автомати-ческого локального и глобального перестроения сеток из оболочечных и объёмных элементов различных топологий и на основе различных критериев. После перестроения сетки текущее деформированное состо-яние детали сохраняется, поле перемещений и НДС переносится на новую сетку улучшенного качества.

Решение задачи индукционного нагрева

Расширение алгоритмов решения задач в Marc осу-ществляется с помощью подпрограмм пользователя, которые можно создавать на языке программирования Fortran. Подпрограммы позволяют заменять стандарт-ные алгоритмы вычислений в Marc на алгоритмы поль-зователя. Имеется возможность модифицировать все этапы решения задачи, включая вычисление свойств материалов и элементов, приложение нагрузок, контактное взаимодействие, формирование матриц, итерационные методы решения, вычисление результа-тов, и др. Удобные интерфейсы для автоматизирован-

ной компиляции программ пользователя, включения их в состав Marc и проведения вычислений встроены в пре-постпроцессоры Mentat и Patran.

Моделирование технологического процесса горячей штамповки

Совместно с Marc разрабатывается графическая среда и пре-постпроцессор Mentat, служащий специализиро-ванным полнофункциональным инструментом для соз-дания расчётных моделей и обработки результатов счёта в Marc . Активное совершенствование Mentat вывело эту систему в ряд наиболее удобных и функциональных сре-ди аналогичных продуктов в отрасли. Мощные средства импорта и экспорта геометрических и конечно-элемент-ных моделей, генераторы сеток, интерфейсы задания свойств и нагрузок, полный набор настроек анализа и высокопроизводительных вычислений в Marc, а также развитые инструменты обработки результатов и програм-мирование на языке Python — всё это сделало Mentat основным рабочим инструментом для многих инженеров.

В нелинейном анализе свойства материалов игра-ют особую роль: их влияние на результат критически важно, при этом получение достоверных данных о ма-териалах и выбор из доступных моделей материалов в Marc — сложный и ответственный этап моделирова-ния. В системе Mentat реализованы новые высокоэф-фективные алгоритмы подбора параметров в моделях гиперупругих, упруго-пластических, вязко-упругих моделях и моделях образования микро-разрушений, фазовых трансформаций, и др. Пользователь может ввести результаты различных видов испытаний, и на их основе Mentat осуществит подбор характеристик в вы-бранной модели материала, с последующей демон-страцией величины отклонений аналитической модели от экспериментальных данных. Таким образом, стало возможным быстрое и удобное применение продвину-тых моделей материалов.

Marc и Mentat поставляются для операционных систем семейства Windows и Linux. Все этапы вычислений в Marc могут выполняться в параллельном режиме на многоядерных или многопроцессорных компьютерах. Современные матричные решатели в составе Marc, наряду с модулем кластерных вычислений, позволяют в разы ускорить проведение расчётов.

Marc и Mentat поставляются с полным комплектом документации, как в виде статей по всем аспектам инженерного анализа в Marc, так и в виде примеров и пошаговых инструкций. Кроме этого поставляется большой набор входных файлов Marc и готовых к при-менению программ расширения Marc и Mentat.


В число специализированных приложений MSC Cradle CFD входят гидрогазодинамические пакеты: scFLOW, scSTREAM и инструмент для моделирования теплона-груженности печатных плат PICLS.

MSC Software предлагает два разных типа инструмен-тов гидрогазоазодинамического анализа: scSTREAM со структурированной сеткой и scFLOW с неструктуриро-ванной сеткой.

• scFLOW — гидрогазодинамический пакет общего назначения на основе неструктурированных сеток. Построение неструктурированной сетки осуществляется с использованием полиэдральных и призматических многогранных элементов. scFLOW применяется там, где точное моделирование геометрии имеет решающее значение, в том числе для задач внешней и внутренней аэродинамики летательных аппаратов, автомобилей и других транспортных средств, гидродинамических проблем водного транспорта, явлений тепломассопереноса, анализа работы лопаток вентилятора, потоков внутри трубопроводов, работы клапанов и многих других задач механики жидкости и газа. scFLOW успешно применяется производителями авиационных, морских и автомобильных изделий и компонентов, изделий общего машиностроения европейских и азиатских стран, большинством японских автопроизводителей и в других областях.

• scSTREAM — это гидрогазодинамический пакет, основанный на моделях со структурированной сеткой. Работа со структурированной сеткой является простой и легкой, быстрой и эффективной. Сферы применения scSTREAM охватывают системы охлаждения изделий электроники, тепло- и хладотехнику, аэро- и гидродинамику для архитектуры, зданий и сооружений, в том числе системы вентиляции, кондиционирования, отопления, задачи освещённости с искусственным или естественным светом. scSTREAM эффективно применяется при создании изделий электроники

MSC Cradle CFDГидрогазовая динамика и тепломассообмен

большинством японских, корейских и китайских производителей, а также многими европейскими компаниями. С точки зрения архитектуры и строительства эта система широко востребована в Японии для моделирования, в частности, экологической обстановки городских кварталов и даже распространения волн цунами.

scFLOWЭффективный и быстрый генератор сеток, высокая производительность и скорость вычислений, низкие требования к ресурсам вычислительной системы, дружественный пользовательский интерфейс помогут повысить эффективность работы инженера-рассчётчи-ка при использовании scFLOW. Неструктурированная сетка позволяет воспроизводить геометрические осо-бенности моделей с высокой точностью, что даёт воз-можность решать задачи гидрогазовой динамики, где воспроизведение точной формы является ключевым моментом. В число поддерживаемых геометрических форматов входят как широко используемые Parasolid, STEP, IGES, ACIS, STL, так и узкоспециализированные и проприетарные. Перечень поддерживаемых форма-тов файлов с которых можно начать подготовку расчёт-ной модели в scFLOW включает двадцать один тип.

Расчётная сетка может быть построена на импортиро-ванной геометрии, в препроцессоре доступны инстру-менты для модификации, упрощения или построения дополнительных элементов расчётной модели (расчёт-ного домена, вспомогательных плоскостей или геоме-трических примитивов и пр.). Кроме этого, в scFLOW предусмотрена технология обволакивания геометрии (wrapping) для получения поверхности (полости) об-текания или проточной части расчётной модели, для которой и будет строиться сетка.

Анализ гидрогазодинамических процессов в scFLOW может включать в себя дополнительные опции, позво-ляющие создавать модели для анализа следующих процессов:

Теплообмен. Учёт теплопередачи, теплообмен между средами и объектами расчётной модели, в том чис-ле подвижными. Может учитываться конвективный, лучистый теплообмен, для лучистого предусмотрено два расчётных метода. Включение в расчёт джоулева тепла, солнечного излучения с возможностями выбо-ра времени дня, стороны света, включение в модель точечного или распределённого источника света. До-ступно графическое отображение лучей от источников света в результатах. И другие возможности для деталь-ного учёта температурных эффектов.




26

Терморегуляция человека. В состав scFLOW входит подробная модель терморегуляции человека с учётом особенностей пола человека, возраста и пр.

Диффузия, в том числе пассивный скаляр и термо-диффузия (эффект Соре).

Химические реакции. Химическое осаждение, напри-мер, под влиянием температуры, окисление, горение.

Анализ поведения частиц. Отслеживание траектории движения частиц, массовые частицы, заряженные частицы, встроенный метод дискретных элементов (DEM), модель распыления. Возможен анализ конден-сации жидкости (например, выпадение росы), обра-зования плёнки жидкости на твёрдой поверхности и её движение по ней, изменение величины расхода текучей среды, её объёма.

Многофазные течения. Текучая среда в модели может иметь свободную поверхность, граничащую с другой текучей средой. Наличие более чем одной фазы и воз-можность фазового перехода для среды позволяет проводить анализ таких процессов как затвердевание (замерзание) и плавление (таяние), кипение, конден-сация, испарение и их разные комбинации. Реализо-вана модель кавитации.

Электрический заряд. В анализируемой среде могут присутствовать заряженные частицы, а для самой среды задаётся электрическая проницаемость. При этом элементы модели могут обладать электрическим потенциалом и взаимодействовать со средой, внося при этом в неё возмущение, которое можно отслежи-вать, например, по траекториям движения отдельных частиц.

В scFLOW реализован чрезвычайно полезный и эф-фективный алгоритм автоматической адаптации сетки под задачу. Для его использования достаточ-но сформулировать задачу и построить регулярную расчётную сетку среднего качества. Далее автома-тический алгоритм проводит серию расчётов для адаптации и перестроения имеющейся сетки с отсле-живанием характера течения. Такой подход предо-ставляет возможности в полуавтоматическом режиме создавать расчётные сетки высокого качества и при-емлемой размерности, без необоснованного много-

кратного её увеличения в случае «ручного» построе-ния сетки.

Процесс построения расчётной сетки эффективно параллелится на современной многопроцессорной вычислительной технике, что позволяет существенно увеличить скорость построения сеток, особенно в слу-чае их большой размерности (миллионы и десятки миллионов элементов).

При постановке задачи в scFLOW можно использовать скрипты на языке Visual Basic для автоматизации про-цесса построения модели, применения пользователь-ских алгоритмов при построении расчётной сетки, уменьшения количества рутинных операций, автома-тизации постановки задачи, например, в случае ва-риативных расчётов. Работа с VB скриптами доступна на всех этапах расчётного моделирования в scFLOW: препроцессор, монитор решателя и сам решатель, постпроцессор и вспомогательные утилиты.

scFLOW обладает эффективным и точным решателем с широкими возможностями регулировки условий схо-димости расчёта и тонких настроек численной схемы интегрирования. Он основан на методе конечных объ-ёмов с дискретизацией расчётной модели с использо-ванием неструктурированной полиэдральной сетки. Постановка задачи может предполагать моделирова-ние как установившегося, так и переходного процесса. В качестве исследуемой текучей среды может быть среда сжимаемая и не сжимаемая, в свою очередь течение может подчиняться Ньютоновскому закону вязкого трения или быть неньютоновским. В рамках одной модели может быть рассмотрено несколько текучих сред и их взаимодействие. Может быть смоде-лирован и рассчитан эффект смешивания газов.

Модуль управления решателем scMonitor позволяет отслеживать ход решения задачи, следить за параме-трами сходимости расчёта, ключевыми переменны-ми, выводить график их изменения в процессе счёта, отображать заливку на модели по шагам в процессе счёта по заранее выбранным переменным и управлять другими параметрами решателя.

Расчётная схема решения уравнений может быть выбрана из двух разных подходов: основанная на давлении (pressure-based solver) с последовательным решением уравнений и основанная на плотности схе-


ма с совместным решением уравнений (density-based solver). Расчётный анализ текучей среды в scFLOW может основываться на предположении о ламинарном или турбулентном течении. Для описания турбулент-ного течения предусмотрена возможность исполь-зования следующих RANS моделей турбулентности: стандартная k EPS модель и её усовершенствованные варианты, RNG k-EPS, MP k-EPS, Realizable k EPS, AKN k EPS, MPAKN k EPS, модификации модели Ментера: SST k OMG, SST V, SST 2003, стандартная модель Спаларта Аллмареса и её модификация SA fv3, модель LKE k kl OMG.

Для турбулентного течения в scFLOW доступно моде-лирование методом крупных вихрей LES (Large Eddy Simulation).

Кроме названных вариантов моделирования турбу-лентных течений, в scFLOW реализован и гибридный метод DES (Detached-Eddy Simulation) в котором используется сочетание метода крупных вихрей (LES) с любой из доступных в scFLOW моделей турбулентно-сти RANS. Тем самым достигается разумный компро-мисс между достоинствами и недостатками использу-емых расчётных методов.

Одоной из сильнейших сторон scFLOW является эффективный механизм моделирования подвижных элементов (по любым степеням свободы) при взаи-модействии с текучими средами. Элементы модели могут взаимодействовать между собой, например клапан может перекрывать проточную часть модели, контактируя со стенками трубопровода, тем самым полностью или частично перекрывая течение. Другой пример: два подвижных вращающихся элемента вза-имодействуют между собой и «проталкивают» жид-кость — шестерён чатый насос. Эти и многие другие задачи успешно решаются в scFLOW с применением методов пересекающихся сеток, при котором сетка перемещается вместе с подвижными объектами. При этом подвижная сетка накладывается на непод-

вижную с автоматическим пересчётом результатов (Overset mesh). Если при движении сеток они имеют постоянную границу и не пересекаются между собой, то применяется эффективный и точный алгоритм пе-ресчёта результатов на границе сеток (Discontinuous mesh). Для свободных тел в scFLOW реализована плавучесть. В дополнение к вышеназванным под-ходам реализовано взаимодействие Лагранжевых и Эйлеровых сеток на произвольных поверхностях (Arbitrary Lagrangian-Eulerian — ALE) и метод поверх-ности смешения (Mixing plane) реализующий цикличе-ские граничные условия для снижения размерности задачи, например, вращающихся моделей, с сохране-нием высокой точности расчёта. При этом в постанов-ке задачи рассматривается лишь сектор модели, что значительно снижает её размерность.

Решатель scFLOW эффективно работает на многопро-цессорных и кластерных вычислительных системах.

scSTREAMОсобенностью программного комплекса scSTREAM является экстремально быстрый сеточный генера-тор и низкие требования к качеству геометрических моделей при постановке задачи. Этап подготовки геометрической модели под генерацию расчётной сетки занимает много времени инженера-расчёт-чика, поэтому сокращение этого этапа всегда суще-ственно сказывается на общем времени решения задачи. Решатель scSTREAM базируется на работе со структурированной конечно объёмной сеткой, которая представляет из себя массив из кубических элементов правильной формы. Генератор расчётной сетки scSTREAM может работать с исходной геоме-трией, которая может быть специальным образом не подготовлена под разбиение сеткой, как это происходит в случае с традиционной неструктуриро-ванной сеткой. А сам сеточный генератор работает экстремально быстро, например, сетка состоящая из пяти миллионов элементов генерируется от 1 до 3 секунд на современной вычислительной технике. Это несопоставимо быстрее, чем генерация неструктури-рованной сетки.

Такой подход позволяет экономить время на постанов-ку задачи, не обращая внимания на бол́ьшую размер-ность моделей по сравнению с традиционной сеткой. При этом точность аппроксимации исходной геометрии




28

может быть отрегулирована для достижения высокой точности решения.

scSTREAM раскрывает свои преимущества во многих задачах, например:

• задачи охлаждения изделий электроники, мобильных устройств, персональных компьютеров, промышленного электрооборудования, распределительных электрических шкафов, помещений дата центров и других объектов, характерными особенностями которых являются наличие большого числа компонентов (десятки, сотни и более), тепловыделение и теплообмен между компонентами, средой и пр.

• гидродинамический или газодинамический анализ зданий, сооружений или целых городских кварталов. Оценка движения воздушных масс: ветер, эффект теплового острова, загазованность. Моделирование движения водяных массивов через сложный рельеф, строения, например, при возникновении подтопления, цунами, последствия прорыва дамбы и подобные задачи.

• вентиляция внутри помещений, в кабине, салоне транспорта. Системы кондиционирования, отопления, дымоудаления.

• не типичная для газовой динамики область — расчёт освещённости. Внутри помещений, в транспорте, наружная освещённость.

Препроцессор scSTREAM позволяет не тратить время на подготовку (очистку, упрощение) исходной геоме-трической модели и сразу приступать к построению расчётной сетки и заданию условий задачи. Эффек-тивный сеточный генератор может строить сетку практически на любых моделях за очень короткое время. Если работа с геометрией потребуется, то в scSTREAM предусмотрен инструмент для преобра-зования отдельных элементов или микросхемы цели-ком к эквивалентной по объёму более простой фигуре, что позволяет избежать необоснованного увеличения размерности задачи. Если требуется исследовать теплонагруженность изделия с учётом подробных мо-делей электрокомпонентов, то при отсутствии геоме-трических моделей самих компонентов они могут быть созданы в scSTREAM.

Библиотека компонентов scSTREAM включает следующие элементы:

• Радиаторы. Форма рёбер может быть пластинчатая или игольчатая. Для включения в модель, необходимо задать габаритные размеры радиатора, количество и размеры рёбер.

• Вентиляторы. Аналитическая модель осевого, радиального вентиляторов.

• Аналитическая модель стенки с равномерным распределением отверстий.

• Модель тепловой цепи, тепловая модель Дельфи.

• Элемент Пельтье.

• Аналитическая модель тепловой трубки.

• Компоненты системы кондиционирования. Внешние, внутренние, единые блоки.

• Воздухораспределительные плафоны. Прямоугольные, круглые, прямые диффузоры.

• Геометрические объекты. Для моделирования доступны геометрические объекты простой и сложной формы.

При постановке задачи в scSTREAM геометрические особенности (криволинейность) могут быть точно заданы с помощью метода скошенных ячеек. Таким образом, структурированную расчётную сетку можно использовать и для моделей со сложной геометрией, например, радиальный изгиб трубопровода, круглое отверстие или светодиод сферической формы.

Печатные платы изделий электроники могут быть подробно смоделированы на основе импортирован-ной модели платы в формате Gerber. scSTREAM имеет встроенные инструменты для моделирования тепловых характеристик печатных плат: изотропный (приведён-ный объём платы, плотность и прочие характеристики) и анизотропный — используется слоистый материал, указывается каждый слой платы, вычисляется ани-зотропное значение теплопроводности. Наконец, пе-чатную плату можно импортировать из программного комплекса PICLS.

Постановка задачи в scSTREAM основана на работе с единым меню — мастером постановки задачи, ко-торый существенно упрощает взаимодействие с про-граммным комплексом. Понятное расчётчику и эф-фективное взаимодействие с «мастером» при работе с моделью — сильная сторона scSTREAM. Если в поста-новке задачи не используется какая-либо функция, то она не будет активна, таким образом ощутимо разгру-жается пользовательский интерфейс. Параметры для элементов могут быть назначены коллективно, в том числе с помощью внешнего файла, если требуется указать конкретный материал для компонента модели или тип исследуемой текучей среды (жидкость, газ), его предлагается выбрать из обширной библиотеки свойств материалов, элементы которой можно редак-тировать, наполнять пользовательскими данными. Часть исходных данных при постановке задачи могут быть заданы таблицей или функцией, при моделирова-нии переходного процесса переменные могут зависеть от времени, доступна возможность задания перемен-ной скриптом.


Основа решателя scSTREAM — метод конечных объ-ёмов. Решение задачи реализуется как для устано-вившегося, так и переходного процесса. В качестве исследуемой текучей среды может быть среда сжимаемая и не сжимаемая, в свою очередь течение может подчиняться Ньютоновскому закону вязкого трения или быть неньютоновским. В рамках одной модели может быть рассмотрено несколько теку-чих сред и их взаимодействие. В постановке задачи можно добавить дискретные элементы, таким обра-зом внутри scSTREAM реализовано взаимодействие традиционного CFD с DEM (метод дискретных эле-ментов) в рамках одной модели без использования дополнительного ПО.

Решатель scSTREAM эффективно распараллеливается на вычислительные потоки.

Расчётный анализ текучей среды в scSTREAM может основываться на предположении о ламинарном или турбулентном течении. Для моделирования тур-булентного течения предусмотрена возможность использования следующих RANS моделей турбулент-ности: Standard k EPS, RNG k EPS, MP k EPS, Linear low Reynolds number AKN k EPS, Non Linear low Reynolds number AKN k EPS, Improved LK k EPS, Two equation heat transfer (NK), Two equation heat transfer (AKN).

Кроме использования моделей турбулентности, в scSTREAM реализован и метод крупных вихрей (Large Eddy Simulation) в четырёх вариантах: LES Smagorinsky, LES Dynamic Smagorinsky, LES WALE, LES Mixed Time Scale Model.

scSTREAM эффективно решает задачи гидрогазовой динамики и теплообмена, предоставляет расширенный перечень доступных результатов расчёта и может учитывать следующие особенности при постановке задач:

• Крупномасштабный расчет. Движение воздушных масс в городской среде.

• Свободная поверхность. scSTREAM рассчитывает форму поверхности границы раздела жидкость/газ. Доступны два метода: MARS (метод анализа свободных поверхностей) или VOF (метод фиксации границы раздела), а также можно выбрать целевую фазу расчета: газ и жидкость, только газ или только жидкость. Эта опция имеет широкий спектр применения: от анализа цунами в городской среде до анализа пайки в области электронных устройств.

• Движущиеся объекты. С помощью scSTREAM можно оценить поток, генерируемый движущимся твёрдым объектом. При этом масштабы перемещения объекта, почти не имеют ограничений.

• Эффективность системы вентиляции. Среди прочего вычисляются индексы комфортности PMV (ожидаемая средняя оценка степени комфорта) и SET (стандартная эффективная температура), формируется шкала эффективности вентиляционной системы (SVE).

• Влажность/конденсация. С учётом конденсации росы и испарений с поверхности стены

• Влагопередача внутри твердого тела. Эта опция может использоваться для анализа водопроницаемого объекта и конденсации росы внутри детали.

• Кипение/конденсация. Моделирование потока с кипением, которое из-за разности температур между жидкостью и поверхностью нагрева является двухфазным газожидкостным потоком.

• Фазовые превращения

• Кристаллизация/плавление. Функция позволяет проанализировать фазовый переход между веществом в твердом и жидком состоянии, например, вода-лед и лед-вода.

• Джоулево тепло

• Излучение. Передача тепла излучением. Доступны методы геометрических угловых коэффициентов (view factor) и тепловых потоков (FLUX). Также можно провести анализ передачи, поглощения, диффузии, преломления и отражения лучей, использовать линзы для фокусировки источника излучения и так далее.

• Электростатическое поле

• WindTool (оценка параметров ветра вне помещений). Критерии оценки можно выбрать из: справочника Мураками или справочник японского института ветротехники.

• Модель экранирования кронами деревьев и растений.

• Анализ освещенности. Дневной свет, точечное или распределённое искусственное освещение, оценка тепло-светового баланса.

• Солнечное излучение. Данные климатических исследований, опубликованные Американским обществом инженеров систем отопления, охлаждения и воздушного кондиционирования (ASHRAE) и Организацией по разработке новой энергетической и промышленной технологии (NEDO), уже содержатся в системе и могут использоваться в качестве готовых исходных данных для моделирования. При вводе




30

Постпроцессор scPOSTДля обработки результатов расчёта в гидрогазодина-мических пакетах scFLOW и scSTREAM используется единый постпроцессор — scPOST.

Постпроцессор обладает огромным функционалом и может работать с результатами расчётов не только систем гидрогазовой динамики, но и конечноэлемент-ных систем MSC Nastran и Marc, системы многомассо-вого моделирования Adams, пакета расчёта акустики Actran. В таком многообразии расчётных результатов

scPOST позволяет объединять данные из нескольких систем и строить единую картинку или анимацию с результатами.

scPOST обладает следующим функционалом при обработке результатов расчёта:

• Вывод результатов расчёта в виде заливок на модели или произвольной плоскости/сечении

• Наложение на результаты дополнительных геометрических объектов, позволяющих детальнее визуализировать исследуемое изделие или моделируемый процесс. Отображение геометрии из файлов формата Parasolid, STL, NFВ, Wavefront OBJ и другие

• Изоповерхности, линия потока, траектория частиц текучей среды, визуализация объёмов

• 2D-график любых расчётных параметров

• Зеркальное/периодическое копирование

• Отображение центра вихря

• Произвольное масштабирование

• Произвольный выбор скалярной/векторной величины и её визуализация

• Движение среды на поверхности или «масляная плёнка» на плоскости/поверхности

• Растровое изображение текстуры на плоскости или поверхности

• Освещение, блеск, градация (предустановленное, произвольное значение)

• Прозрачность, полупрозрачное и «водообразное» изображение, тень

• Векторная анимация

• Анимация потока

• Маркировочные частицы (эффект турбулентной диффузии)

• Автоматическое перемещение точки обзора (можно задать точки обзора/фокусировки)

• Анимация по ключевым кадрам

произвольных значений долготы, широты, даты и времени, автоматически рассчитываются высота и угол азимута солнца в указанном месте и времени.

HeatPathView. Традиционно, при решении задач температурной нагруженности в качестве результата вычисляются поля температур, количество выделяе-мого тепла в изделии. Однако, чтобы определить путь теплового потока, недостаточно располагать инфор-мацией о температуре каждой детали и общем объеме выделяемого тепла, полученными при постобработке результатов анализа. HeatPathView отображает пути тепловых потоков и объем теплопередачи во всей рас-четной области на диаграмме, графике и таблице, что позволяет легко найти труднопроходимые участки на пути тепловых потоков и внести необходимые изме-нения в модель для получения оптимального с точки зрения теплонагруженности изделия. Этот уникальный инструмент делает тепловой расчёт в scSTREAM более полновесным.

• Интерполяционная анимация между циклами

• Регистрация параметров (функций)

• Интеграл по поверхности или объёму (интегрирование скалярной функции/векторное интегрирование)

• Сравнение результатов (функция отсечения)

• Расчет площади проекции

• Автоматический поиск локальной максимальной/минимальной позиций

• Импорт CSV-данных

• Автоматическое изменение цветной шкалы (предустановленное, произвольное значение)

• Вывод файлов изображений в форматах BMP, JPEG, PNG (размер, разрешение настраивается)

• Вывод в формате CradleViewer (поддержка устойчивой/переходной анимации, прикрепление к приложениям Office)

• Вывод видеофайлов в форматах AVI, WMV, VRML

• Интерфейс VB

С помощью scPOST можно создавать информативные иллюстрации результатов расчёта и эффектные ани-мации, которые дают исчерпывающее представление о характере моделируемого процесса. Широкие воз-можности постпроцессинга позволяют эффективно обрабатывать результаты расчётов, а разнообразие типов входных файлов делают scPOST универсальным не только для задач газовой динамики, но и для резуль-татов конечно элементного анализа, многомассовой динамики, других расчётных систем. Это позволяет отображать результаты расчётов совместно, объединять их и накладывать друг на друга в едином пространстве или на плоскости.

PICLSPICLS — это инструмент моделирования тепловых процессов, который обеспечивает выполнение анализа теплонагруженности печатных плат. Бла-годаря простой и быстрой работе PICLS в 2D-режи-ме, результат анализа печатных плат доступен в

режиме реального времени. Простое перемещение компонентов по печатной плате мгновенно сопро-вождается визуализацией пересчитанного тепло-вого поля.

Процесс работы с PICLS очень прост. Сначала созда-ётся геометрия печатной платы, это можно сделать встроенными средствами или загрузив геометрию в формате IDF, указывается количество слоёв печатной платы. Каждый компонент печатной платы создаётся с помощью эффективного меню, в котором задаются размеры, тепловые характеристики и другие пара-метры компонента, после чего он устанавливается на печатную плату. При необходимости, можно добавить радиаторы для компонентов, задав его геометриче-ские и теплофизические характеристики. На любой слой печатной платы можно нанести токопроводя-щие дорожки с точной геометрией или с эквивалент-ной площадью, для включения их в тепловую модель платы.

Данные печатной платы, созданной в PICLS, можно импортировать в scSTREAM, то есть можно легко пе-редать данные анализа с этапа концептуального или эскизного проектирования печатной платы на этап ра-бочего проектирования. PICLS превосходно подходит для моделирования тепловых полей на ранних этапах разработки, когда всё ещё возможны радикальные из-менения в схеме печатных плат или требуется быстрое внесение изменений в текущую схему.

32

Многоуровневое моделирование композиционных материалов

MSC CoSim

Автономные транспортные средства

Линейный анализ конструкций

Нелинейный анализ конструкций

Быстропротекающие процессы

Технологические процессы: ОМД, сварка, аддитивные технологии

Акустика

Динамика сплошных сред

многомассовых систем

Adams

MSC Nastran

Actran

Simufact

Dytran

Digimat

VTD

Cradle CFD

Marc

Динамика

MSC CoSimИнтегрирующий модуль для сопряженных расчетов

Новый программный продукт — MSC CoSim специально разработан для обеспечения совместной работы (co-simulation) различных решателей в единой много-дисциплинарной рабочей среде.

MSC CoSim предназначен для организации процесса вза-имодействия между системами Adams (MBD — динамика многомассовых систем), Marc (FEA — конечно-элемент-ный анализ) и scFLOW (CFD — вычислительная гидрога-зодинамика). Такое взаимодействие позволяет решать широкий спектр задач, включая, например, такие задачи, как: детальный сопряженный анализ аэродинамических характеристик крыла при выпуске закрылков с помо-щью Adams и scFLOW; анализ взаимодействия жидкости и гребного винта с учетом свободной поверхности и кави-тации с помощью MSC Nastran и scFLOW; оценка динами-ческого отклика подвески при движении транспортного средства через водную преграду с помощью Adams и scFLOW; анализ аэроакустических свойств системы выхлопа транспортного средства и глушителя с помощью Actran и scFLOW; анализ динамического воздействия жидкости на стенки движущегося бака (слошинг) с помо-щью Adams и scFLOW; сопряженное моделирование скач-ков уплотнения вибрирующей пластины при обтекании сверхзвуковым потоком в MSC Nastran и scFLOW; расчет термомеханических напряжений в системе scSTREAM при оценке механических напряжений в паяных соедине-ниях электронных компонентов.

Многодисциплинарный (сопряженный) анализ игра-ет важную роль в процессе проектирования изделия: обеспечивает уникальное, более полное и целостное представление о характеристиках конструкции путем объединения нескольких дисциплин в единый расчет-ный процесс. Широкий спектр задач, таких, как расчет напряженно-деформированного состояния, акустика,

кинематика и динамика многомассовых систем, гидро- и газодинамика, а также в перспективе анализ быстро-протекающих ударных (взрывных) воздействий, могут быть связаны в единую расчетную систему.

Многодисциплинарное сопряженное моделирование обеспечивает повышенную точность, достоверность и производительность.

Сопряженное моделирование помогает избежать не-точных и ошибочных предположений и, следовательно, приводит к лучшей корреляции между компьютерным моделированием и физическим экспериментом. Поэ-тому, в результате инженеры получают более полное представление о работоспособности проектируемого изделия без чрезмерных затрат на перепроектирование из-за допущенных ошибок. Сопряженное моделирова-ние может обеспечить более высокий уровень достовер-ности и детальности результатов в реальных временных масштабах проектирования. Например, моделирование транспортного средства, колесо которого ударяется о бордюр. В результате воздействия элементы конструк-ции подвергаются пластической деформации. Инжене-рам могут потребоваться дни для выполнения одного


расчета, если вся система моделируется в нелинейной конечно-элементной расчетной среде. Однако, при совместном моделировании MBD-FEA инженеры могут получить адекватный уровень точности результатов в те-чение нескольких часов, а не дней или недель.

Технологии сопряженного моделирования, поддержи-ваемые MSC Software, позволяют решать инженерные задачи, которые не решались ранее.

Ключевые особенности MSC CoSimГлавное отличие поставляемой MSC Software системы со-пряженного анализа MSC CoSim, по сравнению с некото-рыми другими системами сопряженного анализа, состо-ит в принципах обеспечения сходимости. Большинство подобных систем базируется на явной схеме связывания решений, когда управляющая система сопряжения пере-дает перемещения и получает силы реакций на переме-щения, и наоборот. Из-за этого, так как каждый решатель обычно имеет свой шаг по времени, при использовании явной схемы сопряжения решение может быть очень нестабильным, особенно, в случае применения одной из расчетных процедур больших шагов по времени.

MSC CoSim решает эту проблему используя неявную схему сопряжения. Например, в случае сопряжения не-линейного решателя Marc и Adams, сконденсированная

нелинейная тангенциальная матрица жесткости, рассчи-танная в Marc, передается в Adams и встраивается в си-стему динамических уравнений. Выполняя вычисления, Adams обычно использует достаточно малый шаг по вре-мени, при этом учитывается тангенциальная жесткость из последнего коммуникационного шага до тех пор, пока не наступит следующий момент коммуникации. В процес-се расчета Adams применяет точно рассчитанные силы и реакции, которые были вычислены в Marc и переданы в Adams на последнем шаге коммуникации до следую-щего шага обмена информацией. В этот момент силы, ре-акции и информация о текущей жесткости обновляются в результате расчета в Marc. Далее цикл повторяется до тех пор, пока не будет решена сопряженная задача в обо-их решателях с учетом настроек решения в MSC CoSim.

MSC CoSim имеет уникальную интегрированную схему управления сопрягаемыми решателями, т.е. MSC CoSim управляет задействованными решателями и опреде-ляет, какой из них в какой момент времени и при каких условиях должен выполнить свой очередной расчетный шаг. Благодаря встроенной логике, MSC CoSim может приостанавливать решение в одном из сопрягаемых решателей пока другой выполняет расчет. Передача ко-манд осуществляется быстро и не привносит в решение дополнительных задержек.

MSC CoSim имеет лаконичный и комфортный пользова-тельский интерфейс для настройки сопряженных задач.

Поддерживаемые типы сопряжений и типов анализа для актуальной версии MSC CoSim приведены в таблице.

В последующих версиях планируется расширение спи-ска поддерживаемых конфигураций решений.

В заключение необходимо отметить, что движущим фактором развития MSC CoSim является необходимость связать многодисциплинарные решения в единую расчетную среду с минимальными затратами времени и усилий.

Область сопряженного моделирования мультифизики

Используемые продукты

Отрасли промышленности Применение

Взаимодействие жидкость-конструкция (FSI)

Nastran / Marc + scFLOW/scSTREAM Все

Флаттер, открытие клапанов, вибрация, вызванная вихреобразованием, нагрузка на подвеску, термомеханические напряжения...

Конструкции и аэроакустика Nastran / Marc + scFLOW + Actran Все Шум в салоне, хлопанье двери, шум и вибрация...

Многомассовая динамика и сплошные среды Adams + scFLOW Все Движение крупных частиц, движение транспортных

средств при боковом ветре или через водную преграду

Виртуальное вождение и динамика транспортного средства Adams + Vires VTS Автомобилестроение

Автономные транспортные средства, валидация ADAC системы, симулятор вождения автомобиля в реальном времени...

Метод частиц. Многомассовая динамика и сплошные среды

Adams + EDEM, EDEM + scFLOW

Авто, аэро, хим. и обраб.

Устойчивость автомобиля, фильтрация, обработка сыпучих материалов...

Многомассовая динамика и нелинейный анализ методом конечных элементов

Adams + Marc Автомобилестроение

Провисание и открытие дверей, случаи чрезвычайной нагрузки на транспортное средство (напр., наезд на бордюр), наезд на препятствие, деформация аккумуляторной батареи...

1D системы. Многомассовая динамика, системы управления

Adams + Easy5 / Matlab Simulink / Maplesoft / GT Suite etc.

Все

Манипуляторы робота, станочное оборудование, авиационные шасси, АБС транспортного средства, система курсовой устойчивости, антипробуксовочная система...




34

Защита человека от шума и вибраций, а также обе-спечение акустического комфорта при эксплуатации технических систем являются одними из важных задач при разработке новых изделий в различных произ-водственных отраслях. В ряде случаев обеспечение прочности и долговечности элементов конструкций и работы электронных систем также требует анализа акустической нагруженности. Вычислительные методы акустического анализа активно применяются разра-ботчиками технических устройств для оценки влияния конструктивных параметров изделий на акустические характеристики, для эффективного использования звукопоглощающих материалов, и т.д.

Внешний шум от работы двигателя и трансмиссии грузового автомобиля

Actran — программный комплекс для компьютерного моделирования возникновения, распространения и по-глощения звука в акустических средах (воздух, вода, и др.). Комплекс включает в себя модули для решения задач акустики и виброакустики в частотной и времен-ной области а также энергетическим методом, задач аэроакустики и ряда специальных видов акустических задач.

В состав Actran входит удобная, современная, специа-лизированная графическая среда Actran VI для созда-ния моделей, обработки и визуализации результатов.

Типичные области применения Actran — моделирова-ние внутренних и внешних акустических полей различ-ных транспортных систем. Например, моделирование шума в подкапотном пространстве автомобиля и воз-действия шума на водителя и пассажиров в салоне, моделирование акустических характеристик системы выпуска двигателя внутреннего сгорания, анализ шума в салоне самолёта от различных внешних воздействий, исследование и подбор характеристик и конструкции звукопоглощающих устройств и покрытий, и т.д. Кроме этого, возможно проведение акустического анализа характеристик потребительских товаров, таких как динамик мобильного телефона, отдельно стоящие аку-стические системы, музыкальные инструменты, другие виды звуковоспроизводящих устройств и т.п.

ActranАкустика, виброакустика и аэроакустика

Излучение шума корпусом электродвигателя

Решение акустических и виброакустических задач позволяет определять акустические поля при работе различных технических устройств. В основе Actran ле-жат методы анализа акустики как в замкнутых объёмах (полостях), так и в открытом пространстве с учётом условий неотражения звука от границ расчётной об-ласти. Пользователю доступен широкий набор инстру-ментов для моделирования акустической среды (газы, жидкости), упругих конструкций, звукопоглощающих материалов и перфорированных панелей в различных постановках, композиционных материалов, материа-лов с пьезоэлектрическими свойствами, и др.

Анализ акустики может производиться в детерминиро-ванной или случайной постановке в частотной области прямым или модальным методом. Также возможно проведение анализа переходных виброакустических процессов во временной области. В результате расчёта выводятся поля акустического давления и частотные спектры, в т.ч. могут быть автоматически рассчитаны ве-личины в дБ, дБА в октавных и треть-октавных полосах, общий уровень звукового давления, и многое другое.

В Actran реализован подход к комплексному анализу шума шин на основе нелинейного динамического ана-лиза качения шины, который можно проводить в систе-ме Marc или других системах, с последующим анали-зом генерации и распространения шума в Actran.

Распространение шума шины. Результаты расчёта в Actran. По материалам компании Renault


Во многих случаях возникновение шума обусловлено явлением турбулентности в потоке газа (воздуха). Об-щеизвестными примерами являются: шум газотурбин-ных и ракетных двигателей, шум от обтекания воздухом транспортных средств, шум при работе систем венти-ляции и кондиционирования, и т.д.

Гибридный подход к анализу аэроакустики, принятый в Actran, включает в себя два этапа: на первом этапе решается задача гидрогазовой динамики на дозвуко-вых скоростях в специализированной CFD-системе, например в системе MSC Cradle CFD; на втором этапе производится анализ генерации и распространения шума в акустической среде с помощью системы Actran.

В рамках второго этапа в Actran производится расчёт источников аэроакустического шума, перенос их на акустическую расчётную модель и анализ распростра-нения шума с возможностью учёта неоднородного поля средней скорости течения акустической среды. Для расчёта источников аэроакустического шума предназначен модуль Actran Aeroacoustics, основан-ный на применении акустических аналогий Лайтхилла и Мёринга.

Шум обтекания профиля крыла с элементами механизации

Анализ шума обтекания бокового зеркала заднего вида при движении автомобиля. По материалам компании Groupe PSA

Шум выходного устройства газотурбинного двигателя. По материалам компании Airbus

Анализ аэроакустики турбомашин является сложной и актуальной задачей. Проблемно-ориентированные

модули Actran позволяют моделировать шум воздухо-заборников и проточных частей турбомашин (модуль Actran TM), а также шум выходных устройств (сопла) с помощью разрывного метода Галёркина с использо-ванием неструктурной p-адаптивной конечно-элемент-ной сетки (Actran DGM). Модальный состав шума можно определять с помощью утилиты iTM и использовать в качестве нагрузки при анализе шума турбомашин.

В связи с большой ресурсоёмкостью расчётов аэроа-кустики, а также общей тенденцией проводить расчёты на ранних этапах разработки изделий, может возник-нуть потребность в приближённом, но быстром мето-де оценки шума турбулентного течения. «Генерация и распространение случайного шума» (SNGR) — новый метод в Actran, основанный на результатах расчёта установившегося течения газа (как правило, методом RANS). Решатель Actran производит генерацию случай-ного шума, после чего рассчитывает распространение шума в акустической среде.

Шум обтекания автомобиля. Плотность источников шума, рассчитанных в Actran с применением метода SNGR. По материалам компании Mistubishi

Традиционные конечно-элементные методы анализа акустики являются ресурсоёмкими и не могут быть эффективно применены на высоких частотах. Исполь-зование Статистического Энергетического метода (SEA) расчёта виброакустики, реализованного в мо-дуле Actran Virtual SEA, является в этом случае менее затратным, при этом обеспечивая сравнимую точность расчёта.

Подход к реализации этого метода в системе Actran по-зволяет использовать стандартные конечно-элемент-ные модели конструкций и акустической среды для формирования компонентов энергетической модели. На основе конечно-элементных моделей по встроен-ным в Actran методикам автоматически формируются компоненты энергетической модели, вычисляются коэффициенты энергетической связи между компонен-тами и коэффициенты потерь в самих компонентах.

Результатами расчёта являются энергия в каждом ком-поненте, потоки энергии между компонентами, пути передачи энергии. С рядом допущений можно вычис-лять также акустические давления и деформированное состояние изделий.

Во многих изделиях машиностроения, таких как транс-портные машины, технологическое оборудование, вычислительные устройства, и др., шум вентиляторов вносит существенный, а иногда и основной вклад в общий генерируемый шум. Выбор профилей лопаток




36

вентиляторов по критерию шума, разработка огра-ждающих конструкций с целью снижения шума при одновременном обеспечении протекания воздуха или других сред — актуальная техническая задача.

Профилирование лопаток вентилятора для системы охлаждения. Этапы построения модели и расчёта в Actran

В системе Actran предусмотрен широкий набор инстру-ментов моделирования и анализа шума вентиляторов и компрессоров различных типов, размеров и сложно-сти. В частности, имеются удобные средства форми-рования профилей вентиляторов на основе их общих геометрических размеров и стандартных профилей. Сформированные профили можно средствами Actran «продуть» для ускоренного получения параметров установившегося течения газа в области лопатки.

Далее с помощью Actran можно сформировать случай-ные источники шума, распределение которых по часто-те и в пространстве близко к натурным для большин-ства случаев. Последующий расчёт распространения шума с учётом конфигурации корпусных деталей из-делия показывает акустические характеристики всего устройства. Такой быстрый способ расчёта позволяет рассматривать большое количество различных вариан-тов вентилятора за короткое время и сравнивать между собой получаемые акустические характеристики.

Actran предоставляет возможность использования нескольких матричных решателей, а также проведения вычислений в различных режимах параллелизации. Совокупность этих технологий обеспечивает эффектив-ное использование машинных ресурсов для сокраще-ния времени счёта, что практически всегда актуально при решении задач акустики численными методами.

Широкий спектр решаемых задач позволяет применять Actran при разработке перспективных моделей автомо-бильной, авиационной, космической, железнодорож-ной техники, потребительских товаров, электроники, промышленных систем добычи и переработки полез-ных ископаемых, и т.д.

Программный комплекс Digimat предназначен для многоуровневого моделирования многофазных ма-териалов, в первую очередь композиционных, и рас-чета конструкций из них. Основой технологии Digimat является расчет нелинейных анизотропных свойств многофазных материалов на микроуровне на основе характеристик фаз материала и его микроструктуры, учитывающей технологию изготовления и возможные дефекты.

Digimat обеспечивает расчет механических, тепловых и электрических характеристик многофазных материа-лов. Полученные характеристики могут быть самос-тоятельным инструментом анализа композиционных материалов или использованы в конечно-элементных пакетах для проведения связанного расчета композит-ной конструкций с учетом реальной микроструктуры материала.

Программный комплекс имеет модульную структуру и состоит из девяти инструментов (Digimat-MF, Digimat-FE, Digimat-MX, Digimat-MAP, Digimat-CAE, Digimat-RP или -RP/Moldex3D, Digimat-HC, Digimat-VA, Digimat-AM). Каждый из инструментов обладает уникальным набо-ром функциональных возможностей, которые взаимо-связаны и дополняют друг друга.

Digimat Виртуальная лаборатория для моделирования многофазных материалов и композитных конструкций

Digimat-MFDigimat-MF (Mean-Field — поле осреднённых вели-чин) предназначен для определения механических, тепловых и электрических характеристик многофаз-ных материалов методом гомогенизации. В основе работы Digimat-MF лежит микромеханический подход к моделированию материала: пользователь вводит характеристики каждой фазы материала и объемное/массовое содержание, определяет микроструктуру (форму, размер и ориентацию включений) и задает на-гружение, прикладываемое к материалу. В результате получается модель многофазного материала, чувстви-тельная к параметрам микроструктуры и свойствам каждой фазы.

Свойства композитного материала вычисляются с помощью так называемого метода гомогенизации Мори-Танака, основанного на подходе Эшелби. Метод описывает поведение одной частицы в виде эллипсои-да, включенной в материал матрицы. Форма частицы определяется отношением диаметра к длине. Метод гомогенизации позволяет получить макроскопические свойства композиционных материалов используя свой-ства каждой фазы (т.е. свойств материала на микроу-ровне) и микроструктуру.


Создание модели материала производится в дружес-твенном интерфейсе Digimat-MF, следуя по дереву модели и последовательно вводя требуемые харак-теристики. Пользователю предоставляются широкие возможности для моделирования многофазных мате-риалов:

• различные модели материалов для каждой фазы: линейная упругая, упругопластическая (с учетом упрочнения), гиперупругая, вязкоупругая, упруговязкопластическая, тепло- и электропроводимости, модели ползучести и другие;

• параметры микроструктуры: эллипсоидная форма включений (сфера, короткие, длинные и непрерывные волокна) с возможностью учета покрытия, неограниченное количество фаз, однослойные и многослойные материалы, однонаправленные слоистые и тканные (2D, 2.5D и 3D плетение) материалы, решетчатые (lattice) микроструктуры, различные варианты ориентации включений (направленная, случайная или описываемая тензором ориентации), учет пор и другие критерии;

• методы гомогенизации: Mori-Tanaka, двойного включения;

• схемы гомогенизации: первого и второго порядка;

• различные виды нагружений: по типу (механические, температурные, термомеханические, электрические), по истории (монотонные, циклические, задаваемые пользователем), по направлению (одноосные, многоосные);

• критерии разрушения: максимальных напряжений/деформаций, Цая-Хилла 2D&3D, Аззи-Цая-Хилла 2D, Цая-Ву 2D&3D, Хашина-Ротема 2D, Хашина 2D&3D и другие;

• возможность применения критериев разрушения как для каждой фазы на микроуровне, так и для всего материала на макроуровне;

Благодаря хорошо зарекомендовавшим себя мате-матическим моделям гомогенизации и отработанным

программным процедурам, Digimat-MF не требует значительных вычислительных ресурсов и может эффективно использоваться совместно с внешними решателями для связанного нелинейного конечно-элементного расчета конструкции.

Digimat-FEDigimat-FE (Конечные элементы) предназначен для детального исследования многофазного материа-ла на микроуровне путем построения геометрии представительного элемента объема (ПЭО) материа-ла и последующего его анализа методом конечных элементов. Представительный элемент объема — это минимальный объём материала, в котором содержится достаточное число «носителей» для статистического описания механизма рассматри-ваемого процесса.

Digimat-FE позволяет создать реалистичный ПЭО для большого разнообразия микроструктур много-фазных материалов: композиционные материалы с полимерной, резиновой, керамической и металли-ческой матрицей, графит, металлокерамика, фер-робетон, нанокомпозиты и другие, а также создать ПЭО для материалов со сложной микроструктурой: пены, решетчатые структуры и так далее. Получен-ные конечно-элементные модели могут быть реше-ны как с помощью встроенного в модуль КЭ решате-ля, так и экспортированы для решения во внешних решателях.

Для определения характеристик многофазного мате-риала пользователям доступны:

• различные модели материалов для каждой фазы: упругая, вязкоупругая, гиперупругая, упругопластическая и другие;

• обширный выбор форм включений: на основе библиотеки стандартных компонентов (сфера, эллипсоид, цилиндр, призма и другие формы) и на основе импортируемых геометрических компонентов, создаваемых в CAD-системах;

• задание различных характеристик микроструктуры для ее точного описания: объёмная/массовая доля, ориентация включений, дефекты (раковины, поры), возможность учета покрытия на фазах, многослойные структуры, адгезивная связь «волокно-матрица», учет кластеризации включений и так далее;




38

• различные виды нагружений: по типу (механические, температурные, термомеханические, электрические), по истории (монотонные, циклические, задаваемые пользователем), по направлению (одноосные, многоосные);

Возможности модуля позволяют расширить границы моделирования многофазных материалов и использо-вать результаты решения задач микромолекулярной динамики (свойства фаз, микроструктура) из внешних программ (J-OCTA, Schrödinger), а также результаты об-работки компьютерной томографии (Volume Graphics).

Digimat-FE хорошо дополняет модуль Digimat-MF и пол-ностью с ним совместим.

Digimat-MXDigimat-MX (Material eXpert) предназначен для хра-нения, поиска и защищённого обмена данными по материалам между поставщиками, разработчиками и потребителями. Содержит в себе данные от ведущих мировых производителей и поставщиков композици-онных материалов. Обладает эффективным инструмен-том для проведения обратного инжиниринга с целью калибровки математических моделей материала Digimat по результатам натурных испытаний. Исход-ными данными для обратного инжиниринга являют-ся модель материала на микроуровне и результаты натурных испытаний. Пользователь загружает в модуль эти данные, выбирает варьируемые параметры, задает возможный диапазон их изменения и запускает про-цесс. Модуль автоматически решает оптимизационную задачу и определяет параметры модели материала, которые дают минимальное отклонение от результатов натурных испытаний.

Как база данных по материалам, Digimat-MX предлага-ет пользователям хранение своих данных по математи-ческим моделям каждого композиционного материала при разных условиях (например, в зависимости от влажности и температуры), по моделям входящих в них фаз, а также хранение результатов натурных испыта-ний материалов, которые могут быть использованы для обратного инжиниринга. Кроме этого, пользова-тель может воспользоваться существующей в базе данных информацией от 23-ти ведущих разработчиков и поставщиков композиционных материалов (Solvay, Stratasys, DuPont, DSM и другие). В настоящее время база содержит данные о 359 композиционных мате-риалах, которые включают в себя более чем 29.000

файлов с различными моделями материалов и более 230 экспериментальных данных для них. Разработчик программы постоянно ведет работу по улучшению и на-полнению базы данных.

Работу с базами данных можно организовать как на локальном компьютере, так и с удалённым доступом. Пользователю предлагаются широкие возможности по настройке уровней доступа к базе данных: общий, ограниченный, закрытый.

Специализированное решение Digimat-MX+ обеспе-чивает передачу данных между пользователями по открытым сетям в зашифрованном виде, что позволяет защитить интеллектуальную собственность при уда-ленной разработке композиционных материалов.

Digimat-MAPDigimat-MAP (Перенос данных) является эффектив-ным, надежным и точным инструментом для передачи данных о микроструктуре (тензор ориентации воло-кон, остаточные напряжения, линии спая, пористость траектория движения экструдера и другие параметры) с «до норс кой» сетки, используемой для моделирова-ния технологичес кого процесса изготовления детали, на «принимающую» качественную конечно-элемент-ную сетку для структурного анализа.

Переданные данные о микроструктуре могут быть использованы в Digimat-CAE для связанного многоу-ровневого анализа в расчетной системе. Digimat-MAP обладает инструментом, позволяющим вручную или автоматически скорректировать взаимное положение в пространстве и масштаб «донорской» и «принимаю-щей» сеток.

Digimat-MAP поддерживает передачу данных о микро-структуре с «донорской» КЭ сетки из широкого спектра программного обеспечения, моделирующего различ-ные технологии изготовления композитных конструк-ций: литье армированных пластиков под давлением (Moldex 3D, Moldflow, REM3D и другие), объемное формование (Moldex 3D, Moldflow), выкладка слоистого композиционного материала (Simulayt, AniForm и дру-гие), 3D печать (Digimat-AM), а также передачу результа-тов замера реальной микроструктуры в детали (Volume Graphics, Apodius и другие системы). Данные о микро-структуре могут быть переданы на «принимающую»


сетку для структурного анализа: Marc, MSC Nastran, Patran, LS-DYNA, Abaqus, Ansys, I-DEAS, Moldflow, PAM-CRASH, PAM-FORM, RADIOSS, REM3D, SAMCEF, Simulayt, 3D TIMON и других программ.

При передаче данных пользователю предоставляются различные возможности обработки и визуализации: контурные и векторные диаграммы, схема ориентации волокон в направлении толщины для оболочек, одно-временное отображение сеток и наложение их друг на друга, выборочное отображение групп элементов.

Digimat-CAEDigimat-CAE (Системы инженерного анализа) позволя-ет провести связанный конечно-элементный расчет конструкции с нелинейной анизотропной моделью материала Digimat, которая учитывает реальную микроструктуру композиционного материала в ка-ждой точке конструкции. Свойства композиционного материала зависят от характеристик его фаз и ми-кроструктуры, которая характеризуется локальной ориентацией волокон и/или технологическими дефектами (например, порис тостью). Микроструктура композиционного материала может быть определена с помощью специализированных программных паке-тов для моделирования технологических процессов изготовления или получена ее замером в реальной конструкции.

Digimat-CAE объединяет в единую цепочку конечно-элементные программные комплексы для структурного анализа, результаты моделирования технологических процессов изготовления (литье, формовка, ручная выкладка или автоматическая выкладка лентой (AFP), 3D-печать) и модель материала на микроуровне.

При связанном анализе с использованием Digimat-CAE стандартная модель материала конечно-элементного решателя заменяется на нелинейную анизотропную моделью материала Digimat. При решении задачи, на каждом шаге интегрирования, решатель запрашивает информацию о характеристиках материала. Digimat в каждой точке интегрирования для каждого конечного элемента вычисляет жесткостные характеристики ма-териала, определяет степень его разрушения и возвра-щает эту информацию в решатель.

Применение технологии связанного анализа позволяет точно промоделировать композитную конструкцию, так как учитываются реальные параметры локальной

микроструктуры композиционного материала (ориен-тация волокон и/или филаментов, дефекты, остаточные напряжения, линии спая и другие параметры), полу-ченные в процессе изготовления. Обработка и визуа-лизация результатов расчета выполняются с помощью стандартных инструментов постпроцессорной обра-ботки используемой CAE-системы.

Digimat-CAE имеет интерфейсы с программными паке-тами для моделирования технологических процессов изготовления: Moldflow, Moldex3D, SigmaSoft, 3D TIMON, REM3D, Magmasoft, Simulayt, PAM-FORM и позволяет провести расчет не только с КЭ решателями корпора-ции MSC Software: Marc, MSC Nastran SOL1XX, SOL400, SOL700, но и со сторонними решателями (LS-DYNA, SAMCEF, nCode DesignLife, Abaqus, Ansys и так далее).

Digimat-RP и Digimat-RP/Moldex3DDigimat-RP (Армированные пластики) представляет собой интегрированное решение, позволяющее выпол-нить структурный анализ изделий из армированных пластиков с учетом микроструктуры композиционного материала, получаемой при моделировании технологи-ческого процесса изготовления.

Многолетний опыт компании-разработчика Digimat по моделированию конструкций из армированных пласти-ков реализован в простом для использования решении — Digimat-RP, которое объединяет под единой графической оболочкой возможности модулей Digimat-MF, -MAP и -CAE.

Дружественный графический интерфейс Digimat-RP позволяет: загрузить конечно-элементную сетку для структурного анализа, выбрать материал Digimat, подгрузить технологическую сетку с данными о ми-кроструктуре, перенести эти данные на прочностную сетку, сделать настройки решателя, автоматически запустить задачу на расчет и провести постпроцессор-ную обработку результатов расчета.

Основные преимущества Digimat-RP:

• Работа в едином интуитивно понятном дружественном интерфейсе;

• Высокая точность моделирования свойств композиционных материалов;

• Простота подготовки расчетной модели и настройки связанного конечно-элементного анализа композитной конструкции на статическую и/или динамическую прочность;

• Поддержка различных типов расчетов (линейный и нелинейный анализ, явные и неявные методы);

• Интеграция с интерфейсами ведущих CAE-пакетов для моделирования технологических процессов и расчета на статическую и/или динамическую прочность;

• Возможность использования обширной базы данных по свойствам армированных пластиков от ведущих мировых производителей (Solvay, Stratasys, DuPont, DSM и другие);




40

• Промышленный стандарт: используется и поддерживается основными поставщиками композиционных материалов, ведущими поставщиками первого уровня и мировыми производителями композитных конструкций из армированных пластиков;

Digimat-RP/Moldex3D

Digimat-RP/Moldex3D является дальнейшим развитием Digimat-RP для расчета на прочность изделий из армиро-ванных пластиков, получаемых литьем под давлением.

Одним из ключевых моментов расчета конструкций из армированных пластиков является точное описание локальной микроструктуры композиционного мате-риала. Однако, доступ инженеров, связанных с расче-том динамики и прочности конструкции, к описанию локальной микроструктуры в настоящее время может быть затруднен.

Это связано с тем, что внутри даже одной компании, специалисты, занимающиеся моделированием тех-нологического процесса изготовления композитной конструкции, и инженеры, связанные с расчетом этой конструкции, часто работают в разных подразделениях и на разном программном обеспечении. Все это приво-дит к сложному и неэффективному циклу проектирова-ния конструкций из армированных пластиков. Данная особенность явно проявляется на начальных этапах разработки изделия, когда еще нет окончательного решения по литьевой форме или в условиях ограничен-ности времени на разработку конструкции.

Для оптимизации процесса проектирования армиро-ванных пластиков, получаемых литьем под давлением, предлагается решение — Digimat-RP/Moldex3D, которое включает в себя инструмент для оценки ориентации армирующих волокон, основанный на технологии Moldex3D (eDesign mesher и Moldex3D solver). Интег-рированное в Digimat-RP решение от Moldex3D имеет

упрощенный ввод требуемых данных (выбор материа-ла, температуры расплава и заливочной формы, время впрыска расплава, положение и диаметр отверстий впрыска) и не требует опыта в моделировании литья под давлением армированных пластиков.

Digimat-RP/Moldex3D уже на ранней стадии проек-тирования стирает границы между технологическим процессом моделирования литья под давлением и вы-сокоэффективным инженерным анализом конструкций из армированных пластиков.

Дополнительно к основным возможностям Digimat-RP новый модуль Digimat-RP/Moldex3D позволяет:

• Повысить эффективность проектирования на ранней стадии разработки конструкции;

• Провести в течение одного дня серию расчетов для выбора литьевой формы и/или технологических режимов литья под давлением;

• Выбрать оптимальную конструкцию уже на ранней стадии проектирования;

• Использовать встроенный простой и эффективный инструмент оценки ориентации армирующих волокон и учета линий спая;

Digimat-HC Digimat-HC (Сэндвич-панели) предназначен для просто-го, быстрого и эффективного проектирования и испыта-ния композитных сэндвич-панелей, используя передо-вые технологии моделирования микромеханических свойств композитного материала.

Для расчетов Digimat-HC использует собствен-ный конечно-элементный решатель. Графический интерфейс ориентирован на максимальную прос-тоту использования. Заполнитель задается как материал с изотропными свойствами (например — вспененный пенопласт) или как сотовый наполни-тель, свойства которого вычисляются на основе заданной геометрии ячейки. Обшивка опреде-ляется как укладка слоистого композиционного материала с заданной ориентацией и толщиной каждого слоя. Материал для слоев в укладке может быть выбран как однонаправленный, тканный или слой с равновероятнос тной ориентацией волокон в плоскости (Random 2D). Критерии разрушения для наполнителя — максимальные напряжения, для композиционного материа ла обшивки — критерий максимальных напряжений/деформаций, Цая-Ву, Цая-Хилла, Аззи-Цая-Хилла. Пользователь выбирает один из трех наиболее распространенных вариан-


тов испытания сотовой панели (трехточечный изгиб, четырехточечный изгиб или сдвиг в плоскости), задает место приложения нагрузки, ее величину , а также расположение опор. Digimat-HC автоматиче-ски создает конечно-элементную модель, проводит расчет средствами встроенного решателя, отобра-жает результаты расчета (перемещения, напряже-ния, деформации, индексы разрушения) для панели и каждого из слоев и автоматически создает отчет в формате html.

Digimat-VADigimat-VA (Виртуальные расчетные характеристики) — высокоэффективное решение, позволяющее легко и быстро провести «виртуальные испытания» требуе-мой серии образцов и автоматически получить рас-четные характеристики слоистого композиционного материала в зависимости от типа материала, разброса его характеристик, укладки слоев в пакете, условий окружающей среды при испытании, видов испытаний и типов образцов.

Digimat-VA так же позволяет провести исследования влияния различных дефектов в образцах при изготов-лении на характеристики композиционного материала (учет пористости, расслоения, свилеватости с возмож-ностью задания площади или объема дефекта и его расположения в образце).

Digimat-VA сочетает в себе интуитивно понятный дру-жественный интерфейс, встроенный высокоэффектив-ный нелинейный конечно-элементный решатель, мно-гоуровневое (на микро- и макроуровне) моделирование композиционных материалов с прогрессирующим разрушением, инструменты автоматической калибров-ки материала, статистической обработки результатов и создания отчетов.

В первую очередь Digimat-VA предназначен для спе циа-листов, связанных с квалификацией композиционных материалов и получением расчетных характеристик. Применение Digimat-VA обеспечивает получение требуемых характеристик и принятие решений как до начала, так и параллельно с программой длительных натурных испытаний образцов.

Ключевые особенности Digimat-VA:• быстрое создание матрицы испытаний для

выбранных материалов, укладок, образцов и условий окружающей среды;

• построение многоуровневых моделей материала, основываясь на свойствах фаз и описании структуры композиционного материала;

• учет разброса свойств в зависимости от партии поставки материала, техпроцесса и особенностей испытаний;

• оценка влияния разброса свойств на расчетные характеристики композиционного материала;

• возможность выхода за пределы рекомендованных в CMH17 (Composite Materials Handbook) процедур;

• получение виртуальных расчетных характеристик композиционного материала с помощью серии расчетов нелинейных конечно-элементных моделей с прогрессирующим разрушением;

• частичная замена или расширение программы натурных испытаний образцов за счет виртуальных, сокращение количества и снижение стоимости натурных испытаний;

• связь с системой управления данными по материалам — Material Center для экспорта в Digimat-VA откалиброванных по результатам натурных испытаний моделей материалов и импорта обратно в Material Center результатов виртуальных испытаний (кривые сопротивления деформации, расчетные характеристики по A- и В-базисам, среднее значение);

Задачи, решаемые с Digimat-VA:• подготовка матрицы виртуальных испытаний:

- выбор композиционного материала (однонаправленный или тканный) из существующих в базе данных или создание нового материала; - автоматическая калибровка математической модели материала Digimat по результатом натурных испытаний однонаправленных образцов (результатам общей квалификации); - задание укладок слоев в пакете; - выбор видов испытаний (растяжение, сжатие) и типов образцов (гладкий, с открытым отверстием, с заполненным отверстием и другие); - определение условий окружающей среды (влажность, температура) для испытаний; - задание матрицы испытаний и разброса параметров в образцах в зависимости от партии поставки материала, технологии изготовления и испытаний; - автоматическое создание конечно-элементных моделей, основываясь на заданной матрице виртуальных испытаний;

• нелинейный расчет всех созданных конечно-элементных моделей с учетом прогрессирующего разрушения;

• определение расчетных характеристик слоистого композитного материала

• обработка результатов виртуальных испытаний: - Автоматическое извлечение жесткости (только для гладких образцов), предела прочности и кривой сопротивления деформации;




42

- статистическая обработка результатов по всем конечно-элементным моделям и автоматическое вычисление среднего значения, А и В-базисов; - визуализация напряжений, перемещений, деформаций и повреждаемости композитного материала;

• создание настраиваемых отчетов.

Digimat-AMDigimat-AM (Аддитивное производство) — высокоэф-фективное решение, позволяющее виртуально промо-делировать процесс 3D-печати детали из однородного или армированного пластика, определить коробление и остаточные напряжения, возникающие в детали в за-висимости от технологических параметров процесса, стратегии печати и выбранного материала.

Модуль имеет дружественный, интуитивно понятный интерфейс, который предоставляет пользователю воз-можность реализации полного цикла моделирования изготовления детали методом 3D-печати:

• Выбор параметров принтера и технологии изготовления (SLS (Selective Laser Sintering) — метод спекания порошковых компонентов лазером, FFF (Fused Filament Fabrication) — метод наплавления нити или FDM (Fused Deposition Modeling) — метод послойного наплавления);

• Импорт геометрии детали в формате STL;

• Задание ориентации детали в рабочей камере, толщины слоя (для SLS технологии) или загрузка траектории движения печатающей головки (для FFF / FDM технологий);

• Выбор материала из базы данных от производителей (Stratasys, DSM, Solvay и другие) или создание нового материала со своими характеристиками матрицы и армирования:

- незаполненный (однородный) полимер; - армированный волокнами или гранулами полимер;

• Задание технологических параметров 3D-печати для выбранной технологии изготовления;

• Автоматическое создание на геометрии воксельной КЭ сетки выбранного размера;

• Моделирование процесса полного цикла изготовления детали (печать, удаление опорной плиты и поддерживающих структур) одним из доступным методов: тепловой анализ, связанный термопрочностной анализ или методом Inherent Strains;

• Обработка результатов расчета (остаточные напряжения, остаточные перемещения (коробление));

• Экспорт результатов моделирования: - искаженная геометрия после изготовления (геометрический формат STL); - остаточные напряжения и перемещения для учета их в последующем расчете на прочность и/или жесткость детали с учетом микроструктуры в ней после изготовления; - КЭ модель для недеформированной (исходной) геометрии (формат входного файла Marc); - анимация процесса печати (формат GIF);

• Получение скомпенсированной геометрии (геометрия, которая после 3D-печати займет теоретическое положение);

• Оптимизация материала и технологического процесса 3D-печати;

Digimat-AM позволяет пользователям еще до начала изготовления детали определить возможные произ-водственные проблемы, помогает подобрать опти-мальный материал, оптимизировать технологические параметры изготовления и получить скомпенсирован-ную геометрию для минимизации коробления будущей детали при ее реальном изготовлении. Использование виртуального моделирования с Digimat-AM позволяет значительно сократить количество проб и ошибок при изготовлении детали методом печати на 3D принтере.

Уникальный функционал программного комплек-са Digimat обеспечивает моделирование широкого спектра многофазных материалов и предоставляет пользователям практически неограниченные возмож-ности для эффективного проектирования композитов: от разработки материалов и проведения виртуальных испытаний образцов, до моделирования технологии изготовления и получения конечных характеристик конструкции. Такой комплексный подход делает Digimat востребованным всеми специалистами, связанными с КМ или композитными конструкциями: от разработ-чиков композиционных материалов и специалистов по статической или динамической прочности конструк-ций, до материаловедов, занимающихся испытаниями материалов, и технологов, отвечающих за изготовле-ние композитных деталей.


