5CAD-CAE-07-08 Проектир-ие ферм констр (1013990), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Настоящая модификация системы реализована на РС АТ/АТХ для работы под управлением ОС Microsoft® Windows 95/98/2000 в системе программирования для Windows — BorlandDelphi 5 и VisualFortran.

Язык VisualFortran был разработан как расширение Fortran 90 , адаптированное к семейству ОС Windows. Он позволил компилировать DLL- библиотеки для облегчения использования и подключения старых наработок в области машинных вычислений. Язык Fortran имеет долгую историю, и зарекомендовал себя как один из лучших для проведения математических расчётов в различных областях науки и техники. За долгие годы было разработано, отлажено и проверено огромное множество вычислительных библиотек и пакетов, пригодных для самых разнообразных задач, которые целесообразно использовать и продолжать их развитие, используя накопленный опыт предыдущих поколений программистов. Используя современные средства разработки ПО, предоставляемые пользователям, можно добиться хороших показателей производительности и работоспособности систем, применяя накопленный за годы багаж наработок.

Система BorlandDelphi 5 является развитием третий версии системы, которая обладает несколькими очень важными для программиста особенностями:

• изменения в языке ObjectPascal (динамические массивы,умалчиваемые параметры подпрограмм и т.д.)

• изменения в среде разработчика (новый кодовый редактор с возможностью гипертекстовых переходов, автоматическое создание скелетов новых классов и множество других изменений, для удобства и ускорения работы программиста)

• изменения в свойствах и методах базовых классов

• расширение возможностей за счёт внедрения новых компонентов

Общая структура и функциональная схема учебной САПР Ferma

Учебная САПР Ferma предназначена для расчета и оптимизации плоских ферменных конструкций. Система также позволяет производить расчет и оптимизацию пластин, нагруженных в своей плоскости. С помощью системы можно решать следующие проектно-конструкторские задачи:

Проектирование силовой схемы.

Заданными считаются нагрузки, условия закрепления и границы

прямоугольной области, в которую должна быть вписана плоская ферма. Требуется найти рациональную по критерию массы силовую схему (структуру) ферменной конструкции. При решении задачи используется алгоритм топологической оптимизации.

Параметрическая оптимизация.

Заданными считаются силовая схема ферменной конструкции, нагрузки и условия закрепления. Требуется найти оптимальное по критерию массы распределение материала (площадей поперечных сечений стержней) в ферме при ограничениях на напряжения и величины проектных переменных.

Расчет фермы.

Заданными считаются силовая схема и распределение материала в ферменной конструкции, нагрузки, условия закрепления. Требуется определить перемещения узлов, напряжения и усилия в стержнях фермы.

Расчет прямоугольных пластин постоянной толщины, нагруженных в своей плоскости.

Заданными считаются габаритные размеры пластины, ее толщина, нагрузки, условия закрепления. Требуется определить напряженно-деформированное состояние пластины.

Параметрическая оптимизация прямоугольных пластин, нагруженных в своей плоскости.

Заданными считаются габаритные размеры пластин, начальная толщина конечных элементов, нагрузки, условия закрепления. Требуется найти оптимальное по критерию массы распределение материала (толщины) пластины.

Программная реализация системы

Исходя из принципов использования учебной САПР Ferma, которые предусматривают возможность модификации системы самими студентами в процессе обучения, система реализована как MDI приложение.

Термин MDI (MultipleDocumentInterface) дословно означает многодокументальный интерфейс и описывает приложения, способные загрузить и использовать одновременно несколько документов и объектов. Обычно MDI-приложения состоят минимум из двух форм — родительской и дочерней. Родительская форма служит контейнером, содержащим дочерние формы, которые заключены в клиентскую область и могут перемещаться, изменять размеры, минимизироваться или максимизироваться. В приложении к САПР “Ферма” используются дочерние формы трех типов:

• проект “Ферменная конструкция”

• проект “ТОК”

• проект “Пластина”

Некоторые формы (например, результаты расчетов) реализованы как ModalForm, то есть модальные формы, при появлении которых запрещаются все действия вне этой формы внутри приложения, что очень удобно для избежания возможных ошибок и неправильной интерпретации некоторых действий и данных.

Обмен информацией в системе происходит через обычные текстовые файлы (ASCII-файлы). При работе с системой, для каждого из типов проекта: Ферменная конструкция, Теоретически оптимальная конструкция, Пластина - при сохранении на диск создается файл с соответствующим типу проекта форматом. Результаты различных расчетов также записываются в соответствующие файлы.

В учебной САПР Ferma реализована справочно-информационная подсистема, которая позволяет пользователю быстрее освоиться в системе, получить полную и достоверную информацию по порядку работы с каждой подсистемой. В системе используются два раздела со справочной информацией: файлы Ferma.hlp, Ferma.cnt и TOKPlast.hlp, TOKPlast.cnt.

Исходная и результирующая информация для всех трех подсистем представляется в виде текстовых файлов.

При реализации системы была применена также модель программирования на основе DLL, которая позволяет добиться модульности некоторых элементов системы. Через DLL реализованы расчетные и оптимизационные методы. DLL (DynamicLinkLibrary — динамически компонуемая библиотека) — это отдельно компилируемые, выполняемые библиотеки, подключаемые к программе или системе во время выполнения. Удобство их применения состоит в возможности сосредоточить в одном модуле фрагменты кода, данных и ресурсов, которые затем могут использоваться сразу несколькими программами. Использование DLL уменьшает объем EXE-файла за счет размещения части кода в библиотеках. Модификация DLL (например, отладка) приводит к модификации программы или программ, в которых она используется. DLL можно при необходимости загружать и затем выгружать из памяти. Это дает программе возможность в любой момент регулировать наличие памяти и других ресурсов.

Общая структура учебной САПР Ferma и ее функциональная схема

Приведена отдельно в папке с материалами к лекциям.

Методика использования учебной САПР Ferma для проектирования плоских ферменных конструкций

Рассмотрение поставленной задачи “Проектирование плоских ферменных конструкций” проводится с учетом того, что имеются подсистемы расчета силового веса теоретически оптимальной конструкции, а также расчета и оптимизации пластин, нагруженных в своей области, т.е. решение проектной задачи производится в единой проектирующей системе в полном объеме.

При решении задачи могут быть реализованы два подхода:

Эвристический — когда проектировщик использует только свой опыт, знания, интуицию;

Аналитический — когда проектировщик использует метод силового анализа.

Эвристическое решение задачи

В основу методики использования САПР положено обязательное эвристическое проектирование с последующим сопоставлением его результатов с оптимальным проектом. При эвристическом проектировании студент генерирует варианты проекта на основе своего опыта и интуиции, затем проводит расчет предлагаемых вариантов и оптимизирует их по выбранному критерию.

Заметим, что “ручная” (без ЭВМ) оценка вариантов проекта даже в простейших задачах требует, как правило, проведения трудоемких расчетов, в которых нередко теряется суть решаемой проектной задачи. Быстрая и качественная оценка, не говоря уже о количественной, недоступна порой опытному проектировщику. Применение САПР позволяет автоматизировать трудоемкие рутинные вычисления и оставить за проектировщиком те функции, которые требуют интеллекта, т.е. функции осмысливания результатов и принятия решений. Количество анализируемых вариантов проекта резко увеличивается и вместе с тем увеличивается объем накопленных знаний об объекте проектирования.

Но нередко рациональное проектное решение может быть получено и с помощью оптимизации методами, например, нелинейного программирования.

Эвристическое решение задачи включает следующие этапы:

1. Эвристический поиск варианта ферменной конструкции.

На данном этапе на основе ранее приобретенных знаний, накопленного опыта и интуиции проектировщиком разрабатываются силовые схемы конструкций, удовлетворяющие условиям поставленной задачи.

1. Расчет разработанных вариантов конструкций и их оценка по выбранному критерию эффективности.

Применение компьютера на данном этапе дает возможность автоматизировать трудоемкие вычисления, оставив за проектировщиком только функции, требующие интеллектуальной работы - функции осмысления результатов и принятия решений. В качестве критерия эффективности проектного решения для силовых конструкций может быть выбран потребный по прочности объем материала или масса конструкции.

Интегральным критерием, учитывающим эффективность силовой работы конструкции, может служить ее силовой вес.

Весьма важно с практической и психологической точек зрения предоставить возможность проектанту оценивать эффективность эвристических результатов не только между собой, но и в сравнении с оптимумом. Для этого проектировщик должен подсчитать силовой вес теоретически оптимальной конструкции, который будет своеобразным ориентиром при выполнении задания. Сравнивая силовой вес разработанной конструкции и силовой вес , проектировщик может судить о том, насколько он приблизился к идеалу. При этом всегда выполняется условие

.

1. Анализ проектировщиком напряженно-деформированного

состояния конструкций.

Выявление закономерностей силовой работы конструкции путем сравнения характеристик проектов, построенных на основе эвристических вариантов силовых схем.

1. Модификация предложенных эвристических решений с целью их улучшения.

На основе проведенного анализа силовой схемы проектировщик корректирует конструкцию, добиваясь уменьшения критерия эффективности. Таким образом, предусматривается многократное прохождение цикла эвристического проектирования, расчета и последующего анализа. В системе «Ферма» имеется возможность топологической оптимизации ферменной конструкции по этому критерию.

1. Параметрическая оптимизация выбранного варианта конструктивно-силовой схемы фермы для окончательного

суждения о качестве проекта и получения наиболее рационального распределения материала.

Возможно использование и других подходов, например, метода силового анализа. В этих случаях компьютер выступает в качестве интеллектуального подсказчика, что также стимулирует специфические функции проектировщика. Оба эти подхода активно используются в инженерной практике при проектировании силовых конструкций. В САПР «Ферма» последний подход реализуется под названием аналитического решения задачи.

Аналитическое решение задачи

В основе аналитического решения задачи проектирования конструкций лежит метод силового анализа. На его базе реализуется общий подход к проектированию силовых схем произвольных конструкций по следующему плану:

В область, ограниченную внешними размерами проектируемой конструкции, вписывается некоторая континуальная (сплошная) модель, включающая в себя потенциально наибольшее число возможных силовых схем. После расчета анализируется напряженно–деформированное состояние континуальной модели и принимается решение о наиболее рациональном распределении материала в конструкции. Тем самым выбирается одно из возможных решений.

С помощью программ оптимизации ищется оптимальное распределение материала в выбранной модели и находятся, таким образом, очертания и силовой вес теоретически оптимальной конструкции .

Анализируются распределение толщины в пластине и генеральные пути передачи усилий в ТОК, сопоставляются с решением, полученным на основе анализа напряженно-деформированного состояния исходной континуальной модели, и с учетом конструктивных и технологических требований разрабатываются рациональные варианты силовых схем.

Характеристики

Список файлов лекций