27

Кафедра 609

Столярчук В.А.

2017

Учебное пособие

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к КУРСОВОЙ РАБОТЕ

по дисциплине «CAD-CAE -системы»

подготовки бакалавров каф.609

6-ой семестр

В курсовой работе изучается материал следующих разделов дисциплины «CAD/CAE системы» 6-го семестра:

7. «Универсальные САЕ-системы на базе МКЭ и их алгоритмизация »,

8. «Автоматизация подготовки исходных данных в САЕ-системах »,

9. «Разреженная технология в САЕ-системах »,

10.» Достоверность и точность результатов решения задач в универсальных САЕ системах »

Название курсовой работы:

«Алгоритмизация и модификация САЕ-систем »

Оглавление

1. Первая (обязательная) часть курсовой работы в 6-ом семестре 4

П.1. Препроцессор САЕ Sigma. 5

П.1.1. Освоение функционала Preproсessor-а 7

П.1.2. Формирование в Preproсessor-е сложной модели объекта 12

П.2. Встроенная подсистема подготовки данных САЕ Sigma. 16

П.3. Подсистема и алгоритм оптимизации сетки КЭ 18

П.4. Алгоритмы упаковки разреженных матриц 22

П.5. Подсистема и алгоритмы упорядочения матриц. 26

П.6. Недостатки САЕ Sigma и подсистемы Preprocessor, предложения по совершенствованию комплекса Sigma и его подсистем. 28

2. Вторая часть курсовой работы в 6-го семестра. 29

П.7. Качество сетки КЭ и влияние значений входных параметров на результаты решения задачи МКЭ. 29

П.8. Сравнение результатов расчета, полученных в разных САЕ – системах 35

3.Организация работы в семестре и во время сессии 40

4. Приложения 41

Приложение 1. Описание назначения массивов комплекса 41

Приложение 2. Получение значений напряжений в CAE Nastran. 44

Приложение 3. Инструкция по работе в Femap для выполнения 2-ой части КР 6-го семестра. 45

Приложение 4. Использование программы SigmaPlot 48

Курсовая работа 6-го семестра

«Алгоритмизация и модификация САЕ-систем»

Целью КР является изучение структуры и функционала систем инженерного анализа (САЕ), основанных на методе конечных элементов (МКЭ), а также подсистем и алгоритмов, составляющих такие, наиболее распространенные, САЕ- системы.

В качестве конкретного объекта изучения выступает открытая САЕ Sigma , разработанная для исследовательских и учебных целей.

Структура и алгоритмы САЕ Sigma в значительной степени коррелируются со структурой и алгоритмами таких известных коммерческими систем, как Nastran и AnSys .

Изучение САЕ Sigma в целом, её подсистем и алгоритмов в курсовой работе проводится в процессе этапов решения в Sigma прикладной задачи.

Как правило, каждый этап решения прикладной задачи обеспечивается отдельной подсистемой САЕ Sigma со свойственными этому этапу алгоритмами. Поэтому при выполнении каждого пункта КР студент обязан изучить соответствующую подсистему и обеспечивающие её алгоритмы вплоть до исходного кода.

Прикладная задача заключается в расчете напряжённо-деформированного состояния плоской пластины методом конечных элементов в учебной системе Sigma и коммерческой системе Nastran.

Обучающими элементами курсовой работы 6-го семестра являются:

• освоение функционала подсистемы автоматизированной подготовки исходных данных Preproсessor для решения задач в учебной конечно-элементной системе Sigma и углублённое знакомство студентов с САЕ - системами (учебной системой Sigma и коммерческими системами конечно-элементного анализа Nastran и (или) AnSys);

• изучение и исследование работы алгоритмов в системах Nastran и (или) AnSys на примере реализации учебной САЕ Sigma;

• исследование влияния входных параметров алгоритма МКЭ на результаты решения задачи;

• получение навыков разработки отдельных подсистем и модулей для системы Sigma на основе других алгоритмов;

• приобретение опыта в практических вопросах разработки математического обеспечения и конструирования соответствующих алгоритмов для САЕ - систем.

Детальное рассмотрение всех аспектов использования программной системы Sigma, вопросы, связанные с алгоритмизацией, а также выполнением курсовых работ приведено в подсистеме «Помощь» комплекса Sigma.

Общие требования по курсовой работе.

1. Все отчеты по пунктам курсовой работы должны заканчиваться выводом или заключением, кратко формулирующим итоги выполнения данного пункта.

2. Все графики, картины напряженно-деформированного состояния и другие графические материалы отчета должны снабжаться анализом, комментариями или выводом.

3. Все редактируемые подпрограммы (скопированные, переделанные, сделанные самостоятельно) являются разработкой студента, за которые он полностью ответственен.

Код редактируемых подпрограмм должен предваряться фамилией исполнителя в первой строке файла.

1. Имена папок и файлов проекта должны быть написаны латиницей

без использования знака подчеркивания и содержать не более 8-ми символов.

Путь к файлам проекта должен содержать только латинские символы и тоже не содержать знаков подчеркивания.

1. Дополнительные файлы и подпрограммы должны размещаться в папке проекта. При выполнении этого правила проект может быть рассчитан на любом компьютере под управлением Windows.

Курсовая работа состоит из двух частей.

Каждая из частей включает выполнение программного и исследовательского разделов.

За правильное выполнение и успешную защиту 1-ой обязательной части КР проставляется оценка "удовлетворительно" и студент вправе завершить её на этом этапе.

За выполнение и защиту одного из пунктов 2-ой части КР окончательная оценка за КР 6-го семестра увеличивается на 1балл, двух пунктов – 2 балла.

1. Первая (обязательная) часть курсовой работы в 6-ом семестре

Введение

Вариант задания совпадает с вариантом контрольных работ 5-го семестра (Кр.1 и Кр.2 по дисциплине «CAD/CАЕ - системы» ), включая геометрию рассчитываемого объекта (пластины), граничные условия и внешние воздействия.

Все изменения в исходном задании, внесенные в процессе выполнения контрольных работ 5-го семестра, должны быть учтены в КР 6-го семестра.

Курсовая работа базируется на результатах разработки проекта в САЕ Sigma (включая модули BOUND и FORCE).

Выполнение КР 6-го семестра проводится в модифицированной версии Sigma 7.2 (см. сайт). Отличие от версии Sigma 7.1. заключается в исправлениях некоторых ошибок и добавлении функционала в модуль определения областей опасных (разрушающих) напряжений. Правильно подготовленный проект 5-го семестра должен раскрываться в модифицированной версии Sigma 7.2.

Запускать Sigma 7.2 надо от имени администратора.

В 1-ой части работы студент выполняет следующие обязательные пункты задания, подкрепляющих лекционный материал и выполняемых по мере прохождения в семестре соответствующих разделов лекционного материала:

П.1. Препроцессор САЕ Sigma

П.2. Встроенная подсистема подготовки данных САЕ Sigma

П.3. Подсистема и алгоритм оптимизации сетки КЭ

П.4. Алгоритмы упаковки разреженных матриц

П.5. Подсистема и алгоритмы упорядочения матриц

П.6. Недостатки САЕ Sigma и подсистемы Preproсessor, предложения по совершенствованию комплекса Sigma и его подсистем.

Отчет по КР 6-го семестра должен начинаться с титульного листа, за которым должен следовать рисунок итогового задания контрольных работ 5-го семестра с размерами в соответствии с требованиями ЕСКД и примерным отображением функций нагрузки на рисунке рассчитываемой модели. Привести формулы нагрузки с указанием цифровых значений всех коэффициентов, указать точки начала отсчета координат функций нагрузки, указать нули функции, значение толщины = , найденной в Кр.2 5-го семестра.

За правильное выполнение и успешную защиту 1-ой обязательной части КР проставляется оценка "удовлетворительно" и студент вправе завершить КР на этом этапе.

П.1. Препроцессор САЕ Sigma.

В П.1. решается задача 5-го семестра при разных исходных данных, создаваемых с помощью системы подготовки данных Preproсessor, разработанной студентами каф. 609.

Описание Preproсessor-а приведено в работах А.А. Панфилова (выпускник 2013 года) и Комашенко Н.Н. (выпускник 2011 года), выложенных на сайте в разделе 6.3. Там же присутствует инструкция Комашенко Н.Н. по работе с Preproсessor-ом.

Студент обязан изучить структуру и алгоритмы Preproсessor-а вплоть до исходного кода, также выложенного на сайте. Часть кода приведена в описаниях Preproсessor-а.

Дадим краткую характеристику Preproсessor-а.

Preproсessor – программа автоматизации подготовки данных, специально разработанная для САЕ Sigma. Задача Preproсessor-а – полностью автоматизировать подготовку исходных данных для расчета в САЕ Sigma, включая:

• формирование предварительной геометрической модели

• формирование сетки КЭ;

• реализацию граничные условия и внешних воздействий;

• задание свойств КЭ в разных областях рассчитываемого объекта.

После завершения подготовки исходных данных в Preproсessor-е последние экспортируются в САЕ Sigma для последующего расчета и анализа результатов.

Исходными данными для формирования сетки КЭ каким-либо методом триангуляции (в Preproсessor-е реализованы метод изопараметрических координат, фронтальный метод и метод Рапперта), является предварительная геометрическая модель, сформированная из 8-ми-узловых зон, подобная модели, создаваемой в Sigma. Только средства Preproсessor-а для формирования такой модели обладают большей степенью автоматизации, нежели подсистема подготовки предварительной ГМ в Sigma.

Правда, автоматизация осуществляется за счет некоторых ограничений: стороны зон (даже внутренние) обязательно представляются только прямыми линиями, окружностями и дугами окружностей, а промежуточные узлы автоматически расставляются на середине сторон зон.

Задание граничных условий и внешних воздействий тоже автоматизировано. В Preproсessor-е достаточно указать номер линии предварительной ГМ и вид закрепления, чтобы реализовать граничные условия, в отличие от Sigma, где для этого необходимо составлять подпрограмму BOUND. Аналогично и с заданием внешних воздействий: в Preproсessor-е надо написать только формулу функции нагрузки и указать линию предварительной ГМ, к которой приложена эта нагрузка в отличие от Sigma, где для этого необходимо составлять подпрограмму FORCE.