Учет влияния технологических процессов изготовления деталей является важной частью всего процесса про-ектирования изделий. Необходимо, не только, грамот-но спроектировать деталь и просчитать ее работоспо-собность в процессе жизненного цикла. Кроме этого, нужно удостовериться в том, что эта деталь может быть создана на существующем оборудовании с заданной точностью, например, учесть эффект обратного пру-жинения, остаточных деформаций, коробления дета-ли и тому подобное. Так же, необходимо правильно спроектировать само оборудование (матрицы, пуан-соны, крепежный инструмент и так далее) и подобрать оптимальные режимы его работы.

Исследование различных вариантов технологиче-ских процессов на реальном оборудовании имеет ряд недостатков. Это невозможность варьирования пара-метров оборудования в широком диапазоне; вероят-ность выхода этого оборудования из строя в процессе отладки процесса; большие временные и энергозатра-ты; а также риск получить недостаточно качественную продукцию. Поэтому оптимизация существующих про-изводственных процессов и внедрение в производство новых видов продукции являются очень затратными.

Для сокращения этих затрат эффективно использо-вать компьютерное моделирование технологических процессов. Этот подход позволяет численно смоде-лировать нужный процесс и подобрать оптимальные параметры работы оборудования еще до принятия окончательных решений по технологической оснастке и организации самого производственного процесса.

Для моделирования технологических процес-сов может быть задей-ствован функционал пакетов общего назначе-ния, таких как, Marc, Dytran и MSC Nastran.

Однако, в этом случае, наиболее эффективно использо-вать специализированные пакеты. Корпорация MSC Software предоставляет пользователям три специ-ализированных пакета в этой области. Это пакет Simufact Forming, предназначенный для компьютерно-го моделирование процессов обработки металлов давлением (ОМД) и термообработки (ТО), пакет Simufact Welding. предназначенный для моделирова-ния и оптимизации процессов сварки и пакет Simufact

SimufactМоделирование технологических процессов обработки металлов давлением, термообработки, сварки и 3D-печати

Additive, предназначенный для моделирования техно-логий 3D-печати изделий из металлов.

Эти пакеты — уникальный инструмент технолога для виртуальной отработки практически любого технологи-ческого процесса, или даже цепочки технологических процессов, что позволяет предприятию экономить средства, выделяемые на экспериментальную отработ-ку, и одновременно создавать оптимальную техноло-гию производства.

Simufact FormingSimufact Forming является полнофункциональным комплексным решением для моделирования широкого спектра технологий ОМД и ТО, и позволяет получить ре-алистичное представление технологических процессов с полноценной 3D-визуализацией всех инструментов и деталей.

Пакет предназначен для технологов, занятых реше-нием задач отладки и оптимизации технологических процессов. Simufact Forming позволяет моделировать такие процессы, как: горячая и холодная штамповка, листовая штамповка, прокатка, свободная ковка, механические соединения (включая клёпку), раскатка колец, термообработка, сварка давлением, вырубка заготовок, прошивка и другие.

Графический интерфейс пользователя Simufact Forming легок и прост в освоении, что позволяет сократить срок обучения. Пользователь может сосредоточиться на самом процессе формования детали вместо того, что-бы сталкиваться с трудностями по настройке работы программного обеспечения. Все стандартные процес-сы формовки могут быть легко промоделированы за несколько щелчков мыши. Однако Simufact Forming не ограничен работой с пользователями, имеющими толь-ко начальную подготовку. Опытные пользователи могут работать с расширенным функционалом пакета, что позволяет моделировать процессы любой сложности.

При моделировании технологических процессов можно учитывать реальную кинематику оборудования любой сложности и типа, различные модели материала (упру-гие, пластичные, с учетом упрочнения и т.д.), трение и контакт между инструментами и деталями, а также




44

самоконтакт в формирующейся детали для прогнози-рования образования складок, термодинамику процес-са и многое другое.

Основные характеристики ориентированного на прак-тическое использование графического интерфейса:

• Простой и интуитивно понятный графический интерфейс пользователя c работой в стиле Windows (с технологией drag & drop)

• Все возможности по моделированию доступны в единой среде (2D и 3D представление, подготовка модели, расчёт и обработка результатов)

• Легкий и простой в освоении программный комплекс

• Используется терминология специалистов технологических отделов

• Чёткое разделение на область объектов (инструменты, машины, материалы и т.д.), область процессов (операции формовки) и графическую область/область визуализации результатов

• Все необходимые объекты могут помещаться в базы данных и, таким образом, становятся доступными для повторного использования

• Доступ к обширной библиотеке со свойствами металлических материалов

• Технология работы с шаблонами

Simufact Forming предлагает широкий набор инстру-ментов для виртуального проектирования и отработ-ки реальных технологических процессов. Используя Simufact Forming, можно моделировать как отдельные стадии технологического процесса, так и всю техноло-гическую цепочку целиком — от заготовки до готового изделия. Кроме того, при необходимости учитывать в этой цепочке процессы сварки, можно задействовать пакет Simufact Welding.

Simufact WeldingПакет Simufact Welding является полнофункциональным комплексным решением для моделирования и оптими-зации различных процессов сварки, наплавки и пайки.

С использованием этого пакета можно моделировать различные виды сварки: дуговую сварку плавящимся

электродом в среде инертного газа (MIG), дуговую сварку плавящимся электродом в среде активного газа (MAG), дуговую сварку неплавящимся электродом в среде инертного газа (TIG), дуговую сварку под флю-сом (UP), сварку лазерным лучом, электронно-лучевую сварку (EBW), гибридную сварку, как комбинацию ду-говой и лучевой сварки, контактную (точечную) сварку используя электроды стандартной или произвольной формы, пайку, наплавку, сварку давлением (трением) (с использованием модуля Simufact Forming).

Simufact Welding рассчитывает свойства материала в зоне термического влияния с учетом изменений в микроструктуре, что позволяет делать выводы о свойствах сварного шва, в частности о его прочности. Пользователь получает важную информацию для оцен-ки вероятности возникновения сварочных дефектов, таких, например, как горячие трещины, что позволяет внести изменения в процесс сварки, чтобы избежать появления этих трещин на практике.

Simufact Welding ориентирован на специалистов по сварке. Интуитивный понятный графический пользова-тельский интерфейс программы позволяет эффективно моделировать процесс сварки даже при ограниченном опыте работы с расчетными пакетами.

Использование Simufact Welding дает возможность повысить эффективность и оптимизировать процессы сварки и решает задачу по минимизации коробления и остаточных напряжений в деталях, позволяет опре-делить оптимальную последовательность сварочных операций и разработать наилучшую схему фиксации свариваемых деталей. Пользователь может определить окончательную форму изделия с высокой точностью, спрогнозировать микроструктуру материала в около-шовной зоне, исключить образования горячих трещин, спрогнозировать последствие термического воздейст-вия на свойства сварных швов, а также провести оцен-ку прочности сварного соединения.

Преимущества использования Simufact Welding• Создание моделей и обработка результатов

в рамках единого графического интерфейса

• Интерактивное графическое управление сварочными параметрами и крепежом

• Доступны все виды результатов по сечениям

• Возможность оценки результатов в процессе расчета

• Мониторинг сварных швов

• Диаграммы значений параметров в точках для сравнения с данными натурных экспериментов

• Прямые и ускоренные методы расчета (полносвязанное решение, термоциклы, расчёт за один проход, метод усадки, прочностное решение и т.д).

• Удобная подстройка свойств материала из базы данных к свойствам реального материала. Эта возможность дает более высокую точность при вычислении внутренних напряжений, а, следовательно, деформаций и эффекта обратного пружинения.


• При обработке результатов могут быть заданы локальные системы координат, что в частности позволяет задавать собственные критерии разрушения.

Simufact Welding позволяет разрабатывать и оптимизи-ровать процессы сварки и решает следующие задачи:

• Минимизация коробления и остаточных напряжений

• Определение оптимальной последовательности сварочных операций

• Разработка наилучшей схемы фиксации

• Определение окончательной формы изделия с высокой точностью

• Прогнозирование микроструктуры материала в околошовной зоне

• Исключение образования горячих трещин

• Прогнозирование последствий термического влияния на свойства сварных швов

• Оценка прочности сварного соединения

Комбинируя Simufact Welding и Simufact Forming можно моделировать различные технологические цепочки. Таким образом, процессы сварки могут быть эффек-тивно интегрированы в процесс численного модели-рования всего технологического процесса. Простая передача данных между пакетами позволяет не только принимать во внимание историю обработки металла давлением, но также проводить анализ прочности при моделировании сварных швов.

Simufact Additive Технологии 3D-печати — это быстрорастущее и перспек-тивное направление для промышленности. 3D-принтеры позволяют создавать детали, которые невозможно из-готовить другими способами. К преимуществам адди-тивных технологий можно также отнести возможность создания сложных сборок, без необходимости соеди-нения множества частей друг с другом. Преимущества аддитивного производства достигаются за счет опера-тивности производства, возможности создания более легких деталей из меньшего количества материала, с меньшим количеством отходов и с меньшими затрата-ми энергии, отсутствия необходимости использования дополнительного оборудования.

Несмотря на явные достоинства аддитивных техноло-гий, существующие промышленные системы 3D-печати имеют и явные недостатки. В первую очередь — это коробление детали при печати, что приводит к иска-жению её формы и превышение допусков на размеры. Кроме этого, в процессе печати в детали могут возни-кать большие напряжения и деформации, что может приводить к возникновению трещин, отрыву поддер-

жек и другим проблемам, вплоть до разрушения детали в процессе производства. К другим проблемам этой технологии можно отнести качество поверхности дета-лей, включая наличие дефектов и пор, а также низкую производительность процесса печати.

Тем не менее, эти недостатки могут быть нивелированы при использовании компьютерного моделирования, которое позволяет быстро и с небольшими затратами проводить виртуальную отработку технологических процессов. Комбинация расчётных и эксперименталь-ных методов позволяет расшить область применения аддитивных технологий в промышленности. В первую очередь это быстрое создание опытных образцов и производство деталей малыми партиями, а также производство деталей сложной формы, которые невоз-можно произвести другими способами.

Для моделирования технологических процессов наи-более эффективно использовать специализированное программное обеспечение. Корпорация MSC Software предоставляет пакет Simufact Additive, предназначенный для моделирования аддитивных технологий методом расплавления материала в заранее сформированном слое (Powder Bed Fusion), включая процессы селективного лазерного плавления и электронно-лучевого плавления.

Simufact Additive позволяет производить проработку и оптимизацию технологического процесса печати на 3D-принтерах. Этот пакет даёт возможность вычислять деформации в детали, а также получать состояние де-тали после термической обработки, удаления опорной плиты и поддерживающей структуры. Таким образом, используя компьютерное моделирование, ещё до нача-ла собственно процесса изготовления изделия, можно подобрать оптимальное направление печати и оптими-зировать форму поддерживающей структуры. Кроме этого, можно минимизировать деформации и остаточ-ные напряжения в детали и уменьшить или вообще избежать искажения её формы, что позволит печатать детали с требуемой точностью с первой же попытки.

Компьютерное моделирование промышленных аддитив-ных технологий хорошо интегрируется в общую линейку технологий MSC Software. Процесс проектирования может начинаться с топологической оптимизации в MSC Apex Generative Design. В результате можно полу-




46

чить оптимальную с точки зрения прочности форму дета-ли. При этом, нет необходимости учитывать ограничения, накладываемые традиционными способами производ-ства детали. Затем, в пакете Simufact Additive моделирует-ся собственно процесс 3D-печати металлической детали. После этого можно промоделировать процесс термообра-ботки, необходимой для снятия внутренних напряжений. Следующим этапом моделируется обрезка и удаление опорной плиты и затем удаление поддерживающей структуры. При необходимости, моделируется процесс горячего изостатическое прессования (ГИП). Результаты моделирования с любой стадии процесса могут быть переданы в другие пакеты корпорации MSC Software. Например, в пакете Marc можно производить анализ прочности с учётом остаточных деформаций в детали, а в MSC Fatigue можно спрогнозировать долговечность.

В результате расчёта можно в любой момент времени, на любом этапе, получить коробление, напряжения и де-формации в любой точке и в любом сечении детали.

Эффективным способом применения Simufact Additive является моделирование компенсации искажений формы. На первом этапе моделируется процесс печати исходной модели. В результате получается деталь со значительными деформациями. Далее производится инвертирование этих деформаций. Таким образом, по-лучается геометрическая модель детали, но не идеаль-ной формы, а с упреждающей компенсацией искаже-ний. Вторым этапом моделируется процесс печати этой измененной модели. В результате печати такой модели получается деталь практически идеальной формы.

В заключении, хотелось бы отметить основные преиму-щества пакета Simufact Additive:

• Новая концепция интуитивно понятного, легкого в освоении и использовании графического интерфейса позволяет начать анализ в течение нескольких минут;

• Быстрое проведение расчетов на настольных компьютерах и даже ноутбуках;

• Масштабируемое решение, позволяющее выбрать между быстрым расчётом для решения основных проблем и подробным исследованием для глубокого изучения задачи;

• Быстрое создание воксельных сеток на любых деталях и поддерживающих структурах;

• Охват всей производственной цепочки вплоть до конечного результата, включая 3D-печать, ТО, обрезку от опорной плиты, удаление поддержек и ГИП;

• Современные и надёжные технологии, использующие в качестве решателя Marc — лидирующую систему компьютерного инженерного анализа нелинейных процессов;

• Помощник позиционирования детали, позволяющий выбрать её наилучшее положение в пространстве камеры принтера по заданным критериям;

• Партнёрство с компанией Materialize (Materialise Magics), расширяющее способы создания эффективных поддерживающий структур;

• Автоматическая оптимизация поддерживающих структур;

• Автоматизированный рабочий алгоритм упреждающей компенсации искажений итерационно меняет форму детали до удовлетворения критерия «приемлемое искажение».

Использование Simufact Additive позволяет создавать детали с первой же попытки и даёт возможность про-считывать и минимизировать деформации и остаточные напряжения, выбирать оптимальное направление роста, оптимизировать поддерживающую структуру, умень-шать затраты материала и энергии, и в целом увели-чивать эффективность производства за счёт замены натурных испытаний компьютерным моделированием.

Модульная концепция Simufact Forming и Simufact Welding:

Горячая штамповка

Холодная штамповка

Листовая штамповка Прокатка

Ковка Раскатка колец

Механические соединения Термообработка

Сварка давлением Дуговая сварка

Лазерная сварка Точечная сварка


Решения компании FTI (часть Hexagon Manufacturing Intelligence) предоставляют пользователям быстрый и точный метод разработки формы и раскроя загото-вок, а также дают рекомендации по изменению формы деталей, изготавливаемых штамповкой, для снижения их себестоимости. Решения специально разработаны для отделов закупок, планировщиков, сметчиков, инже-неров, менеджеров по работе с клиентами и разработ-чиков инструментов и штампов.

Данные решения являются промышленным стандартом для проведения оценки стоимости, проектирования из-делий, планирования процессов листовой штамповки и разработки штампов.

Программное обеспечение FTI выявляет проблемы листовой штамповки за считанные минуты, позволяя пользователям проводить изменения на ранних эта-пах жизненного цикла изделия, что, в конечном итоге, экономит корпорациям миллионы долларов ежегодно. Результаты анализа формуемости учитывают геометрию заготовки и инструмента, свойства материала, трение, поверхность прижима, дополнительные поверхности матрицы, необходимое усилие прижима заготовки, дав-ление на рабочей поверхности, выштамповки, а также заготовки, сваренные по выкройке.

FormingSuite включает интерактивную среду для соз-дания и документирования процессов планирования листовой штамповки с учетом различных особенностей таких, как фланцы, отверстия и выштамповки. План процесса описывает последовательность обработки и подробные действия для каждой операции.

Компания FTI предоставляет следующие программные комплексы:

• COSTOPTIMIZER® Professional — оценка стоимости листовой штамповки

• COSTOPTIMIZER® Advanced — анализ на техническую реализуемость листовой штамповки

• FormingSuite® Professional — компьютерное моделирование процессов штамповки деталей из листового металла

FormingSuiteОценка стоимости и технической реализуемости процессов обработки листового металла

Компания FTI также предлагает встроенные в CAD системы решения для проведения оценки стоимости и анализа на техническую реализуемость.

Основные возможности программного обеспечения компании FTI:

• Быстрое и автоматизированное решение проблем, связанных с уменьшением затрат на материалы при совместной работе менеджеров и инженеров.

• Определение изменения дизайна изделий, которые улучшают его качество и использование материала, а также уменьшают вес и затраты с целью оптимального использования материала.

• Использование научного подхода, основанного на моделировании физики процесса штамповки, выявляет проблемы формуемости на стадии проектирования листовых изделий, снижая необходимость в доработке проекта.

• Точное определение трещин и складок с использованием диаграммы предельного формования (FLD). Определение зон безопасности, деформаций по толщине, максимальных / минимальных главных деформаций и т. д.

• Вычисление обратного пружинения позволяет проводить компенсацию геометрии инструментов для штамповки листовых деталей с заданным допуском на размеры.

• Определение нормативной себестоимости для изделий и оснастки с подробным технологическим планом калькуляции стоимости изделий.

• Расчёт требований к прессам: тоннаж, размер станины, рабочая высота, необходимая энергия. Выбор подходящих прессов.

• Эффективный анализ процессов штамповки для разработки заготовок и валидации технологического процесса с использованием как последовательного, так и связанного гибридного обратного моделирования штамповки.




48

Преимущества использования программных решений компании FTI:

• Обеспечение целостного корпоративного решения для автоматического определения областей совершенствования и оптимизации стратегий расчета стоимости листового металла на уровне всего изделия.

• Решение производственных проблем на ранних этапах проектирования, уменьшение инженерных изменений, вызванных проблемами формуемости, и сокращение общего времени выхода изделий на рынок.

• Значительное сокращение времени на проведение оценки стоимости, позволяющее соответствующим специалистам выполнять по 2000 и более оценок в год.

• Отчеты с техническим обзором подготавливаются одновременно с оценкой стоимости, и включают схемы размещения заготовки на листе, моделирование технической реализуемости

и описание процесса работы инструмента с графическими макетами и разбивками затрат для анализа стоимости инструмента.

• Мгновенная обратная связь по вычислению требований к оборудованию, включая тоннаж пресса и размеры станины, позволяет заранее планировать потребности в этом оборудовании, с целью его максимально эффективного задействования для текущих и планируемых производственных процессов.

• Стабильный и воспроизводимый метод оценки затрат на оснастку с подробными отчетами, которые подключаются к любой системе.

Бесшовно интегрированные инструменты FormingSuite обеспечивают компьютерное моделирование и про-верку всего процесса от оценки стоимости, и проекти-рования оснастки до подробного виртуального моде-лирование процессов штамповки с высокой скоростью и эффективностью в простом и интуитивно понятном графическом пользовательском интерфейсе.

Программный комплекс Patran это универсальный, надежный, эффективный и мощный универсальный графический интерфейс пользователя, предназначен-ный для подготовки расчетных моделей и обработки результатов расчёта.

Patran обеспечивает интеграцию систем геометриче-ского и конечно-элементного моделирования, анализа и обработки результатов расчета и предназначен для углубленных исследований работоспособности и опти-мизаций изделий на стадиях проектирования, произ-водства и эксплуатации.

Patran с помощью настраиваемого графического интерфейса и интерактивной справочной системы предоставляет эффективные возможности по импорту геометрических моделей из CAD систем, созданию и редактированию геометрии, генерации конечно-элементных сеток, подготовке и настройке расчетных моделей и обработке результатов расчета.

Patran включает в себя обширные функции по созда-нию и модификации геометрических моделей, в том числе твердотельное моделирование и Булевы опе-рации, создание срединных поверхностей, автомати-ческое распознавание и параметризацию отверстий, скруглений и фасок.

Наличие мощного инструментария для быстрого создания, редактирования, контроля качества и оп-тимизации конечно-элементных (КЭ) сеток позволяет в короткое время создавать требуемые расчетные мо-

PatranУниверсальный графический пользовательский интерфейс


дели. Наряду со стандартными генераторами КЭ сеток в Patran присутствуют специализированные генерато-ры сеток на 2D поверхностях: Advanced Surface Mesher, Midsurface и Sheet Body Mesher, позволяющие созда-вать высококачественные КЭ сетки на наборе поверх-ностей любой степени сложности и “плохого” с точки зрения генерации КЭ-сеток качества. Геометрические модели такого типа часто встречаются при моделиро-вании самолетов, автомобилей, судов, ж/д транспорта и других, преимущественно оболочечных изделий сложной формы. Для работы с сетками на твердотель-ной 3D-геометрии, в Patran существует обширный список инструментов, позволяющий получить в крат-чайшие сроки расчетную КЭ модель, которая учитывает все множество конструктивных элементов, включая фаски, скругления, углубления, отверстия и т.д. Кроме этого, Patran обладает и другими уникальными воз-можностями в области работы с КЭ сетками. Например, это генерация КЭ сеток на основе других КЭ сеток без использования геометрических моделей, а также со-здание геометрии на оболочечных КЭ сетках (операция обратная созданию КЭ сеток на поверхностях).

Patran предоставляет обширный и удобный в исполь-зовании набор возможностей для задания различных нагрузок, граничных условий, свойств материалов и ко-нечных элементов, параметров расчета, а также для обработки, преобразования и визуализации резуль-татов счета. Нагрузки, граничные условия и свойства конечных элементов могут быть привязаны как к геоме-трии, так и непосредственно к КЭ сетке.

Встроенный инструмент Patran для работы с расчетной моделью в графическом интерактивном режиме — Model Browser ( “дерево модели”) позволяет наиболее

эффективно и быстро управлять геометрией, свойства-ми материалов и элементов, нагрузками и граничными условиями и расчетными случаями. Простая и “на-глядная” работа с моделью при помощи Model Browser существенно повышает эффективность и скорость создания расчетных моделей и позволяет устранить ошибки при подготовке сложных расчетных случаев, например при формировании цепочек из различных типов расчета для комплексного или мультидисципли-нарного анализа.

Функции «Групп», «Списков» и «Суперэлементов» позволяют создавать и обрабатывать полноразмерные подробные модели сложных конструкций, таких как самолет, автомобиль и т.д. на основе миллионов конеч-ных элементов. Эти функции, также как и стандартные интерфейсы Patran, широко используются при ведении международных проектов одновременно несколькими компаниями или при организации работ на распреде-ленных рабочих местах при ведении больших проектов в рамках одного предприятия.

Широкие возможности внутреннего встроенного языка Patran — Patran Command Language (PCL) по созданию подпрограмм (утилит) позволяют пользователю само-стоятельно доработать и настроить Patran под свои требования для решения конкретных задач.

Patran предлагает различные настройки по запуску ре-шателей на счёт, в том числе и на удалённых серверах и гетерогенных компьютерных сетях, как в однопроцес-сорных так и в многопроцессорных режимах работы. Предусмотрен инструментарий для отслеживания и контроля процессов решения задач.

Отображение результатов расчета с помощью усовер-шенствованных средств визуализации в виде заливок, изоповерхностей, векторов, тензоров, деформирован-ного состояния, графиков, отчетов и других встроен-ных средств визуализации помогают ускорить оценку результатов расчёта и повысить ее качество. Patran предоставляет возможность приведения результатов к любой локальной системе координат, как декартовой, так и цилиндрической или сферической. Результаты расчета в Patran можно складывать, вычитать, умно-жать на любое число, получать их линейную комбина-цию, находить минимальные и максимальные значения и т.д. Это позволяет пользователю на основе суще-ствующих результатов расчета без дополнительного запуска решателя создать в Patran новые результаты. Кроме того, внутренние средства Patran позволяют вы-полнять математические операции над компонентами результатов расчёта. Например, можно по компонентам тензора напряжений просчитать эквивалентные значе-ния напряжений по любой формуле.

Интеграция с CAD-системами: помимо доступа к стандартным геометрическим форматам, таким как Parasolid, ACIS, STEP, IGES, STL, VDA и др., Patran предоставляет прямой доступ к наиболее популярным в мире программным пакетам автоматизированного проектирования: CATIA v4 и v5, NX, Creo и SolidWorks. При использовании Patran, как правило, именно CAD-геометрия становится основой конечно-элементной модели. Поэтому Patran включает в себя специальные




методы и функции для контроля и автоматизированно-го исправления дефектов импортированных из CAD-систем геометрических моделей, что при современ-ном уровне сложности и подробности компьютерных моделей существенно облегчает работу конструкторов и расчетчиков. Patran обеспечивает доступ к геоме-трическим и КЭ моделям, созданным в MSC Apex. Таким образом, можно отредактировать геометричес-кую модель используя мощный функционал сиcтемы MSC Apex, построить в этой системе КЭ сетку и экс-портировать всё в Patran, сохранив там связь между гео метрией и конечными элементами.

Интеграция с системами анализа: с помощью соот-ветствующих настроек Patran обеспечивает подготовку модели и обработку результатов для большого количе-ства расчетных систем. Интерфейсы для

MSC Nastran, Marc, Dytran, MSC Fatigue, Sinda, Flightloads, Patran Thermal, LS-DYNA, PAM-CRASH, ANSYS и ABAQUS можно приобрести в MSC Software, а для других систем — у самих производителей. Мощ-ные возможности языка PCL также позволяют поль-зователям включать свои системы анализа в среду Patran, создавать новые функции и разрабатывать собственные приложения, что делает Patran основой для разработки открытого MCAE окружения.

Patran предоставляет ряд дополнительных расши-ренных средств для работы с MSC Nastran, включая поддержку 400-й, 600-й и 700-й последовательностей решений.

Встроенные подсистемы: наряду с интерфейсами к ведущим конструкторским и расчетным системам Patran имеет целый ряд специальных встроенных при-ложений:

Patran Thermal — анализ тепловых процессов и гид-равлических сетей,

Patran Laminate Modeler — эффективный инструмент конструктора, расчетчика и технолога для разработки, анализа и подготовки производства конструкций из слоистых композиционных материалов и/или сэндвич-панелей. Инструмент позволяет промоделировать выкладку и/или драпировку материала при изготов-лении, передать информацию об ориентации волокон в каждом слое пакета на конечные элементы расчетной модели, “на лету” по НДС рассчитать индексы разру-шения и коэффициенты запаса для пост-процессорной обработки, создать развертки слоев, поверхности пресс-формы и муляж для производства.

Analysis Manager — многофункциональная система, управляющая процессами выполнения заданий.

Дополнительные инструменты: в меню Tools содер-жится большой набор дополнительных инструментов, которые, в частности, позволяют вычислять массово-инерционные свойства как конструкции целиком, так и любой её части; находить свойства балочных сечений произвольной формы; распознают и параметризируют отверстия, фаски и скругления на 3D телах, создают преднагруженные болтовые соединения; автоматиче-ски распознают контактные тела и контактные пары на сборках, позволяют создавать шаблоны по выводу результатов и многое другое.

Patran — мощная интегрирующая графическая среда для автоматизации инженерных расчетов и коопера-ции предприятий, подразделений и отдельных специа-листов.


DytranАнализ существенно нелинейных быстропротекающих процессов

Столкновение конструкций с их разрушением, попада-ние птицы в авиадвигатель, обрыв лопатки ГТД, посад-ка вертолёта/самолёта на воду, срабатывание подушки безопасности, плескание жидкости в ёмкостях/баках («слошинг»), взрывы и их воздействие на конструкцию, штамповка металла и т.п.

Dytran — это система моделирования быстропротека-ющих существенно нелинейных процессов взаимодей-ствия конструкции и жидкости (газа) или конструкции и конструкции, в том числе их разрушения.

Основой Dytran являются совместная работа решате-лей Лагранжа (моделирование твёрдых тел) и Эйлера (моделирование жидкости/газа), широкий спектр моделей материалов (включая гидродинамическую) и различные типы уравнений состояния жидкой среды (газа). Возможно моделирование работы материала со сдвиговой жёсткостью в эйлеровой постановке. Это позволяет моделировать физические явления с при-сутствием неограниченных деформаций, различные ги-дродинамические процессы, в том числе гидроудары, а также решать задачи по моделированию и анализу специальных динамических воздействий на конструк-цию (взрыв, пробитие и т.п.).

Типичные приложения Dytran — моделирование взаимодействия препятствия с автомобилем, водителя с наполняющейся подушкой безопасности, ремнями безопасности и другими средствами пассивной защиты. Используя Dytran можно решать такие мультифизичные и многодисциплинарные задачи, как столкновение птиц или малых летательных аппаратов с планером самолета, попадание различных объектов в проточные части авиа-ционных газотурбинных двигателей, в том числе частиц льда, града и т.д., аварийная посадка летательного аппа-рата на воду, столкновения судов и их взаимодействия с водой и дном (случай посадки судна на мель). Также можно производить расчет процессов высокоскорост-ного пробивания преград, глубокой листовой штамповки (с высокой степенью формоизменения), взаимодействия жидкости и конструкции, аквапланирования и т.д.

В Dytran поддерживается множество различных моде-лей разрушения материалов. Возможно моделирова-ние процесса разрушения металлов, слоистых компо-зиционных материалов, в т.ч. керамики.

Реализация абсолютно нового подхода к расчетному моделированию Underwater Shock Explosion позволяет моделировать такие сложные физические явления, как подводные взрывы (в т.ч. с распределенными в прос т-ранстве зарядами различной мощности и различным временем срабатывания) и распространение ударных волн в жидкости.




52

Отличительной особенностью Dytran является воз-можность особенно эффективно моделировать дина-мическое взаимодействие жидкости и конструкции: возможен учёт вязкости жидкости; число жидкостей с различными свойствами в одной модели не ограни-чено, но при этом не должно превышать 10 в пределах одной ячейки сетки; автоматическое построение эйле-ровой сетки в процессе решения задачи и только в тех зонах пространства, куда устремляется жидкость и др.

Реализованные в Dytran методы, позволяющие ра-ботать с несовпадающими сетками (к одной грани элемента может присоединяться несколько элементов меньшего размера), с сетками с неоднородной плот-ностью и смешанными сетками (несовпадающие сетки + сетки с неоднородной плотностью), существенно со-кращают затраты на создание расчетной модели. Кро-ме того, Dytran позволяет реализовывать расчетные случаи в одномерной постановке для эйлеровых задач

со сферической симметрией и в двумерной постановке для задач с осевой симметрией.

Dytran использует новейшие “coupling” и “сlumping” алгоритмы для моделирования контактного и ударного взаимодействия элементов конструкций, в том чис-ле взаимодействия жидкости и конструкции — Fluid Structure Interaction (FSI). General Coupling является основным методом организации взаимодействия жидкости и конструкции. Его модификация — Fast Coupling, с учетом особенностей метода, может быть существенно эффективнее. Arbitrary Lagrange Euler (ALE) Coupling — еще один доступный метод, позволя-ющий учитывать не только движение и деформации в лагранжевой и эйлеровой частях модели, но и учесть движение самой эйлеровой сетки. Это открывает новые возможности для моделирования FSI взаимодействия. Наконец, Automatic Coupling — самый современный метод из имеющихся в арсенале Dytran. Он позволяет существенно упростить процесс подготовки модели, особенно там, где ранее необходимо было создавать множество coupling-поверхностей, замыкать проемы участками сетки со свойствами проницаемости и т.д.

В Dytran применяется явная схема интегрирования по времени, не требующая декомпозиции матриц и, в силу этого, особенно эффективная для решения нелиней-ных задач при моделировании быстропротекающих процессов. Для решения задачи в пространственной области для лагранжевой части применяется метод конечных элементов (FEM), а для эйлеровой части — метод конечных объемов (FVM).

Специально для задач большой и сверхбольшой размер-ности Dytran поддерживает распараллеливание задачи по узлам кластера для FSI в режиме Distributed Memory Parallel (DMP). Новые алгоритмы для высокопроизводи-тельных FSI вычислений в DMP режиме не требуют допол-нительного лицензирования. Широкий спектр решаемых задач позволяет применять Dytran в аэрокосмической, оборонной, автомобильной, судостроительной, обраба-тывающей и многих других отраслях промышленности.

MSC Fatigue Усталостная прочность и долговечность конструкций

Анализ усталостного разрушения конструкции в условиях длительного действия переменных во времени нагрузок, уникальные возможности проектирования и оптимизации конструкций, в том числе и по требованиям долговечности, срока работы изделия в нормальных и экстремальных условиях эксплуатации.

MSC Fatigue разработан в сотрудничестве корпорации MSC.Software и nCode Intrernational Ltd, крупнейшего в мире поставщика коммерческих технологий и инже-нерных решений в области исследования долговечно-сти и ресурса.

Интерфейс MSC Fatigue


Основным источником исходных данных для выполне-ния расчета в MSC Fatigue являются результаты пред-шествующего конечно-элементного анализа конструк-ции или результаты натурных испытаний. Качество анализа долговечности в MSC Fatigue, таким образом, непосредственно зависит от качества результатов (напряжений или деформаций), полученных в струк-турном анализе или эксперименте.

Единой интегрирующей средой анализа долговечно-сти является Patran. В Patran обрабатываются резуль-таты предшествующего конечно-элементного анализа или вводятся результаты эксперимента, а также, опре-деляются истории нагружения, свойства материалов и параметры задания на расчет MSC Fatigue, контро-лируется ход решения, визуализируются и анализиру-ются результаты расчета.

Конечно-элементный анализ изделия может быть вы-полнен во временной или частотной области.

Во временной области на вход подается временная история, например, изменение во времени напряже-ний в изделии.

Однако часто истории нагружения сложны, длитель-ны и по природе случайны. Анализ таких переход-ных динамических процессов может быть выполнен с помощью MSC Nastran или комплексного использо-вания MSC Nastran и Adams. Но зачастую получение отклика во времени требует значительных вычисли-тельных затрат. Для таких типов нагрузок использу-ется другой подход, реализованный в MSC Nastran — исследование поведения структуры не во временной, а в частотной области. При этом спектры нагружения получаются очень компактными — до нескольких десятков килобайт, а время расчета в несколько раз меньше, чем при расчете долговечности во времен-ной области прямыми методами.

Временной процесс представляется в виде спек-тральной плотности (Power Spectral Density, PSD). Расчеты MSC Fatigue в частотной области составляют предмет модуля Fatigue Vibration.Усталостные характеристики материалов, исполь-зуемых в анализе долговечности, могут быть взяты либо из поставляемой с MSC Fatigue базы данных материалов DTLib, либо импортированы из внеш-ней базы данных, либо получены пользователем из собственных источников. Если пользователь имеет информацию только о статических харак-теристиках материала (модуль упругости, предел прочности...), MSC Fatigue может сгенерировать необходимые для расчета долговечности уста-лостные характеристики по реализованным в нем эмпирическим зависимостям. При использовании принципиально нового решателя DTLib позволяю-щего реализовать процесс высокопроизводитель-ных параллельных вычислений можно существен-но сократить время расчета. Усталостные характеристики материала могут быть функциями температуры. MSC Fatigue автоматически корректирует усталостную кривую материала по зна-чениям температуры в исследуемых областях.

Работа с базой данных по усталостным характеристикам DTLib

MSC Fatigue предоставляет возможность использова-ния следующих методов для анализа долговечности:

• Метод номинальных напряжений (Stress Life, S-N-анализ);

• Метод номинальных деформаций (Strain Life, E-N-анализ);

• Анализ скорости роста трещин (модуль Fatigue Fracture)

Stress Life анализ — исследуется полное время жизни структуры, без отдельного рассмотрения фаз образо-вания и роста трещины. Используется кривая устало-сти (Велера) в пространстве «размах напряжений — число циклов до разрушения». Применим в случаях, когда структура деформируется в основном линейно; пластические деформации носят очень локализован-ный характер. Это так называемое многоцикловое уста-лостное разрушение (с числом циклов до разрушения больше 50.000 — 100.000). Может быть выполнен ана-лиз долговечности сварных соединений для точечной и шовной сварки. MSC Fatigue имеет так же удобный модуль Fatigue Wheels — S-N анализ долговечности вращающихся структур (колес, дисков и т.п.).

Strain Life — анализ времени функционирования изде-лия до момента образования в ней трещин значитель-ных, с точки зрения инженера, размеров. Используются циклическая кривая σ-ε материала и кривая усталости в пространстве «размах деформаций — число ци-клов до разрушения». Может применяться в условиях присутствия в конструкции пластических деформаций среднего уровня. Это т.н. малоцикловое усталостное разрушение конструкции с числом циклов до разруше-ния до 100.000. При выполнении расчета на малоцикло-вую усталость учитывается количество полных циклов, образующих гистерезисные петли, при этом циклы достаточно большой площади вносят наиболее суще-ственный вклад в усталостную повреждаемость кон-струкций. Алгоритмы схематизации циклов по “методу дождя” в MSC Fatigue оптимальны для использования в расчетах повреждаемости конструкции по методу зарождения трещины.

В S-N и E-N расчетах могут учитываться:• присутствие некоторого среднего (постоянного,

фонового) уровня напряжений в структуре

• фактор концентрации напряжений;

• масштабный фактор;




54

• фактор типа напряженного состояния в исследуемой зоне;

• влияние качества обработки поверхности;

• влияние используемого поверхностного упрочнения;

• вероятностный характер используемой усталостной характеристики;

Fatigue Fracture — анализ развития трещин до задан-ных или до разрушающих размеров. Может быть задан начальный размер трещины. Используется диаграмма усталостного разрушения в координатах «скорость развития трещины — размах коэффициента интен-сивности напряжений». Коэффициент интенсивности напряжений наиболее типичных зон машиностроитель-ных конструкций может быть получен из поставляемой с MSC Fatigue библиотеки поправочных функций. Ис-пользуется эффективный коэффициент интенсивности напряжений. В расчете учитываются:

• явление закрытия трещины (эффект Элбера);

• эффекты «истории» (в т.ч. влияние единичных перегружающих нагрузок);

• вклад в процесс разрушения статических нагрузок;

• возможность роста трещины из предшествующего дефекта;

• влияние условий эксплуатации (окружающей среды)

• реальная последовательность циклов в истории нагружения

Модуль Fatigue Multiaxial. Напряженное состояние в исследуемой точке не обязательно одноосно. В каж-дый момент времени для каждого узла на поверхности может быть вычислен т.н. коэффициент биаксиальности a=σ1/σ2, где σ1, σ2 — главные напряжения; а так же угол φ между σ1 и локальной Х-осью в исследуемой точке. В общем случае, a и φ меняются во времени, т.е. имеет место непропорциональное напряженное состояние. MSC Fatigue позволяет выполнять S-N и E-N расчеты и в этом сложном случае.

Моделирование датчиков деформаций, использу-емых в реальных испытаниях конструкции. В расчет

в заданном месте, с заданной ориентацией, с заданной площадью накрытия, могут быть введены компью-терные модели реальных тензодатчиков. Положение, ориентация и размеры датчиков в модели не зависят от расположения узлов и ориентации конечных элемен-тов. Датчики располагаются в любом месте на поверх-ности конечно-элементной модели, ориентация может быть любая, и один датчик может покрывать в модели несколько элементов.

Аппарат Fatigue Software Strain Gauge позволяет непо-средственно сравнивать показания датчиков деформа-ции, полученные в эксперименте, с историей деформи-рования, вычисленной в расчете, и является мощным инструментом приведения к соответствию расчетной модели и реального объекта. С помощью виртуальных тензодатчиков можно не только проводить корреляцию между численными расчетами и экспериментальны-ми данными, но и быстро подготавливать программу ускоренных испытаний конструкции. При этом, полу-ченные результаты в виде напряжений и деформаций могут быть в дальнейшем использованы для: подсче-та циклов нагружения, получения результирующей спектральной плотности отклика конструкции в напря-жениях, а также для последующего расчета поврежда-емости и долговечности изделия. Помимо собственно расчетной части, MSC Fatigue располагает обширным набором сервисных утилит. Утилиты — это более 50 специальных процедур, каждая из которых может быть запущены как из среды Patran, так и независимо. Утилиты обеспечивают простоту и удобство задания, редактирования, исследования входных данных, раз-личные режимы импорта, фильтрации и отображения сигналов, а также широкий спектр возможностей по обработке получаемых результатов на самых разных этапах анализа долговечности конструкции.

Использование MSC Fatigue позволяет сократить время разработки изделия и исключить затраты на устране-ние усталостных повреждений и разрушений еще на ранних стадиях проектирования. Так же, в процессе эксплуатации изделия, при обнаружении усталостных повреждений, трещин, MSC Fatigue позволяет проа-нализировать влияние этих повреждений на ресурс конструкции, предотвращая аварии и катастрофы.


Easy5 предоставляет возможности для моделиро-вания широкого круга сложных технических систем и устройств: цифровых и аналоговых систем управле-ния, гидроприводов, пневматических, механических и электрических устройств. Моделирование в Easy5 происходит на системном уровне посредством исполь-зования необходимых функциональных блоков, соеди-няемых между собой связями.

Easy5 легко интегрируется с Adams, что позволяет создавать полноценные виртуальные прототипы ме-ханических систем (с учетом податливости как всего механизма, так и отдельных его частей) с системой управления: в Adams моделируется механическая часть — механизмы, изделия в целом (например, ав-томобиль, гусеничная техника, робот, конвейер и т.п.), а в Easy5 — система управления, гидравлика, пневма-тика, электрические системы и т.д. Создание полно-ценных виртуальных прототипов позволяет провести виртуальные испытания разрабатываемого изделия еще на ранних стадиях проектирования и выявить недостатки как механической системы, так и систе-мы управления и принять необходимые решения до изготовления реального прототипа будущего изделия.

Таким образом, система Easy5 является одной из самых уникальных и важнейших компонент современных технологий Виртуальной Разработки Изделий (Virtual Product Development — VPD).

Программный пакет Easy5 включает большое ко-личество готовых математических моделей в виде отдельных функциональных блоков (сумматоров, делителей, фильтров, интеграторов, клапанов, двигателей, теплообменников, редукторов, муфт сцепления и др.).

Также пользователь имеет возможность создавать собственные функциональные блоки с помощью языков C или Fortran.

Easy5 Моделирование систем и устройств на схемном уровне

Пользователь Easy5 — специалист в конкретной об-ласти техники соединяет эти функциональные блоки, моделируя изделие на уровне “устройства”, и оп-тимизирует параметры разрабатываемых систем изделия.

В Easy5 имеется возможность экспортировать мо-дель (например, модель системы управления) в мо-дель Adams или, наоборот, импортировать модель механизма из Adams в Easy5, а также проводить совместный расчёт, при котором каждая система будет считать свою подсистему, а управлять процес-сом будет Easy5. Кроме этого в модели Easy5 можно встраивать (или экспортировать из Easy5) модели FMU с помощью интерфейса взаимодействия про-граммных средств FMI interface. Easy5 включает также модуль Matrix Algebra Tool, предназначенный для выполнения операций над матрицами (может использоваться для подготовки данных, анализа результатов и т.п.).

В состав Easy5 входят библиотеки компонентов для многодисциплинарного анализа, включая специализи-рованные наборы для аэрокосмической, автомобиль-ной и других отраслей промышленности:

• Hydraulic Basic Library — библиотека компонентов для моделирования гидромеханических систем;

• Thermal Hydraulic Advanced Library — расширенная библиотека компонентов для моделирования гидромеханических систем с учетом температур;

• Gas Dynamics/Pneumatic Library — библиотека компонентов, включающих расчётные модели, учитывающие сжимаемость газа;




56

• Multiphase Fluid Library — библиотека компонентов устройств, основанных на фазовых превращениях.

• Electrical Systems Library — библиотека компонентов для моделирования электрических систем

• Aerospace Vehicle Library — библиотека компонентов для моделирования летательных аппаратов на системном уровне, анализ динамики полёта с учётом параметров атмосферы и т.д.

Easy5 включает модуль Library Developer Package, позволяющий пользователям создавать свои собствен-ные библиотеки компонентов.

На базе перечисленных возможностей системы Easy5, в интеграции с другими системами MSC, создаются полные функциональные модели самолетов, автомоби-лей, танков, экскаваторов, промышленного и производ-ственного оборудования, приборов и т.д. и исследуется их работа при выполнении различных задач и в раз-личных условиях эксплуатации, находя оптимальные решения на основе точного комплексного компьютер-ного моделирования.

Среди пользователей Easy5 — ведущие мировые ком-пании — разработчики и производители в авиационной, ракетно-космической, автомобильной, электронной, энергетической и других отраслях промышленности.

Sinda — программный комплекс общего назначения для решения задач теплового анализа конструкций, анализа уровня излучения, воздействующего на кон-струкцию, моделирования и оценки тепловых нагрузок, возникающих в изделии при эксплуатации и т.д.

С середины 60-х годов и до 2008 года программный пакет разрабатывался компанией Network Analysis Inc. (США) под названием SINDA/G, с 2008 года — компанией MSC Software под названием Sinda. В настоящее время комплекс Sinda является промышленным стандартом в области сложных тепловых расчетов с использовани-ем конечно-разностного метода и построения тепло-вых RC-сетей (от англ. resistance — сопротивление, capacity — емкость), а также тепловых подконструкций (суперэлементов) для анализа теплообмена излучением.

Область применения Sinda весьма обширна. Благодаря своим возможностям программный комплекс Sinda используется в самых разных отраслях промышлен-ности для решения сложных задач теплового анализа конструкций:

• электронное оборудование от отдельных устройств до сложных комплексов;

• оборудование для обработки электронных печатных плат;

Sinda Специализированный комплекс для решения тепловых задач

• компоненты двигателя автомобиля, самолета и т.д.;

• системы охлаждения и кондиционирования;

• тепловые потери зданий и сооружений;

• космические аппараты, ракеты-носители, блоки управления;

• солнечные батареи;

• источники энергии, топливные элементы, генераторы;

• электронные приборы, авионика;

• малые и большие бытовые приборы;

• и т.д.


Программный комплекс Sinda имеет модульную структуру:

Собственно, тепловой решатель Sinda — осуществляет решение тепловых задач с использованием метода со-средоточенных параметров (RC network), который в свою очередь использует метод конечных разностей. На вход решателю подается входной файл с описанием тепловой задачи, решатель выполняет решение задачи, в резуль-тате, на выходе получается набор файлов с результатами расчетов. Как модель, так и результаты расчета задачи решателем могут быть подготовлены и обработаны в пре- / постпроцессоре, в частности Sinda Thermal Studio или Patran. В решатель интегрированы различные алгоритмы решения тепловой задачи — 9 алгоритмов для анализа установившихся тепловых состояний (Steady State), 14 алгоритмов для анализа нестационарных тепло-вых состояний, развивающихся во времени (Transient).

Sinda Thermal Studio — собственный пре- / постпро-цессор для теплового решателя Sinda, включающий в себя инструменты редактирования и отладки входных данных для решателя, средства организации расчет-ных проектов, а также средства обработки результатов, построения диаграмм и графиков, вывода результатов расчетов в табличной форме, экспорта в различных форматах, в т.ч. HDF5.

Sinda Library — расширяемая библиотека подпрограмм Sinda и Fortran, предварительно созданных и сгруппиро-ванных в классы, позволяющая гибко использовать под-программы для широкого круга задач, снижая затраты на программирование и моделирование. Практически

неограниченные возможности для моделирования соб-ственных расчетных алгоритмов и решения тепловых задач с их использованием доступны благодаря воз-можности вводить блоки программного кода на языке Fortran непосредственно во входной файл решателя Sinda. Имеется возможность создавать коммерческие подпрограммы. В частности, таким образом реализова-на подпрограмма теплового анализа и расчета характе-ристик тепловых трубок переменной теплопроводности. Доступны подпрограммы анализа тепловых режимов абляции, термоконтакта (с визуализацией в виде специ-ализированных термопроводников в Patran).

Sinda Patran Plug-in — интегрированный в Patran модуль Sinda с полным набором инструментов построения тепловых моделей на базе импортиро-ванной из CAD-системы геометрической модели, поддержка программ — отраслевых стандартов по расчету коэффициентов излучения Thermica, TRASYS, NEVADA, TSS, SINDARad, работа с суперэлемента-ми излучения, доступность всех возможностей по программированию собственных блоков и примене-ния подпрограмм Sinda и Fortran — новые уравнения и программная логика могут быть легко добавлены в модель Sinda. Развитые средства Patran по обра-ботке результатов и их визуализации существенно облегчают работу по тепловому моделированию и анализу конструкций.

В MSC Sinda Patran Plug-in введен вспомогательный статистический модуль Environment Simulation Module, предназначенный для более детального и в то же вре-мя простого в применении задания локальных усло-вий окружающей среды (типовой температуры, влаж-ности, облачности и т.п.) для конкретного момента времени и конкретного места. При этом используется доступ к открытой статистической информационной базе данных условий окружающей среды EnergyPlus (energyplus.net). Благодаря этому модулю пользова-тель может быстро получить подробную информацию по параметрам окружающей среды, учесть их в те-пловом расчете и получить более точные результаты с привязкой размещения изделия на определенной местности в определенное время года и время дня. Возможные области применения модуля: детальный тепловой анализ ракеты-носителя с полезной нагруз-кой на стартовой позиции, летательного аппарата на аэродроме или же тепловой анализ различных эле-ментов зданий и сооружений.




https://energyplus.net

58

SINDARad — быстрый специализированный решатель для расчёта геометрических коэффициентов излучения (view factor, коэффициент облученности) с собственными оптимизированными и высокопроизводительными ал-горитмами, позволяющий существенно сократить время анализа геометрических коэффициентов излучения.

Sinda Office Toolkit — модуль построения тепловых RC-сетей в программах Microsoft Visio и Excel, вхо-дящих в популярный пакет Microsoft Office. Модуль позволяет использовать библиотеку поставляемых компонентов и быстро строить тепловую сеть из типо-вых библиотечных блоков, соединяя их и задавая пара-метры. В результате модуль автоматически генерирует входной файл для решателя Sinda. Развитые возможно-сти отображения результатов в виде диаграмм, графи-ков, таблиц, а также автоматизированной генерации отчетов, средства записи макросов и программирова-ния VBA существенно расширяют возможности исполь-зования Sinda.

MSC Thermica (на базе программных продуктов Systema™ и Thermica™ разработанных EADS Astrium, Airbus Defense&Space) — комплекс специализиро-ванных программных продуктов для моделирования орбитального поведения космических аппаратов (КА), проектирования космических миссий, а также для анализа геометрических коэффициентов излучения поверхностей КА при движении по орбите, с учетом конкретного положения, ориентирования, альбедо (влияния вторичного излучения отраженной солнечной энергии от поверхностей планет и их спутников), вре-мени года и т.д. MSC Thermica состоит из двух частей: Systema и Thermica.

Systema — основная среда для моделирования косми-ческой миссии КА, построения траектории движения, построения кинематической модели, а также средства для создания редактирования специализированных процессов расчета характеристик КА.

Thermica — прикладной модуль к Systema, предназна-ченный для трансформации геометрической модели из Systema в математическую модель для выполнения теплового расчета КА, движущегося по орбите или межпланетной траектории. Тепловым решателем для Thermica является Sinda. Модуль Sinda Patran Plug-in имеет интеграцию с MSC Thermica, поэтому, тепловые модели подготовленные в Patran, отправленные на рас-чет в Sinda, автоматически могут быть переданы в MSC Thermica для расчета геометрических коэффициентов излучения (view factors), в свою очередь, результаты расчета могут быть переданы в Sinda для теплового расчета.


В авиастроении одним из основных критериев, по ко-торым ведется оптимизация проекта, является масса летательного аппарата (ЛА). Облегчение конструкции ЛА повышает его экономические показатели, однако может приводить к снижению его жесткости, что ока-зывает влияние на аэродинамические характеристи-ки, характеристики устойчивости и управляемости ЛА. Таким образом, исследование взаимодействия аэродинамических сил, сил упругости и инерции является важной и актуальной задачей.

FlightLoads– это приложение, предназначенное для решения дозвуковых, сверхзвуковых, стационарных и нестационарных задач аэроупругости. В качестве решателя используется программный пакет MSC Nastran с поддержкой опций Aeroelasticity I и Aeroelasticity II (расчет, соответственно, до- и сверхзвукового обтекания ЛА).

В FlightLoads решаются следующие задачи:• балансировка упругого или «жесткого» ЛА;

• задача о флаттере;

• расчет отклика упругого ЛА на внешнее воздействие (порыв или удар);

• оптимизация конструкции по критериям аэроупругости.

Расчетная модель для решения задач аэроупруго-сти создается в среде Patran с поддержкой модуля FlightLoads. Аэроупругая модель включает в себя две модели: упруго-массовую и аэродинамическую. Упру-го-массовая модель создается с помощью средств Patran. Аэродинамическая — в модуле FlighLoads. Связь двух моделей производится посредством сплайнов.

Для расчета аэродинамических нагрузок имеются следующие методы:

• Doublet-Lattice Method (DLM);

• ZONA51;

• Subsonic Wing-Body Interference Theory (Slender Bodies);

FlightLoadsКомплексный анализ аэроупругих, динамических и прочностных характеристик летательных аппаратов

• Mach Box Method;

• Strip Theory;

• Piston Theory.

В системе FlightLoads решаются задачи статической аэроупругой устойчивости, определяются кинематиче-ские характеристики органов управления и исследу-ется влияние упругой деформации на перераспреде-ление аэродинамических сил. Имеется возможность решать 3 типа задач:

• расчет балансировки «жесткого» ЛА;

• расчет изменений аэродинамических сил, обусловленных влиянием упругости ЛА — расчёт аэроупругих приращений;

• расчет балансировки упругого ЛА.

В результате решения задач статической аэроупру-гости, определяются неизвестные балансировочные переменные, шарнирные моменты, интегральные аэродинамические силы и производные устойчивости, как для жесткого, так и для упругого ЛА.

Для решения задач о флаттере в FlightLoads имеется возможность использовать следующие методы:

• PK — вычисляются собственные частоты и собственные формы колебаний упругого ЛА в потоке для скоростей, заданных пользователем;

• PKNL — детальное исследование флаттера (расчет производится для заданных комбинаций параметров);

• K и KE — рассчитываются собственные частоты и собственные формы колебаний упругого ЛА в потоке для заданных пользователем значений приведенной частоты k. Методы отличаются эффективностью и возможностью учета демпфирования;

В результате решения задачи о флаттере определяется величина критического скоростного напора и зави-симость коэффициента демпфировании от скорости набегающего потока (V-g) или частоты от коэффициента демпфирования (V-f).




60

Анализ реакции на внешнее воздействие подразуме-вает расчет отклика сбалансированного ЛА на внешнее воздействие, которое может иметь как аэродинамиче-скую природу воздействия (порыв), так и искусствен-ное воздействие, например удар. В FlightLoads можно провести расчеты следующих видов:

• Расчет частотного отклика (решение задачи в частотной области)

• Анализ переходного процесса (решение задачи во временной области)

• Расчет отклика на случайное воздействие (решение задачи в частотной области)

Порыв в FlightLoads может быть задан в виде дискрет-ного или широкополосного случайного воздействия.

В FlightLoads имеется возможность провести оптими-зацию конструкции с учетом статической и динамиче-ской аэроупругости. Критериями оптимизации в зада-чах статической аэроупругости могут являться значения кинематических параметров (например, углы отклонения органов управления) и значения произво-дных устойчивости, а в задаче о флаттере — значения коэффициента демпфирования (способность конструк-ции ЛА рассеивать энергию, поступающую из воздуш-ного потока). Оптимизационные параметры выбирают-ся пользователем. Например, для задачи о флаттере в качестве искомой величины можно задать жесткость лонжеронов крыла.

Hybrid Static Aeroelasticity Toolkit (HSA)Набор инструментов HSA расширяет стандартные возможности FlightLoads, предоставляя возможность использовать данные газодинамических расчё-тов, полученные в пакетах CFD (Computational Fluid Dynamics — вычислительная гидрогазодинамика) совместно с возможностями MSC Nastran по решению задач аэроупругости.

Применяя набор инструментов HSA, можно моделиро-вать аэродинамическое воздействие на конечно-эле-ментные модели летательных аппаратов с повышенной точностью. HSA дает возможность проводить расчёты статической аэроупругости с учётом влияния кривизны и высоты профиля аэродинамических поверхностей и других поправок, связанных с уточненным расчетом газовой динамики в специализированных приложени-ях — CFD. В итоге, имеется возможность в комплексном анализе статической аэроупругости учесть фюзеляж, двигатели и гондолы двигателей, элементы механиза-ции, а также другие конструктивные элементы, влияю-щие на обтекание летательного аппарата.

MSC Nastran позволяет проводить расчёт без учёта и с учётом упругости конструкции. При этом гене-рируются «жесткие» аэродинамические нагрузки, посчитанные внешним пакетом гидрогазодинамики (CFD), на жесткую аэродинамическую сетку, в то время как аэроупругие приращения считаются методом дипольных решёток (Doublet-Lattice Method — DLM). Чтобы передавать CFD нагрузки на упруго-массовую модель в HSA используется методика, основанная на сплайн — элементах с 6-ю степенями свободы. Для проверки корректности приложения аэродинамиче-ских нагрузок, набор инструментов HSA даёт возмож-ность пользователям определять аэродинамические и структурные контрольные точки, а так же отобразить их распределение на модели. В дополнение, сплайн — технология может использоваться для отображения смещений трёхмерной аэродинамической сетки (обте-каемой зоны).

Главным преимуществом использования инструмента Hybrid Static Aeroelasticity является существенное по-вышение точности расчёта статической аэроупругости за счёт более точного представления аэродинамиче-ских нагрузок при моделировании.


Virtual Test Drive (VTD) — программный комплекс для проведения испытаний, отладки и анализа работы автопилота и систем помощи водителю — ассистентов вождения или ADAS систем — в виртуальной среде, ко-торая может являться точной копией реальной локации или произвольной дорожной сетью с городской или загородной инфраструктурой, регулируемым траффи-ком, учётом правил дорожного движения, погодными условиями и временем суток. А также для создания виртуальной среды анализа и формирования требова-ний при выборе типов датчиков автоматических систем транспортного средства, их количества, мест установ-ки, принципов взаимодействия, их работы при всевоз-можных отказах, помехах и пр.

VTD успешно применяется в автомобильной, аэро-космической и железнодорожной промышленности по всему миру на этапах формирования технического задания, разработки и испытаний автоматических алгоритмов, датчиков и сопутствующих систем транс-портных средств в приложении к различным вариантам моделирования: Model in the loop, Software in the loop, Hardware in the loop, Driver in the loop, Vehicle in the loop, (MiL, SiL, HiL, DiL, ViL).

Программный комплекс состоит из модулей, каждый из которых отвечает за свою часть виртуальной модели:

Road Designer (ROD). Графическая среда для создания дорожной сети в формате OpenDRIVE (лидирующий открытый формат и де-факто стандарт для описания разветвлённой дорожной сети), построения её трёх-мерной модели, наполнения инфраструктурой, здания-ми, сооружениями, дорожными знаками, светофорами и визуализации. Импорт данных в форматах ASCII (GPS-данные, DXF, кривые и пр.). ROD имеет обширные библиотеки типовых элементов дорожных объектов (прямые, перекрёстки, инфраструктура, знаки и т.п.), элементы загородных шоссе, модели реальных до-рожных развязок, готовые модели локаций Европы (целые городские кварталы, подъездные и загородные

Virtual Test Drive (VTD)Виртуальные испытания ADAS систем и автопилота транспортных средств в дорожной обстановке

дороги). Библиотека дорожных знаков представлена знаками Германии, Китая и США. Встроенные средства предоставляют возможность наполнять библиотеку пользовательскими элементами: знаками, разметкой, особенностями микро профиля дорожного покрытия в формате OpenCRG, зданиями и прочим, что позволяет построить виртуальную окружающую среду макси-мально повторяющую реальную местность.

Traffic/ScenarioEditor. Редактор сценариев. Сценарий подразумевает под собой динамическое наполнение для виртуальной среды: подвижные объекты, участ-ники дорожного движения, светофоры. Сценарием закладывается характер поведения исследуемого транспортного средства и других участников — ав-томобилей-соседей, пешеходов. Модель поведения для водителя может быть выбрана из встроенной библиотеки характеров: агрессивный, нормальный, «неопытный» водитель, соблюдение/не соблюдение ПДД. Предусмотрена возможность создавать поль-зовательскую модель водителя на основе имеющихся характеров, например, отрегулировав интересую-щие параметры: выбрать или построить свою кривую скоростей вхождения в поворот в зависимости от его радиуса, указать уровень ускорений при разгоне и торможении, процент превышения разрешённой максимальной скорости движения, дистанцию при дви-жении, совершать ли обгон, какое время находиться в полосе движения, за какое время до манёвра менять полосу движения на нужную и многое другое. Модель водителя может быть полностью пользовательская, работающая как самостоятельная подпрограмма. Для других участников дорожного движения также может быть назначен характер водителя, один на всех/груп-пу или индивидуальный характер. Поведение может быть очень детально настроено, например, каждый раз когда исследуемое транспортное средство находится в заданном радиусе — совершать перестроение или другое действие. Пешеход, двигающийся по тротуару, может внезапно начать переходить дорогу. Сценарий формируется в открытом формате OpenSCENARIO.

ImageGenerator — генератор визуального контента. Отвечает за визуализацию и анимацию всех ТС, фар, отражений, теней, неровностей на дороге, базовых параметров погоды (частицы — дождь, снег), газона, ветрового стекла и щёток стеклоочистителя. Генерация видеопотока в формате реального или логического времени. ImageGenerator позволяет реализовать высо-коточный графический рендеринг: тональную ком-прессию, эффекты искажения изображения, множе-ственные источники света (фонари, автомобили и пр.), световую «маску» для генерации изображений «на лету» (эффект рыбьего глаза, хроматические аберра-




62

ции и многие другие особенности оптических систем) с многопроцессорной обработкой для получения 32 битных изображений. Имеет интерфейс к библиотекам пешеходов DI-Guy (VT MAK). Рендеринг «упрощённых» инфракрасных изображений на основе базы данных для обычного визуального рендеринга, а так же деталь-ной модели инфракрасных сенсоров используя технику трассировки лучей. ImageGenerator обладает широким спектром возможностей визуализации, находится в по-стоянном расширении функционала.

TaskControl и VtGUI. Программный комплекс VTD обладает широким функционалом и большим числом модулей, они подключаются и используются по мере необходимости. Для эффективного управления всеми модулями предусмотрена управляющая программа TaskControl, которая может работать как в формате ко-мандной строки, так и в интерактивном режиме с помо-щью графического интерфейса VtGUI. Взаимодействие между модулями осуществляется через их сетевые интерфейсы. Предусмотрено подключение пользова-тельских модулей.

В программном комплексе VTD предусмотрен комплект разработчика ПО, доступ к API функциям и библиотекам для разработки пользовательских дополнений (пла-гинов). Доступны примеры моделей сенсоров, базо-вая динамическая модель ТС, примеры функций для программ Matlab/Simulink и ADTF, модуль работы со звуками и другие расширенные возможности.

Программный комплекс VTD позволяет эффективно решать следующие задачи:

• Анализ, отработка, испытания программных алгоритмов работы датчиков и логических систем, таких как система объединения данных с датчиков (Sensor Fusion) в составе транспортного средства при движении в городской и загородной виртуальной среде с учётом реалистичного траффика.

• Анализ возможных мест установки чувствительных элементов, углов и поля зрения датчиков автоматических систем, оценка необходимого их количества и типа. Выработка требований для поставщиков датчиков.

• Тренировка алгоритмов распознавания визуальной информации в оптическом, инфракрасном, ультразвуковом диапазонах. Распознавание дорожных знаков, разметки, пешеходов, других участников дорожного движения.

• Моделирование различных дорожных городских ситуаций начиная с простых манёвров транспортных средств и заканчивая сложными сценариями с более чем 200 участниками (автомобилями, пешеходами и пр.). Реализована полная повторяемость сценариев. Предусмотрены инструменты по «оцифровке» данных из натурных испытаний с целью создания копий сценариев для виртуального анализа.

• Проведение многочисленных виртуальных тестов автопилота и ADAS систем, включающих сотни тысяч и даже миллионы сценариев и километров пути, для накопления статистики и выявления критических дорожных сценариев, для последующей оптимизации алгоритмов работы автоматических систем. Оценка и формирование требований к программной логике автоматических систем.

• Подключение к виртуальному транспортному средству динамической модели Adams Real Time для детального анализа её влияния на работу автоматических систем. Например, подвеска автомобиля, жёсткость крепления датчика оказывает влияние на поле зрения датчиков особенно при манёврах или езде по неровностям и т.п.

• Разработка алгоритмов для создания «виртуального тренажёрного зала» и проведение многочисленных испытаний для автопилота и его систем.

• Создание высококачественной виртуальной карты местности с инфраструктурой и участниками дорожного движения для совместной работы с автомобильными, железнодорожными и другими тренажёрами, в том числе с учётом детальных динамических моделей из Adams.

Разработкой и развитием программного решения Virtual Test Drive занимается компания Vires (подраз-деление корпорации MSC Software, часть Hexagon Manufacturing Intelligence) с более чем 20-летним опытом создания инструментов виртуального моде-лирования для разработки, отладки и оптимизации систем автономного вождения и электронных асси-стентов водителя, систем ADAS, а также тренажёров и симуляторов. VTD эффективно применяется в компа-ниях автомобильной, железнодорожной и авиационной отраслей.


Большое количество различных вариантов проекти-руемых конструкций, рост числа граничных условий, эксплуатационных режимов и расчётных случаев, вари-антные расчёты с различными комбинациями техноло-гических отклонений конструкции, а также рост числа научных дисциплин и современных расчётных систем, используемых при проектировании изделия, приводят к росту объёмов информации, которую необходимо получать, хранить и обрабатывать. Всё это требует на-личия специального инструментария, обеспечивающе-го согласованное эффективное управление большими массивами данных проекта, структурированный доступ ко всем данным моделирования, анализа и оптимиза-ции в рамках всего предприятия. Этот инструментарий должен обеспечивать повторяемый, стандартизован-ный процесс проектирования, органичную интеграцию различных инженерных систем и дисциплин, возмож-ность сравнения результатов численного моделиро-вания различных вариантов проекта с результатами физических тестов (испытаний). Таким инструментари-ем является система SimManager.

