В.А. Столярчук. Анализ результатов расчетов в САЕ-системах (учебное пособие), страница 3

Надо ответить на следующие вопросы:

• как в среднем (в процентах) отличаются значения напряжений и перемещений в Sigma/Nastran?

• от чего зависит разница в результатах: от вида напряжений (перемещений), от величины напряжений (перемещений), от расположения КЭ внутри рассчитываемой области, от каких-нибудь иных факторов, которые удастся выявить исследователю;

• при каких значениях напряжений (перемещений) возникают наибольшие отличия.

На последний вопрос ответ чаще всего однозначен: при малых значениях напряжений. Но при каких именно? Этот вопрос очень важен, так как найденное значение дает информацию о том, каким диапазонам значений напряжений можно доверять, каким - нельзя.

Очевидно, что наибольшими отличиями будут обладать напряжения, значения которых в двух системах окажутся разных знаков. Поэтому максимальные значения напряжений, при которых возникает ситуация, когда в двух системах получаются разные знаки, дает нам нижнюю границу значений, которым можно доверять.

Тогда после выявления этой границы можно более квалифицированно дать ответ на вопрос о среднем отличии (в %) значений напряжений (перемещений), полученных в двух системах. Для этого надо исключить из ряда значений напряжений те значения, которые меньше выявленной нижней границы значений, которым можно доверять.

Для получения ответов на все эти вопросы необходимо:

• решить прикладную задачи в CAE Sigma;

• осуществить экспорт исходных данных из Sigma в Nastran и решить задачу в Nastran-е при разной плотности конечно-элементоной сетки (при разных, чаще трёх, значений NRC = 3,5,7);

• провести сравнение результатов решения задачи в двух системах;

• проанализировать полученные результаты сравнения и сделать выводы.

Далее излагается методика сопоставления результатов, полученных в двух системах.

Для сравнения результатов численного решения идентичной задачи в двух системах и облегчения последующего анализа используется отдельная программа Comparison v1.6 (или утилита cmp), которые поставляются вместе с САЕ Sigma и размещаются автоматически в папке Sigma при инсталляции системы. Первая версия Comparison была разработана студентом Горбуновым И.В. в 2012 году, затем программу доработали студенты Фролов В.В. и Хайруллин И.Р. в 2013 году.

Comparison 1.6 обрабатывает файлы с результатами Sigma и Femap – Nastran и представляет результат в *.xls файле (необходим предустановленный Excel, версией не ранее MS Office 2003)

Последовательность действий следующая:

1. Решение задачи в Sigma/

2. Экспорт модели из Sigma в Femap-Nastran и решение задачи в Nastran-е (проводится нажатием пиктограммы в главном окне Sigma)

3. Импорт результатов из Femap-Nastran в Excel :

   1. После расчета в Nastran все результаты необходимо представить в формате CSV, для этого необходимо пройти в меню по следующему пути: File – Export - Analysis Model - Comma-Separated

   2. После нажатия на кнопку ОК необходимо выбрать имя и директорию сохраняемого файла. Будет произведен импорт данных о перемещении точек, для удобства желательно в имени файла указать значение параметра NRC и тип данных: displacement/stress. После нажатия на кнопку ОК необходимо выбрать координаты перемещения (X, Y):

First vector – 2. T1 Translation,

Last Vector – 3. T2 Translation.

1. В следующем окне выбора элементов необходимо выбрать все кнопкой Select All. В результате в указанной директории появится csv-файл.

Для импорта напряжений из Femap в Excel повторить пункты a – с, изменив имя целевого файла и выбрав следующие вектора:

First Vector - 7620. Lam Ply1 X Normal Stress

Last Vector - 7633. Lam1 VonMises Normal Stress

1. Конвертация результатов расчета Sigma программой cmpConverter:

   1. В указанной программе открыть *.res файл расчета Sigma

   2. По нажатию на кнопку «Конвертировать» в папке проекта создастся *.res файл с префиксом CONVERTED

2. Сравнение результатов в программе Comparison 1.6:

   1. Указать пути к необходимым файлам, полученным на шагах 1-2: *.res, *.csv

   2. Выбрать необходимые параметры сравнения и нажать кнопку «Расчет»

   3. В результате откроется 2 файла в приложении Excel. При необходимости их необходимо сохранить.

Главное окно Comparison 1.6 представлено на рис. 45.

Программа Comparison v1.6 (или утилита cmp) подсчитывает следующие характеристики:

- средний процент отличия значений напряжений и перемещений, полученных в двух системах;

- среднее отклонение и среднее квадратичное отклонение;

- проценты, составляющие среднее отклонение от максимального значения (по модулю) данного типа напряжений или перемещений;

- проценты, составляющие максимальное отклонение (по модулю) от максимального значения данного типа напряжений или перемещений;

Comparison v1.6 представляет результат в *.xls файле, вид которого для одного вида напряжения представлен ниже:

Обработка таких таблиц по каждому из напряжений в зависимости от плотности сетки представляется в следующем виде:

В процессе анализа исследователь:

• выявляет верхнюю границу напряжений, которые можно считать незначительными, для этого анализирует результат работы программы Comparison и находит те КЭ и напряжения в них, которые по расчетам Sigma и Nastran получились разного знака.

• анализирует полученные в предыдущем пункте границы напряжений и выявляет вид напряжения, для которого границы при каждом NRC наибольшие, определяет область, в которой находится КЭ с наибольшим значением верхней границы и объясняет, почему именно в этой области наблюдается такая высокая верхняя граница. Пытается выявить закономерность увеличения/уменьшения верхней границы в зависимости от NRC, и дает объяснение этой закономерности.

• располагает типы напряжений в таблице в зависимости от подсчитанных Comparison (или утилитой cmp) характеристик для выявления наиболее совпадающих и несовпадающих напряжений и перемещений, в результате чего  выявляет напряжения (при сравнении результатов расчетов в 2-ух системах), в которых  имеется  наибольшее несоответствие (ошибка), в каких - наименьшее (на основе всех подсчитанных характеристик) и дает своё квалифицированное заключение. То же самое – для перемещений. Здесь надо иметь в виду, что анализ должен проводиться на значениях напряжений, которым можно доверять;

• при анализе разницы значений напряжений в 2-х системах выявляет закономерности различий и обращает внимание на уровень значений напряжений, имеющих наибольшую несогласованность в 2-ух системах. Цель- выявить диапазон значений, к которым на основании сравнения результатов в 2-х системах можно относиться доверительно. Указывает диапазон значений, в которых возникает больше 30, в районе 20 и меньше 10% разница в подсчете напряжений. Здесь также надо иметь в виду, что анализ должен проводиться на значениях напряжений, которым можно доверять;

• завершает работу анализом результатов сравнения, включающим исследование тенденции отличия результатов, подсчитанных в 2-х системах в зависимости от числа конечных элементов.

В качестве примера покажем результат конкретного исследования и выводы, которые можно сделать: