62029 (САПР (Cosmos/M))

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ОПИСАНИЕ МОДУЛЕЙ АНАЛИЗА И ВОЗМОЖНОСТЕЙ СИСТЕМЫ

1. . С0SM0S/М

COSMOS/М это построенная по модульному принципу автономная сис­тема анализа МКЭ, разрабатываемая корпорацией Structural Research для пер­сональных ЭВМ и рабочих станций. Она включает модули для решения линей­ных и нелинейных, статических и динамических задач анализа механических конструкций, а также полевых задач теплопроводности, механики жидко­сти и электромагнетизма. Имеются также модули для решения ряда специ­альных задач, таких как усталостная прочность при циклических нагрузках и анализ гидравлических сетей. Система непрерывно развивается и совершенст­вуется с использованием самых передовых методов, соответствующих стреми­тельному прогрессу технических средств. Программа COSMOS/M имеет модульную структуру, однако пользователь взаимодействует с ней только через интерфейс программы GEOSTAR. Все внутренние обращения и передачи управления автоматизированы таким образом, чтобы обеспечить пользователю работу в режиме однотипного экрана. Пользователь строит модель, определяет все данные, необходимые для программы анализа, выполняет собственно ана­лиз и оценивает результаты - и все это, не выходя из среды GEOSTAR.

Каждой задаче должно быть дано имя, которое является общим для всех файлов, относящихся к этой задаче. Имя каждого из этих файлов имеет свое расширение, которое определяет тип содержащейся в файле инфор­мации. В настоящем пособии все файлы, относящиеся к одной задаче, называ­ются базой данных задачи. Многие файлы базы данных являются общими для всех типов анализа; некоторые содержат информацию, относящуюся только к одному типу анализа. Одна и та же база данных может быть использована для выполнения различных типов анализа. COSMOS/M создает как двоичные фай­лы, так и файлы в формате ASCII. Двоичные файлы используются самой про­граммой для сохранения и восстановления информации. Файлы ASCII, с другой стороны, используются для хранения информации, которая непосредственно используется пользователем.

1.2.Краткий обзор модулей COSMOS/M

Система COSMOS/M включает пре- и постпроцессоры, различные мо­дули анализа, интерфейсы с CAD-системами, трансляторы и утилиты.

GEOSTAR: пре- и постпроцессор

Модуль GEOSTAR представляет собой работающий в графическом режиме трехмерный интерактивный геометрический моделировщик, позволяю­щий генерировать сетки конечных элементов, а также выполняющий функции пре- и постпроцессора при анализе МКЭ. Геометрические возможности GEOSTAR базируются на методе смешанных граничных представлений (В-гер) и параметрических кубических уравнениях.

Основное назначение GEOSTAR - выполнение функций пре- и пост­процессора для системы анализа МКЭ COSMOS/M. Пользователь может созда­вать модель, вводить всю необходимую для анализа информацию, выполнять собственно анализ, используя расчетные модули COSMOS/М и, наконец, визуально оценивать результаты. Все это доступно непосредственно в среде GEOSTAR в графическом интерактивном режиме под управлением падающего меню.

Разнообразные возможности геометрического моделирования в соче­тании с гибкими средствами генерации конечно-элементных сеток, позволяют легко создавать сложные расчетные модели. Нагрузки, граничные и начальные условия могут быть приложены к соответствующему геометрическому элементу модели в любой заранее определенной системе координат.

Программу GEOSTAR выгодно отличает сочетание мощных воз­можностей, интуитивно понятной структуры и легкости в освоении.

Модели, созданные в других системах геометрического моделиро­вания (CAD), могут быть введены в GEOSTAR с помощью форматов DXF и IGES. Пользователю в процессе работы в CAD-системе необходимо получить файл в одном из этих форматов, а потом воспользоваться одной из команд GEOSTAR для ввода модели. Также легко можно получить описание модели, построенной в GEOSTAR, в выходном файле в формате DXF или IGES для последующего использования в одной из CAD-систем.

STAR: модуль линейного статического анализа

Модуль STAR использует для вычисления деформаций конст­рукций линейную теорию, использующую предположение малости перемеще­ний. Для расчета напряжений STAR вызывает дополнительный модуль STRESS. Ниже приведены основные особенности модулей STAR и STRESS:

• Расширенная библиотека элементов.

• Изотропные, ортотропные, анизотропные и композитные свойства материа­лов.

• Критерий разрушения для композитных материалов.

• Предписанные начальные смещения узлов с учетом или без учета других нагрузок.

• Связанные степени свободы.

• Задание уравнений связи.

• Тепловые, весовые и центробежные нагрузки. „

• Балочные нагрузки.

• Плоскостные эффекты при оценке жесткости.

• Расчет для составного нагружения за один прогон модуля.

• Введение в матрицу жесткости дополнительной небольшой упругости для предотвращения ее возможного вырождения.

• Техника суперэлементов.

• Взаимодействие жидкости с твердым телом.

• Элемент "Зазор с трением".

• Постпроцессорные возможности:

вывод листинга смещений и напряжений; автоматический выбор экстремальных значений смещений и компонент на­пряжений; визуализация деформированного состояния; анимация деформи­рованного состояния; многоцветное представление полей деформации и на­пряжения; представленные полей деформации и напряжения в изолиниях; векторное представление полей деформации и напряжения; вывод в листинг и визуализация сдвиговых и моментных компонент балочных элементов; управляемое пользователем масштабирование; комбинирование смещений и компонент напряжения различных вариантов нагружений.

STRESS: дополнительный модуль вычисления напряжений для задач линейной статики.

Модуль STRESS вычисляет напряжения в элементах и узлах для большинства элементов библиотеки, используя результаты, полученные STAR. Напряжения, вызываемые составными нагрузками, вычисляются за один проход модуля, а комбинирование нагружений возможно на постпроцессорной стадии. Напряжения могут быть получены в любой предварительно определен­ной системе координат. Модуль STRESS поддерживает все возможности STAR

DSTAR: модуль вычисления собственных частот и анализа устойчивости

Модуль DSTAR оценивает собственные частоты и соответствую­щие им формы свободных колебаний конструкции. Он также позволяет найти критические нагрузки и связанные с ними формы потери устойчивости. Да­лее отмечены наиболее важные особенности модуля DSTAR.

• Наличие нескольких методов отыскания собственных значений итераций в подпространстве (вплоть до 150 значений), Ланцоша (вплоть до 150 значе­ний), Якоби (все собственные значения), обратный степенной (одно собст­венное значение).

• Вычисление комплексных собственных значений.

• Вычисление собственных значений в заданной частотной области путем задания частотного сдвига.

• Использование последовательности Штурма для выделения кратных собст­венных значений.

• Матрицы сосредоточенных и распределенных масс.

• Учет влияния плоской нагрузки на жесткость. Возможность добавить малую упругость.

• Постпроцессорные возможности:

вывод листинга собственных частот и форм; вывод листинга экстремальных значений форм; визуализация форм; анимации форм; управляемое пользователем масштабирование.

HSTAR: модуль решения задач теплопроводности

Модуль HSTAR решает задачи теплопроводности, включающие теп­лообмен за счет проводимости, конвекции и излучения. Далее отмечены наи­более важные особенности модуля HSTAR.

• Линейная и нелинейная, стационарная и нестационарная теплопроводность.

• Температурно-зависимые свойства материалов.

• Источники и стоки тепла, зависящие от времени и температуры.

• Граничные условия, зависящие от времени и температуры: тепловые потоки; конвекция; излучение.

• Предписанные температуры, задаваемые как функции времени. (Несколько итерационных вычислительных алгоритмов): метод Ньютона - Рафсона; мо­дифицированный метод Ньютона - Рафсона.

• Вычисление коэффициентов направленности излучения.

• Постпроцессорные возможности:

вывод в листинг и визуализация темпера­тур, температурных градиентов и тепловых потоков; вывод экстремальных зна­чений; представление многоцветной областью, в изолиниях и в векторном виде.

ASTAR: Модуль динамического анализа

Модуль ASTAR использует результаты, вычисленные модулем DSTAR, и метод разложения по собственным формам для вычисления динамической реакции конструкции. Далее отмечены некоторые важные особен­ности модуля ASTAR.

• Расширенная библиотека элементов.

• Возможности анализа:

возбуждение во временной области; возбуждение через основание (включая сейсмические нагрузки); возбуждение в частотной области; ударный спектр; генерация спектра ответа; случайная вибрация; стационарный гармонический анализ; спектральная плотность мощности (случайный отклик).

• Модели демпфирования: скалярная; амортизационная; с дискретной вязко­стью; с модальной вязкостью; конструкционная.

• Начальные условия.

• Функции времени для масштабирования нагрузок.

• Анализ напряженных состояний.

• Двух узловые элементы "зазор с трением", работающие на сжатие или рас­тяжение.

• Постпроцессорные возможности:

вывод в листинг и визуализация реакций (смещения, скорости, ускорения и напряжения); построение графиков функ­ций времени или частоты для реакций отдельных узлов и элементов; вывод в листинг экстремальных значений, визуализация в многоцветных и вектор­ных полях, а также изолиниях, масштабирование под управлением пользо­вателя.

NSTAR: модуль нелинейного анализа конструкции

Модуль NSTAR решает задачи нелинейного статического и динами­ческого анализа конструкций. Далее отмечены некоторые важные особенно­сти модуля NSTAR.

• Расширенная библиотека элементов.

• Геометрическая нелинейность:

большие перемещения (общая и модифици­рованная формулировка Лагранжиана); большие деформации (резиноподобные материалы); управляемые зазоры, линии и поверхности контакта.

• Физическая нелинейность:

нелинейная упругость (билинейная и произволь­ная кривая - напряжение-деформация); гиперэластичность; пластичность; ползучесть; термопластичность; несжимаемость.

• Вычислительные методы:

методы управления включают: управление нагруз­кой; управление перемещением (определяет движение узла как функцию времени в заданном направлении).

• Итерационные методы включают:

обычный метод Ньютона - Рафсона (метод касательных); модифицированный метод Ньютона - Рафсона (метод каса­тельных); BFSG-метод (Бройдена-Флетчера-Голдфарба-Шанно) (метод се­кущих), поиск линии для улучшения сходимости; управление числом итера­ций и погрешностью.

• Нагрузки:

сосредоточенные силы; давление; температуры; центробежные; весовые; консервативные и неконсервативные; временные функции для масштабирования нагрузок.

• Дополнительные возможности:

нелинейная устойчивость (анализ предель­ной нагрузки); повторный запуск для продолжения вычислений с заданного шага (нагрузки, метод решения и шаг интегрирования могут быть изменены перед каждым повторным запуском); связанные степени свободы.

• Постпроцессорные возможности:

вывод в листинг перемещений, деформа­ций и напряжений; вывод в листинг экстремальных значений перемещений, деформаций и компонент напряжений; визуализация деформированных форм в заданных точках процесса; анимация деформированных форм; ви­зуализация в многоцветных и векторных полях, а также изолиниях; масшта­бирование под управлением пользователя, построение графиков функций времени для реакций отдельных узлов и элементов.