SimManager — это система управления данными и процессами разработки изделий, основанная на тех-нологиях web-приложений. SimManager в масштабах предприятия обеспечивает ключевые знания по инже-нерному анализу изделий, начиная с ранних стадий проектирования, и может охватывать все расчётные модели и результаты. Также SimManager может пре-доставить единую рабочую среду для всех специали-стов-расчётчиков, включая внешних партнёров.

CAE –приложенияСторонние

приложенияWeb –интерфейс

Компоненты API

База

данныхСервер шаблонов

и процессов разработкиХранилище

данных

SimManager

PLM - инфраструктура предприятия: PDM, CAD, и др.

Компьютеры

для вычислений

Компьютеры

для исполнения

шаблонов

Очереди

заданий

SimManager позволяет контролировать последователь-ность разработки моделей или проведения расчётов, и отслеживать полную историю создания каждого объекта данных. Например, результат расчёта, выполнен-ного из среды SimManager, автоматически ассоциируется со всеми исходными данными: вариантом геометриче-ской и расчётной модели, свойствами материалов и элементов, нагрузками, версией программного обеспе-

SimManager Управление данными и процессами инженерного анализа

чения и компьютерной платформы, учётной записью специалиста, выполнившего расчёт и т.д.

SimManager поддерживает автоматизированный доступ к данным большинства распространённых коммерческих PDM-систем, позволяя получать геоме-трические модели изделий, данные об используемых материалах и их свойствах, структуру изделий и т.д., а также помещать в PDM-систему отчёты о результа-тах расчётов для подтверждения работоспособности изделий или обоснования принятия конструкторских решений. Возможна и более широкая интеграция с PLM-системами.

SimManager разработан для управления боль-шими объёмами данных, полученных в процессе многочисленных расчётов узлов и агрега-

тов в различных исполнениях и условиях эксплуатации. Если такие данные хранятся в виде набора файлов, анализировать и адекватно использовать их чрезвы-чайно сложно. С использованием SimManager такие данные могут быть организованы и обработаны. В таком виде они могут служить обоснованием для конкретных выводов и конструкторских решений. Например, по комбинации нескольких однотипных данных можно автоматически получить сравнительный отчёт. Другой пример — поиск наилучших конструктор-ских решений в наихудших сочетаниях внешних факторов и технологических отклонений. Наличие в портале SimManager базы данных расчётов, в которых оценено влияние всех факторов на ключевые показате-ли работоспособности изделия, является доказатель-ством правильности принятых решений. Такая база данных SimManager может быть наглядно представле-на руководству или сертифицирующим организациям.

В SimManager реализован ввод и вывод данных инже-нерного анализа, как в web-интерфейсе, так и через модули, встраиваемые в систему анализа. Такие моду-ли разработаны для Patran, Mentat, Adams Car, а также для отдельных систем сторонних разработчиков.

Вместе с этим, автоматизация процессов разработки изделий может производиться ещё эффективнее путём создания и многократного использования скриптов. Скрипты описывают повторяющиеся формализованные процедуры и имеют входные и выходные параметры, связанные с инженерным анализом. Например, могут быть автоматизированы процедуры предварительной обработки геометрических моделей изделий, генера-ции конечно-элементных сеток и создания расчётных моделей, проведения расчётов, импорта и обработки результатов счёта. Чаще всего скрипты исполняются в среде систем анализа и создаются на встроенных языках программирования. Например, на языке Python




64

для MSC Apex, Adams и Actran, или на языке PCL для Patran. С помощью автоматизированных процедур системы SimManager реализовано внесение скриптов в общую информационную среду предприятия, обе-спечение контролируемого доступа, автоматизация запуска и сохранения полученных результатов.

Шаблоны SimManager — ещё один инструмент авто-матизации процессов обработки данных инженерного анализа, таких как импорт и экспорт, преобразование форматов расчётных моделей для различных реша-телей, сравнение исходных данных и ключевых ре-зультатов счёта, выдача сравнительных отчётов для различных вариантов изделий, и других. Стандартные операции с данными инженерного анализа автома-тизированы в SimManager по умолчанию. Заготовки шаблонов SimManager позволяют быстро и эффективно реализовать специфические для предприятия процес-сы обработки данных средствами SimManager.

Создание, изменение и запуск на счёт моделей сборок, состоящих из набора конечно-элементных подмоде-лей — одна из специализаций SimManager. В систему встроен автоматизированный генератор многоуровне-вых сборных конечно-элементных моделей с удобным интерфейсом пользователя.

SimManager позволяет автоматически создавать стан-дартизованные и формализованные отчёты по резуль-татам моделирования, анализа и оптимизации. Отчёты создаются на основе шаблонов. Данные для отчётов подготавливаются автоматически. В отчётах может производиться сопоставление и сравнение данных. Система гарантирует, что только однотипные данные будут сравниваться между собой.

SimManager может обеспечить стандартизацию пользовательского интерфейса, разработанного под производственные задачи инженеров на конкретном предприятии. Интерфейс может быть полностью руси-фицирован по запросу предприятия.

Основные сценарии применения SimManager:

• кооперация предприятий в области инженерного анализа;

• обеспечение общей информационной среды, управление процессами разработки в области инженерного анализа в масштабе предприятия;

• организация защищённого хранения и доступа к данным инженерного анализа;

• хранение, исполнение, отслеживание входных и выходных данных при работе скриптов и шаблонов для осуществления всех этапов инженерного анализа;

• автоматическая генерация отчётов по результатам инженерного анализа;

• преобразование данных для передачи из одной системы анализа в другую, стандартизация данных;

• сокращение объёмов обрабатываемых данных.

В комплекс приложений, необходимых для работы SimManager входят: сервер web-приложений, система управления базами данных, хранилище данных, а так-же, опционально, сервер вычислительных ресурсов и средства авторизации и разграничения прав досупа пользователей (LDAP или др.).

Встроенная система VCollab позволяет визуализиро-вать в web-интерфейсе SimManager расчётные модели и результаты из MSC Nastran, Adams и других систем, а также автоматически формировать отчёты в форма-тах MS Word, Excel, PowerPoint, PDF, и др.

Поставка системы осуществляется вместе с профес-сиональным сервисом MSC Software. Специалисты по SimManager обеспечивают развёртывание и настройку системы. Производится адаптация структуры данных, интерфейсов и шаблонов SimManager, учитывается существующая ИТ-инфраструктура предприятия.

Цели разработки и требования к продукту

Постановка задачи

Решения: Отчёты и результаты

Решения: Модификации продукта с улучшенными свойствами

Конструкторская документация

SimManager

SimManager позволяет предприятиям обеспечить опти-мальную организацию инженерного процесса, жёсткое следование разработанным методикам отработки изде-лий, многократное эффективное использование стандар-тизованных методик разработки изделий и обработки данных, создать базу знаний предприятия на основе таких методик, сохраняя интеллектуальный потенциал экспертов и привлекая к инженерному анализу молодых инженеров-расчётчиков и специалистов конструкторских отделов. Применение SimManager вносит существенный вклад в ускорение разработки перспективных изделий, сокращение сроков и стоимости проведения расчётных работ, и, в конечном итоге, в достижение высоких эконо-мических показателей. С помощью SimManager повыша-ется надёжность и степень формализации процедуры генерации решений на основе постановки задачи и ис-ходных данных для инженерного анализа.

SimManager успешно внедрён и эффективно использу-ется крупнейшими компаниями — мировыми лидерами в аэрокосмической, авиадвигательной, автомобильной и других отраслях. Пользователями SimManager яв-ляются такие компании, как Airbus, Alenia Aeronautica, Boeing, Audi, BMW, Volkswagen, Seat, DaimlerChrysler, GKN, TI Automotive, Caterpillar, Fincantieri и др. Первой компанией-пользователем SimManager в России явля-ется Центральный институт авиационного моторостро-ения им. П.И. Баранова (ЦИАМ).


MaterialCenter Управление данными о материалах

Обработка сведений о свойствах материалов является важной частью информационного обеспечения жиз-ненного цикла изделий. При разработке, сервисном обслуживании, ремонте, модификации и продлении сроков эксплуатации изделий наличие актуальных сведений о свойствах материалов — залог принятия правильных конструкторско-технологических решений. В промышленности применяется большое количество материалов с различными физическими свойствами, используются различные методы их обработки, прово-дятся многократные испытания образцов материалов, имеется широкий перечень справочно-методической литературы — всё это делает систематизацию данных о материалах нетривиальной задачей, требующей при-менения специализированных программных средств. Организация коллективного доступа к свойствам мате-риалов, процесса утверждения и согласования приме-няемых свойств, выдачи разрешений на применение тех или иных материалов, обеспечения требуемого уровня защиты этих данных также приводит к необхо-димости организации централизованной среды хране-ния и обработки этих данных в масштабе предприятия. Полнофункциональной системой верхнего уровня для решения этих задач является MaterialCenter.

В MaterialCenter реализовано централизованное и си-стемное хранение всех требуемых данных о свойствах материалов: числовых значений, графиков и таблиц, изображений, ссылок на внешние источники, любых вложенных документов, и т.д. При этом для одного ма-териала имеется возможность задания ряда параме-тров и источников получения сведений, и для каждого сочетания параметров и источников можно задать свой набор свойств. Например, для одного вида термообра-ботки стали и одной испытательной лаборатории мож-но задать одни свойства, а для другой термообработки и лаборатории — другие свойства. Удобные инстру-менты поиска, сравнения, отслеживания версионности данных и их происхождения (кто, когда и какие дан-ные внёс) позволяют быстро найти нужные сведения в большом массиве данных.

Ввод данных можно осуществлять как вручную, с по-мощью удобного web-интерфейса, так и автомати-чески — путём загрузки массивов данных из Excel и других источников. Для этого в MaterialCenter пред-усмотрена интеграция с распространёнными PDM-си-стемами, поддержка широко используемых форматов представления свойств материалов (MatML, PLMXML, собственный настраиваемый xml-формат, форматиро-ванные текстовые файлы). Ввод и вывод данных также возможны по протоколу REST. Реализована интеграция MaterialCenter с системой предыдущего поколения MVision, банки данных MVision считываются напрямую. Существует возможность настройки MaterialCenter для автоматизированного ввода результатов испытаний.

При частичном изменении данных процедура ввода по-зволяет указать только те свойства материала, которые изменились.

Одним из способов снижения затрат на испытания композиционных материалов является комбинирова-ние физических и виртуальных испытаний образцов. Виртуальные испытания серий образцов из слоистых композиционных материалов могут быть проведе-ны в программном комплексе Digimat, в модуле VA. MaterialCenter позволяет экспортировать в Digimat-VA откалиброванные по результатам натурных испытаний характеристики материала слоя и импортировать из Digimat-VA результаты виртуальных испытаний пакета.

Интеграция MaterialCenter с Digimat-VA позволяет комбинировать физические и виртуальные испытания в единой базе данных и применять универсальные ме-тоды обработки ко всем или к выбранным испытаниям.

Структура данных MaterialCenter может быть моди-фицирована уполномоченным на это пользователем. Модификация может производиться в графическом интерфейсе, при этом новую структуру данных сразу же можно применять для ввода-вывода данных (т.е. моди-фикация происходит «на лету»). В структуре данных уже предусмотрены атрибуты практически для всех воз-можных сценариев применения системы. В частности, предусмотрен широчайший набор свойств материала, возможных источников получения свойств, типы ана-лиза, решатели, области применения, и многое другое. Пользователь может дополнять любые атрибуты само-стоятельно.

Наряду с получением данных о свойствах материалов в развитом web-интерфейсе MaterialCenter предусмо-трена выгрузка свойств для решателей MSC Nastran и Marc, а также для систем сторонних разработчиков. Возможна выдача прямой ссылки на любой элемент данных MaterialCenter, с сохранением требований по защите данных.

Ввод и вывод (отображение) данных могут осущест-вляться в выбранной пользователем системе единиц. Стандартные системы единиц встроены в MaterialCenter, пользователь может выбрать требуемую систему из списка. Возможно задание нестандартной системы единиц, и она станет доступной для выбора пользовате-лями. Каждый пользователь может установить в на-стройках удобную для себя систему единиц, при этом MaterialCenter осуществляет конвертацию всех выводи-мых данных в эту систему автоматически; ввод данных также осуществляется в выбранной системе единиц.

Система MaterialCenter поддерживает ввод и вывод данных на русском языке, также могут быть переведе-ны на русский язык стандартный и пользовательский web-интерфейсы, элементы структуры данных, и др.




Управление доступом к данным в MaterialCenter реа-лизовано путём определения пользователей и зада-ния их ролей в текущем проекте. Возможно создание нескольких проектов для организации разных данных с различными ролями у пользователей. Также органи-зована выдача заданий пользователям на проведение тех или иных операций (ввод данных, редактирование, утверждение, написание отчёта, вывод данных, и т.д.) с контролем со стороны управляющей учётной записи (менеджера).

Важным дополнением к MaterialCenter являются ком-мерческие банки данных:

MIL-HDBK-17 — банк данных по свойствам компози-ционных материалов, включающий в себя разделы по композиционным материалам с металлической, кера-мической и полимерной матрицей.

ASM Handbooks — банк данных свойств материалов, включающий в себя разделы: Structural Steel, Stainless Steel, Alloy Steel, Corrosion, Aluminum, Aluminum Alloys — Tensile, Creep, and Fatigue at High and Low Temperatures, Magnesium, Titanium, Copper, Composites, Thermoplastics, Thermosets, Nylons.

MMPDS — свойства металлов для аэрокосмической промышленности, включающий в себя разделы: MMPDS-07, MMPDS-08, MMPDS-10, MMPDS-11, MMPDS-12

PMC90 — расширенные свойства композиционных матералов с полимерной матрицей.

JAHM — температурозависимые свойства металлов.

NCAMP — композиционные материалы, банк состоит из разделов: Cytec 5320-1, Cytec (formerly ACG) MTM45-1, Hexcel 8552, Newport NCT4708, TenCate TC250.

Сочетание богатого инструментария MaterialCenter по управлению данными и процессами получения данных о материалах с коммерческими банками данных даёт предприятиям всех отраслей промышленности важный инструмент организации системной работы в области материаловедения и инженерного анализа.

Графический интерфейс MaterialCenter

Выбор материала из библиотеки

Инструментарий управления схемами материала


Лицензирование программных продуктов MSC Software

Программные продукты MSC Software лицензируют-ся на основе стандартного лицензионного договора, соответствующего требованиям и нормам междуна-родного права.

Пользователями программных продуктов MSC Software являются предприятия самого различного масштаба: от транснациональных корпораций-гигантов, распо-лагающих крупными отделами инженерного анализа, до небольших конструкторских бюро с одним-двумя инженерами-расчётчиками. Стремясь удовлетво-рить возможно более широкий спектр заказчиков, MSC Software предлагает для своих программных продуктов различные типы лицензий.

Жетонная система лицензирования MasterKey PlusЖетонная система лицензирования является системой лицензирования верхнего уровня и пре-доставляет самые широкие возможности доступа к программным продуктам MSC Software. Данная система ориентирована, в первую очередь, на использование в службах инженерного анализа предприятий и исследовательских центров, выпол-няющих развёрнутый углублённый анализ работы и оптимизацию параметров сложных изделий с по-зиций статики, динамики, устойчивости, теплопере-дачи, акустики и т.д.

Суть жетонной системы лицензирования заключается в том, что в рамках любого контракта, базирующегося на такой системе, конечный пользователь приобре-тает не конкретный набор систем, а условные едини-цы лицензирования — “ЖЕТОНЫ”, дающие право на использование любых систем инженерного анализа, разрабатываемых и поставляемых MSC Software. Со-ответственно, компании-пользователю поставляется и инсталлируется на ее компьютерах весь основной комплекс систем MSC Software, состоящий из бо-лее чем ста интегрированных приложений высокого уровня. Каждое из этих приложений имеет свою “цену” запуска в “жетонах”. При этом нет никакого ограничения на число рабочих мест или определен-ное их распределение по отделам и компьютерам, подключённым к сети. Система лицензирования лишь отслеживает, чтобы в текущий момент времени “цена в жетонах” работающих одновременно систем не превышала общего числа жетонов, купленных пред-приятием-пользователем. Жетоны, занятые какой-ли-бо системой, при завершении работы этой системы, освобождаются, и могут тут же использоваться для запуска других систем. Если все жетоны заняты, вновь запускаемые системы становятся в очередь в ожида-нии освобождения жетонов.

Кроме основного комплекса систем, в рамках лицен-зионного договора компания-пользователь получает возможность приобретения любых систем из до-полнительного списка программного обеспечения MSC Software. Особенностью этого программного обеспечения является то, что оно разрабатываются в кооперации с партнерами MSC Software, что нахо-дит своё отражение в необходимости приобретения отдельных лицензий.

Жетонная система лицензирования (как и другие сетевые системы лицензирования) работает на базе компьютерной сети: “локальной” (компьютеры рас-положены в пределах территории предприятия, но не далее 20 км); “административно-территориаль-ной” (в пределах одной страны) или “региональной” (в пределах территории, определённой соглашением с MSC Software).

В рамках базовой конфигурации жетонной системы MasterKey Plus Base лицензируется доступ ко всем традиционным инженерным решениям корпорации MSC Software: MSC Nastran, Patran, Marc, Dytran, Adams, Easy5 и др. В качестве дополнительных опций через жетонную систему лицензирования может быть также организован доступ к системам SimDesigner, Sinda, Adams Machinery и некоторым другим модулям.

Помимо системы MasterKey Plus, лицензия на которую может быть приобретена в бессрочное пользование, с 2015 года корпорация MSC Software предлагает ещё одну универсальную жетонную систему лицензиро-вания — MSC One, которую можно взять в аренду на любой определённый период. Бессрочных лицен-зий на MSC One не существует. Эта система, кроме программного обеспечения входящего в MasterKey Plus, также включает в себя пакеты MSC Apex, Actran, Digimat, Simufact и другие. Для предприятий и отде-лов, которым не нужен весь спектр программного обеспечения MSC Software и требуется только 1-2 ра-бочих места, предлагается упрощённый вариант этой системы лицензирования — MSC One SatrtEdition, не включающий системы Digimat и Simufact.

Наряду с жетонными системами лицензирования су-ществуют и другие типы лицензий, характеризующих-ся совокупностью следующих параметров.

“Фиксированные” (Node Lock) и “сетевые” (Network) лицензииВ рамках “фиксированной” лицензии запуск программ возможет только на конкретном (заранее опреде-лённом) компьютере, а при использовании “сетевой” лицензии — на любом компьютере, подключённом к “локальной”, “административно-территориальной” или “региональной” сети.




68

Архитектура лицензии Программные продукты MSC Software имеют пакет-но-модульную архитектуру: заказчик может приобре-сти, например, лицензию на пакет MSC Nastran Base (комбинация различных функциональных модулей: линейная статика, собственные частоты, линейный контакт и др.) и лицензию на какие-либо дополнитель-ные модули, которые отвечают конкретным потреб-ностям его предприятия (пример: MSC Nastran Base + MSC Nastran Optimization Package — базовый пакет MSC Nastran + пакет для решения задач оптимизации).

Продолжительность действия лицензий и их количество Лицензия может быть бессрочной (Paid Up) или предо-ставленной на ограниченный срок (Lease). Кроме того,

для фиксированных и сетевых лицензий определяется количество рабочих мест.

Конкретная лицензия характеризуется совокупностью вышеуказанных параметров: например, бессрочная локальная сетевая лицензия на 2 рабочих места.

Таким образом, MSC Software предлагает заказчикам лицензии на свои программные продукты в широком диапазоне вариантов лицензирования и, естествен-но, в широком диапазоне стоимости. Специалисты MSC Software готовы оказать всестороннюю помощь в выборе конфигурации программного обеспечения и типа лицензии, в наибольшей степени удовлетворя-ющих потребностям предприятия-заказчика.

Компания MSC Software высоко ценит роль университетов в использовании инновационных технологий как в исследовательской работе, так и во внедрении новейших технологий в процесс обучения для повышения эффективности подготовки молодых специалистов с учетом современных быстро меняющихся запросов и тенденций.

Сотрудничество с вузами является одним из приоритетов компании.

Для высших учебных заведений предусмотрены специальные предложения:

• Университетские лицензии• Лицензии для команд «Формула Студент»• Студенческие лицензии

Университетские лицензииДля университетов компания предлагает специальные пакеты, куда входят программные комплексы, идентичные по функционалу коммерческим продуктам, но по специальным ценам, значительно отличающимся, от цен для коммерческих компаний. Это означает, что можно использовать те же самые уникальные решения MSC Software, которые используются ведущими компаниями из разных отраслей промышленности во всем мире, для исследовательских работ, для обучения и подготовки молодых специалистов. Единственное ограничение — юридическое, данный вид лицензий нельзя использовать для коммерческих проектов.

Лицензии для команд «Формула Студент»Корпорация MSC Software предоставляет для команд Формула Студент специальный пакет на 5 рабочих

Специальные предложения для университетов

мест. В пакет входят программные комплексы Adams (в том числе Adams Car), MSC Nastran, Patran, Marc, Dytran, Sinda, Easy5. Лицензии для команд Формула Студент бесплатны и предоставляются сроком на 1 год по результатам квалификации. На сегодняшний день такие лицензии были предоставлены пяти российским, одной украинской и одной эстонской командам Формулы Студент.

Студенческие лицензииСпециально для студентов компания MSC Software предлагает бесплатные студенческие версии. Их можно использовать для учебных целей и студенческих проектов. Студенческие лицензии предоставляются сроком на 2 года для следующих программных комплексов: MSC Apex, MSC Nastran, Patran, Marc, Adams, Actran. Данные версии ограничены как юридически — нельзя использовать в коммерческих проектах, так и функционально — например, модель может включать не более 5000 узлов конечно-элементной сетки или не более 20 звеньев механизма для анализа кинематики.

С подробностями и правилами получения студенческих версий можно ознакомиться на сайте компании в разделе «Студенческие версии программных продуктов MSC Software».

Подробнее о специальных предложениях для университетов можно узнать на сайте в разделе «Для ВУЗов».

По всем возникающим вопросам относительно университетских лицензий можно обратиться в Московский офис MSC Software или отправить письмо на [email protected]


Система лицензирования MSC OneУниверсальный ключ к миру виртуального моделирования и инженерных расчётов

Преимущества MSC One

Инновации

• Ускорение внедрения инновационных решений в изделия с помощью средств компьютерного моделирования и инженерных расчётов, которые недоступны в других типах лицензий.

Повышение производительности

• Гибкость системы лицензирования MSC One позволяет всегда иметь в доступе необходимые для работы инструменты.

Уменьшение рисков

• Возможность оперативного увеличения или уменьшения количества жетонов MSC One согласно текущим потребностям значительно снижает финансовые риски.

Снижение затрат

• Обеспечение доступа к редко используемому программному обеспечению, приобретение которого сложно обосновать при обычной системе лицензирования.

• Консолидация инженерного программного обеспечения для максимально эффективного использования ресурсов, особенно в случае ограниченного бюджета.

Преимущества MSC One будут интересны на всех уровнях предриятия:

• Техническим директорам и менеджерам

• Руководителям технических проектов

• Инженерным и расчётным отделам

• Отделам закупок и снабжения

MSC One — гибкая жетонная система лицензирования с расши-ренными возможностями, предоставляющая доступ практиче-ски ко всему спектру программного обеспечения корпорации MSC Software.

Система лицензирования MSC One предоставляется пользо-вателям на правах аренды и, благодаря единому доступу к широкому набору программных комплексов для решения мно-годисциплинарных задач, позволяет максимально эффективно распределять ресурсы, инвестируемые в разработку изделий предприятия.

Ключевые особенности MSC One

• Количество предоставляемых жетонов может легко регулироваться (увеличиваться или уменьшаться) в зависимости от текущих или будущих потребностей проекта, поскольку лицензирование системы MSC One осуществляется на основе аренды.

• Доступ к целому ряду связанных между собой систем позволяет решать мультифизичные и многодосциплинарные задачи и, тем самым, намного точнее моделировать поведение деталей и систем.

• Пользователю доступна практически вся экосистема продуктов MSC Software, включая MSC Apex, MSC Nastran, Patran, Adams, Marc, Dytran, SimManager, MaterialCenter, Actran, Digimat, Simufact, MSC Cradle CFD и другое программное обеспечение*.

• Список решаемых задач в системе лицензирования MSC One постоянно расширяется за счёт оперативного предоставления доступа к новым модулям и системам по мере их появления.

Как работает система лицензирования MSC OneВ рамках системы лицензирования MSC One пользователь получает на период аренды пул жетонов (единиц лицензирова-ния). Размер пула зависит от потребностей и задач пользовате-ля и определяется в лицензионном договоре. Жетоны из пула используются для доступа и работы со всеми программными продуктами, входящими в MSC One. Любой продукт, доступный в рамках MSC One, требует определенного количества жетонов для запуска. Соответственно, это количество жетонов извлекает-ся из пула при старте продукта. По завершении работы жетоны возвращаются в пул и вновь становятся доступными для даль-нейшего использования.

Где может использоваться эта система?• Крупные международные компании.

• Малые и средние предприятия, а также стартапы с ограниченным бюджетом и потребностью в решении серьезных инженерных задач.

• Консалтинговые компании, которые не могут оплачивать приобретение бессрочных лицензий и которым лицензии нужны только на время выполнения определённых проектов.

*Есть исключения для некоторых про-граммных продуктов. За подробностями, пожалуйста, обращайтесь к региональным представителям MSC Software.




70

Эффективное внедрение современных технологий Виртуальной Разработки Изделий (VPD) невозможно без квалифицированных кадров. Только при наличии подготовленных и обученных технических специалистов можно получить соответствующую отдачу от использования такого рода наукоемких систем инженерного анализа. Именно по этой причине корпорация MSC Software уделяет большое внимание вопросу обучения своих пользователей. В состав MSC Software входит специальное подразделение, которое занимается разработкой учебных и методических материалов по изучению и применению программных продуктов корпорации.

На основе апробированных методических материалов MSC Software организует по всему миру обучение пользователей работе с каждым из своих

Еще одним залогом успешного внедрения VPD-технологий на предприятии является сопровождение и поддержка программного обеспечения со стороны разработчика. Поддержка клиентов, эта своеобразная визитная карточка корпорации MSC Software, — одно из важнейших слагаемых успеха компании. Корпорация направляет существенную часть своих ресурсов на создание лучшей системы поддержки в отрасли. Обеспечивая оперативную техническую поддержку по телефону, проводя учебные занятия и предоставляя клиентам подробную документацию, мы помогаем извлекать максимальную пользу из каждого нашего продукта. Техническая поддержка осуществляется через телефонную “горячую линию”, электронную почту, консультации, как в офисе MSC Software, так и на территории предприятий-пользователей, решения демонстрационных задач. Гарантией качества поддержки является то, что в зависимости от сложности вопросов может быть задействована вся цепочка технических специалистов, включая: подготовленных технических специалистов региональных партнёров, специалистов Московского офиса, и затем и специалистов со всего мира. Кроме этого, в настоящее время в MSC Software созданы виртуальные группы поддержки, специализирующиеся по отдельным системам и включающие в себя специалистов из разных стран с разных континентов, работающих вместе на основе современных электронных средств коммуникации.

Обучение

Поддержка и сопровождение

продуктов. Занятия включают в себя как вводные, так и углубленные курсы. В основном, обучение проводится в форме учебно-практических семинаров. Также осуществляется обучение пользователей на рабочих местах и по проблемам, представляющим специфическую сферу интересов для конкретного предприятия.

Каждый год на территории России, в странах СНГ и Балтии проводятся десятки семинаров, где проходят обучение сотни человек. Ведущие специалисты Российских компаний обучались и за рубежом. Ежегодно, во всём мире, корпорация проводит большое количество семинаров, с расписанием и содержанием которых можно познакомиться на страницах MSC Software в интернете по адресам mscsoftware.com и mscsoftware.ru

В понятие технической поддержки входит также автоматическая поставка новых версий систем и соответствующей документации.

Корпорация MSC Software предлагает информационные блоки, представленные в виде подкастов, которые в сжатой, но очень емкой, целевой форме мультимедийного видео файла с презентацией и авторским голосовым сопровождением, рассказывают о новых технологиях в области инженерного моделирования и анализа. Эти подкасты доступны для просмотра и скачивания в сети интернет.

Пользователи MSC Software могут зарегистрироваться на сайте simcompanion.mscsoftware.com и получить доступ к базе данных, содержащей новости, материалы конференций, технические публикации, документацию по системам MSC Software. Кроме этого, на сайте содержится описание известных ошибок, примеры использования программных продуктов MSC Software, описание новых возможностей, анонсы новых и архивы прошедших вебинаров, ссылки на подкасты и видеоролики на YouTube, ссылки на группы MSC Software в различных социальных сетях, форум пользователей MSC Software и многое другое. Есть возможность подписки на новости по интересующим разделам.

http://www.mscsoftware.com


http://simcompanion.mscsoftware.com


Приобретение лицензий на программное обеспечение корпорации MSC Software на территории России, стран СНГ и Балтии осуществляется через дочернюю компанию MSC Software Corporation в России и СНГ – ООО “MSC Software RUS”: 123022, Москва, ул. 2-я Звенигородская, 13, стр. 43, 5 этаж. Телефон: +7 (495) 363-06-83 (многоканальный), +7 (495) 363-62-48 Факс: (495) 787-76-06,Интернет: mscsoftware.ru, mscsoftware.com

Программное обеспечение корпорации MSC Software можно также приобрести и через официальных партнёров в России, странах СНГ и Балтии, которыми в настоящее время являются:

1. АТОН инжиниринг 220049, Республика Беларусь, ул. Кнорина, 39, тел.: +375 (29) 626 42 64, тел./факс: +375 (17) 385 21 11 aton.by

2. Би Питрон СП 191014, Россия, г. С.-Петербург, Виленский пер., д. 4, тел.: +7 (812) 272-16-66, +7 (495) 580-61-90, факс: +7 (812) 272-38-69, bee-pitron.com

3. ГлоБАС Групп 191186, Россия, г. С.-Петербург, Невский пр., д. 21, лит. А, оф. 503, тел.: +7 812 363-45-75, globasgroup.com

4. IN RE Lithuania, LT-01108, Vilnius, Lukiskiu str. 3, tel.: +370 5 212-46-60, fax: +370 5 261-30-21, inre.lt

5. Интерпроком 117105, Россия, г. Москва, ул. Нагатинская 1, стр.14, тел./факс: +7 (495) 781-92-64, interprocom.ru

6. ИнфоСАПР 129164, Россия, г. Москва, ул. Маломосковская, д. 22, стр.1, тел./факс: +7 (495) 989-21-77, infosapr.ru

Приобретение лицензий на использование систем MSC Software

7. Лаврин Проджект 127282, Россия, г. Москва, ул. Широкая, 9-1-30, тел.: +7 (499) 399-37-10; +7 (985) 643-82-61

8. ПробаЛаб 123154, Россия, г. Москва, бульвар Генерала Карбышева, д. 5, к. 1, помещ. I, 1 этаж, оф. 3/6В, тел.: +7 (962) 999-72-72, probalab.ru

9. RAM Trade company Республика Казахстан, 050026, г. Алматы, ул. Муканова, 223В, оф. 8А, тел./факс: +7 (727) 300-63-66, +7 (727) 300-75-43, companyram.kz

10. Русская Промышленная Компания 105120, Россия, г. Москва, Костомаровский пер., д. 11, стр. 1, тел/факс: +7 (495) 744-00-04, cad.ru

11. Русский САПР 123056, Россия, г. Москва, Малый Тишинский переулок, д. 23, стр. 1, тел.: +7 (495) 744-00-11, rusapr.ru

12. СиСофт 108811, Россия, г. Москва, 22-й км Киевского шоссе, д. 4, стр. 1, Бизнес-парк «Румянцево», подьезд 1, офис 508А тел.: +7 (495) 913-22-22, факс: +7 (495) 913-22-21, csoft.ru

13. Технополис Украина, 01011, Киев, пер. Евгения Гуцало 3, тел./факс: +380 44 280-31-18, +380 44 288-85-76, tpolis.com

14. Техпром 446010, Россия, Самарская обл., г. Сызрань, ул. Гидротурбинная, 13, тел. +7 (8464) 37-81-12, 37-84-12, факс: +7 (8464) 37-34-92, 37-34-67, tech-prom.com

15. ЦЭПР 125284, Россия, г. Москва, 1-й Боткинский проезд 7, стр. 26, тел.: +7 (495) 708-42-94, факс: +7 (499) 795-89-69, cepr.ru





http://www.mscsoftware.com

http://www.aton.by

http://bee-pitron.com

http://www.globasgroup.com

http://www.inre.lt

http://www.interprocom.ru

https://www.infosapr.ru

http://www.probalab.ru

http://www.companyram.kz

http://www.cad.ru

http://www.rusapr.ru

http://www.csoft.ru

http://www.tpolis.com

http://www.tech-prom.com

http://www.cepr.ru

72

Семинары MSC Software Corporation — гарантия высокой эффективности внедрения и использования систем инженерного анализа

Корпорация проводит семинары по обучению работе с системами MSC Software в области анализа прочности, динамики, аэроупругости, долговечности, тепловых процессов, оптимизации конструкций, быстропротекающих высоконелинейных процессов, моделирование гидро- и газодинамических процессов, подготовки расчётных моделей и обработки результатов расчёта, а также других областях. Базовые семинары предназначены как для начинающих, так и для опытных пользователей систем MSC Software. Для опытных пользователей дополнительно предлагается углублённое изучение программных продуктов, специализированных модулей и утилит, включая программирование на встроенных языках, изучение структуры данных и программных интерфейсов, ввод собственных математических алгоритмов, создание собственных графических интерфейсов и освоение других продвинутых возможностей.

Литература, издаваемая MSC Software, включает в себя учебно-методическую литературу общего назначения и специальные руководства по решению конкретных задач.

Учебно-методическая литература общего назначения содержит теоретические и практические основы по применению систем MSC Software. Пособия ориентированы как на начинающих, так и на опытных пользователей.

В учебно-методических пособиях, направленных на изучение методик решений конкретных практических задач приводится постановка задачи и подробное описание каждого шага ее решения с применением систем MSC Software. Описываются последовательности команд и вводимые параметры, приводятся входные файлы данных и файлы результатов, таблицы, графики и т.д.

Пособия подготовлены высококвалифицированными специалистами на ведущих предприятиях России в процессе проектирования и доводки реальных промышленных изделий.

Учебно-методическая литература MSC Software на русском языке

Цель пособий — ускорить получение практических результатов при внедрении систем MSC Software, повысить эффективность их применения на основе обмена опытом по решению сложных инженерных задач.

Инженеры получают уникальную возможность быстро изучить самые сложные и эффективные методы расчетов, проводимые лучшими специалистами на ведущих предприятиях промышленности.

Официальные пользователи компании MSC Software могут бесплатно получить учебно-методические пособия в электронном виде в Московском офисе корпорации.

Актуальный список учебно-методической литературы MSC Software на русском языке можно найти по адресу: mscsoftware.ru/manuals

Список публикаций MSC Software на русском языке: mscsoftware.ru/publishes

Список изданных учебных пособий: mscsoftware.ru/books

Актуальный каталог семинаров с их подробным описанием на русском языке можно посмотреть на сайте MSC Software по адресу: mscsoftware.ru/training. Подробное описание отдельных заинтересовавших вас семинаров может быть предоставлено по запросу. Описание семинаров на английском языке можно найти на сайте mscsoftware.com/course-catalog

Для того чтобы принять участие в семинарах необходимо заранее выслать заявку, с указанием семинара и планируемым количеством слушателей от вашего предприятия. Просим заранее направлять нам предварительные заявки на все семинары, которые вы планируете прослушать. Если вас по каким-либо причинам не устраивают сроки проведения семинаров, то мы готовы их изменить согласно вашим запросам при достаточном количестве слушателей от предприятия.

http://www.mscsoftware.ru/manuals

http://www.mscsoftware.ru/publishes

http://www.mscsoftware.ru/books

http://www.mscsoftware.ru/training

https://www.mscsoftware.com/course-catalog


Программный продукт

Номер курса Название курса Продолжительность

MSC Apex

APX101 Моделирование в среде MSC Apex 2 дня

APX102 Постановка и решение задач, обработка результатов расчетов в среде MSC Apex 2 дня

Adams

ADM701 Базовый семинар по Adams 5 дней

ADM710 Моделирование упругих тел в Adams/Flex 2 дня

ADM710A Расширенный семинар по моделированию упругих тел в Adams 3 дня

ADM711 Интеграция моделей систем управления EASY5 с моделями машин и механизмов Adams 1 день

ADM740 Основы работы с проблемно ориентированным модулем Adams/Car 5 дней

ADM750 Моделирование в Adams сложных механизмов и приводов с помощью проблемно-ориентированного модуля Adams/Machinery 1 день

MSC Nastran

NAS101 Основы работы с MSC Nastran 5 дней

NAS102 Анализ динамических процессов с использованием MSC Nastran и Patran 5 дней

NAS102SP Анализ отклика на ударное широкополосное воздействие с использованием MSC Nastran 1 день

NAS102ST Анализ отклика на ударное широкополосное воздействие с использованием MSC Nastran и Seismic Toolkit 2 дня

NAS104 Основы теплового анализа в MSC Nastran 4 дня

NAS106 Применение метода подконструкций в MSC Nastran 4 дня

NAS107 Оптимизация конструкций в MSC Nastran 4 дня

NAS108 Новые возможности MSC Nastran 1 день

NAS110 Базы данных и DMAP приложения в MSC Nastran 3 дня

NAS113 Расчет конструкций из композиционных материалов в MSC Nastran 3 дня

NAS115 Акустический анализ с использованием MSC Nastran 3 дня

NAS120 Анализ линейной статики, собственных частот и форм, а также потери устойчивости с использованием MSC Nastran и Patran 5 дней

NAS124 Тепловой анализ в MSC Nastran и Patran 4 дня

NAS126 Расширенные возможности MSC Nastran по решению нелинейных задач явным методом — SOL700 3 дня

NAS127 Анализ роторной динамики в MSC Nastran 3 дня

NAS400 Расширенные возможности MSC Nastran по решению нелинейных задач — SOL400 4 дня

Patran

PAT301 Построение расчётных моделей и анализ результатов в системе Patran 5 дней

PAT302 Расширенное геометрическое и конечно-элементное моделирование и кастомизация интерфейса в Patran 4 дня

PAT304 Создание пользовательских функций и графического интерфейса в Patran с использованием командного языка PCL 5 дней

PAT312 Анализ тепловых процессов в Patran Thermal 5 дней

PAT318 Анализ усталостной долговечности конструкций с использованием MSC Fatigue 4 дня

PAT325 Моделирование конструкций из слоистых композиционных материалов с использованием Patran Laminate Modeler 2 дня

PAT328 Новые возможности Patran 3 дня




74

Программный продукт

Номер курса Название курса Продолжительность

Marc

MAR101 Введение в систему Marc с использованием Mentat 3 дня

MAR102 Анализ нелинейных процессов с использованием Marc и Mentat для опытных пользователей 3 дня

MAR120 Инженерный анализ нелинейных процессов в системе Marc с использованием Patran 5 дней

MAR121 Изучение расширенных возможностей по анализу нелинейных процессов в системе Marc с использованием Patran 3 дня

Dytran DYT101, DYT102

Решение быстропротекающих существенно нелинейных задач с использованием Dytran (использование Лагранжева и Эйлерова подхода) 5 дней

FlightLoads FLD120 Введение в комплекс аэроупругого моделирования и расчета FlightLoads 5 дней

Easy5 EAS101 Введение в моделирование сложных технических систем и устройств на схемном уровне с использованием EASY5 2 дня

Sinda SND502 Анализ тепловых процессов в Sinda 5 дней

Actran

ACT101a Введение в анализ акустики с применением системы Actran 2 дня

ACT110 Анализ акустики и вибро-акустики с применением системы Actran 2 дня

ACT130 Анализ акустики и аэро-акустики с применением системы Actran 2 дня

ACT140 Применение Actran для анализа акустических воздействий на элементы ракет-носителей и космические аппараты в процессе запуска 3 дня

ACT603 Анализ распространения шума в области выходных устройств авиационных турбореактивных двигателей с применением модуля Actran DGM 2 дня

Simufact Forming SFM101 Компьютерное моделирование процессов обработки металлов давлением и термообработки с использованием Simufact Forming 2 дня

Simufact Welding SWL101 Компьютерное моделирование процессов сварки, наплавки и пайки с использованием Simufact Welding 2 дня

Simufact Additive SAD101 Компьютерное моделирование процессов 3D-печати деталей из металлов с использованием Simufact Additive 1 день

Digimat

DIG101 Базовый семинар по Digimat 5 дней

DIG201, DIG202

Серия семинаров по разработке композиционных материалов с использованием Digimat от 2 до 3 дней

DIG301, DIG302

Серия семинаров по расчету на прочность композитных конструкций с использованием Digimat от 2 до 3 дней

DIG401, DIG402

Серия семинаров по виртуальным испытаниям композиционных материалов с помощью Digimat от 2 до 3 дней

DIG501, DIG502 Серия семинаров по возможностям Digimat для аддитивных технологий от 3 до 4 дней

scFLOW SCF101 Введение в моделирование гидро- и газодинамических процессов, процессов теплообмена в среде scFLOW от 2 до 5 дней

scSTREAM SCS101 Введение в моделирование гидро- и газодинамических процессов, процессов теплообмена в среде scSTREAM от 2 до 5 дней

Virtual Test Drive VTD101 Работа с системой Virtual Test Drive для виртуального моделирования движения транспортных средств в условиях дорожного траффика от 2 до 3 дней

Для заметок

Московский офис MSC Software предлагает всем заинтересованным компаниям: однодневные мастер-классы

специальные выездные лекции

вебинары

Руководители и специалисты предприятий могут предварительно обсудить с сотрудниками MSC Software интересующие темы, установить порядок их рассмотрения, временные рамки и направить запрос на [email protected]

C дополнительной информацией можно ознакомиться на сайте mscsoftware.ru

Корпорация MSC Software по всему миру постоянно проводит: глобальные конференции пользователей

региональные конференции пользователей

тематические конференции

Участие в конференциях дает возможность:

познакомиться с практическими решениями актуальных задач в разных отраслях промышленности

из первых рук узнать о планах развития компании, о новых решениях и возможностях программных комплексов

услышать о преимуществах, которые дают технологии MSC Software в решении реальных задач промышленности

узнать, как решения MSC Software помогают повысить качество изделий, поддержать и усилить конкурентные преимущества в своей отрасли и существенно экономить средства

обсудить с командой технических экспертов MSC Software актуальные вопросы и проблемы в области компьютерного моделирования

обменяться опытом использования программных комплексов MSC Software в решении реальных задач с представителями ведущих компаний из разных отраслей промышленности

Узнать о проходящих мероприятиях можно на сайте компании, либо подписавшись на новостную рассылку, отправив запрос на [email protected]

С 1998 года в Москве проводятся конференции «Компьютерные системы инженерного анализа MSC Software».

С трудами конференций можно ознакомиться на сайте mscsoftware.ru/quick-conf


http://www.mscsoftware.ru/quick-conf

© 2020 Hexagon AB and/or its subsidiaries and affiliates. All rights reserved.

Hexagon — мировой лидер в области сенсорных, программных и автономных решений, предоставляющих данные и инструментарий для повышения эффективности, производительности и качества в сферах промышленности, производства, инфраструктуры, безопасности и мобильности.

Технологии компании Hexagon формируют городские и производственные экосистемы, делая их более взаимосвязанными и автономными, обеспечивая масштабируемость и надежное будущее.

Hexagon Manufacturing Intelligence — подразделение компании Hexagon. Решения Hexagon Manufacturing Intelligence, использующие данные проектирования и инжиниринга, производства и метрологии выводят предприятия на новый уровень эффективности.

Подробности о компании Hexagon можно найти на сайте hexagon.com. Новости в социальных сетях: @HexagonAB.

MSC Software, часть Hexagon Manufacturing Intelligence, одна из десяти первых компаний-разработчиков программного обеспечения и мировой лидер в области виртуального моделирования, инженерных расчётов и услуг, значительно расширяющих возможности стандартных промышленных методов и подходов. Узнать больше о продуктах и услугах MSC Software можно на сайте mscsoftware.com.


http://hexagon.com

http://mscsoftware.com

msc software Комплексные технологии виртуального...

Documents