6CAD-CAE-19 МСЭ (1014138), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Модульная структура позволяет производить модификации и добавления к программе за приемлемое время, что является чрезвычайно важным свойством, так как оно гарантирует пригодность программы в течение долгого времени. Для рассматриваемого класса программных комплексов это означает возможность подключения новых матричных подпрограмм, добавления новых конечных элементов в связи с повышением уровня знаний, модифицирования подпрограмм, с тем, чтобы использовать преимущества новых систем памяти и процессоров, и, наконец, возможность расширения программы за счет включения новых задач.

При построении модульной программы можно руководствоваться рядом соображений, но, прежде всего, необходимо следить за тем, чтобы основные вычисления и обработка данных производились подпрограммами, не взаимодействующими друг с другом непосредственно. Этот принцип предполагает наличие управлявшей программы, устанав­ливающей и контролирующей последовательность выполнения независимых подпрограмм.

Основные функции такой управляющей программы:

1) установление и контроль последовательности выполнения моду­лей согласно заданию, полученному от пользователя;

2) определение, защита и обеспечение связи значений параметров каждого модуля;

3) распределение системных файлов для всех наборов данных, полученных в процессе выполнения программы;

4) обеспечение в полной мере возможности продолжения работы программы на случай запланированного или незапланированного прерывания.

Контроль за последовательностью выполнения отдельных подпро­грамм может осуществляться как со стороны пользователя, так и со стороны программы в форме контроля, с применением конечного числа таблиц, хранящихся в памяти.

3. Эффективность использования программные систем на базе МКЭ и МСЭ

в значительной мере зависит от способов выполнения основных матричных операций, имеющихся в программе; матричные подпрограммы должны быть надежны и эффективны, а все матричные операции должны производиться с обычной и двойной точностью. Для реализации МКЭ или МСЭ необходим следующий набор матричных операций: I) детализация; 2) умножение - сложение; 3) разбиение и включение; 4) транспо­нирование; 5) решение системы линейных алгебраических уравнений; 6) определение собственных значений и векторов; 7) интегрирование линейных дифференциальных уравнений.

Все подпрограммы, кроме последней, должны работать как при вещественных, так и при комплексных аргументах. Подпрограммы декомпо­зиции должны быть как для несимметричной, так и для симметричной матрицы.

4. Решение очень больших задач накладывает дополнительные требова­ния на рассматриваемый класс программных систем. Наиболее важное из них состоит в необходимости использовать алгоритмы для разреженных матриц.

Это требование обусловлено ограниченностью памяти ма­шин, недостаточным их быстродействием, а главное – стремлением решать более сложные и большие задачи в имеющихся условиях. В дополнение к программам, оперирующим с разреженными матри­цами, необходимы еще обслуживающие подпрограммы, упаковывающие мат­рицы так, чтобы на запоминающих устройствах хранились только нену­левые элементы.

Для минимизирования машинного времени при решении больших за­дач нужно отвести по возможности значительную часть оперативной па­мяти для матричных операций, уменьшив до минимума в процессе их вы­полнения обмен с внешними запоминающими устройствами. Динамическое использование основной памяти можно осуществить, если исполнитель­ная программа имеет хорошую оверлейную структуру и выделяет каждой подпрограмме на время исполнения наличные в текущий момент основ­ную память и устройства.

Вычисление матрицы жесткости обычно занимает большую часть вре­мени расчета, причем это время существенно зависит от того, разме­щается или не размещается матрица жесткости в оперативной памяти.

Качественное влияние увеличения числа узлов сетки на время формирования мат­рицы приведено на рисунке, где по горизонтальной оси приведено число узлов сетки конечных элементов.

Линейная часть графика соответствует полному размеще­нию матрицы в оперативной памяти. Кривол инейный участок характеризует увеличение времени счета при использовании внешних запоминающих устройств.

Объем входных данных для больших задач чрезвычайно велик. Значительная часть информации содержит описание конечно-элементной модели. Здесь приходится решать две задачи: минимизации време­ни на подготовку данных и контроля данных. Поэтому необходимо разра­батывать методики, позволявшие генерировать основные входные данные с помощью программы. Эти методики основаны обычно на использовании всякого рода регулярности характеристик исследуемой конструкции.

Объем выходных данных также очень велик. Поэтому представление результатов - тоже важная задача. Пользователь должен иметь возмож­ность выбрать из огромного объема выходных данных только нужные ему. В силу того, что графическое представление наиболее наглядно, необ­ходимы развитые средства машинной графики.

Перечисленные основные принципы построения реализованы во мно­гих программных системах, которые, помимо структурных различий и назначения, отличаются друг от друга и глубиной, и степенью завер­шенности проработки поставленных проблем.

5. Эффективность вычислительной системы зависит от качества и разнообразия используемых конечных элементов. Так как мнения рас­четчиков относительно целесообразности использования конкретных конечных элементов расходятся, то важно, чтобы библиотека элементов была как можно представительней.

Дополнительная литература

1. Абрамов Н.Н., Беркун В.Б., Кучеренко В.В., Перекальский В.М. Эффективные итерационные алгоритмы решения тепловых задач: Учебное пособие – М.: МИСИ, 1987. 67 с.

2. Басов К.А. ANSYS в примерах и задачах. М.: КомпьютерПресс, 2002.

3. Бердичевский В.Л. Вариационные принципы механики сплошной среды. М.: Наука, 1982, 448 с.

4. Боровков А.И. Программный комплекс конечно-элементного анализа FEA // Аннотированный каталог учебных программных средств. Вып.3. СПб: СПбГТУ, 1995. С.100-102.

5. Бреббия К., Телес Ж., Вроубел Л. Методы граничных элементов. М.: Мир, 1987. 348 с.

6. Бурман Я.З., Салахов Р.Р. О реализации МКЭ на персональных ЭВМ. Прикладные проблемы информатики, No1, 1989.

7. Бурышкин М.Л., Гордеев В.Н. Эффективные методы и программы расчета на ЭВМ симметричных конструкций. Киев: Будивельник, 1984.120 с.

8. Бутенин Н.В., Лунц Я.Л., Меркин Д.Р. Аналитическая механика. М.: Наука, 1984. 452с.

9. Васидзу К. Вариационные методы в теории упругости и пластичности. М.: Мир, 1987. 542 с.

10. Вилипыльд Ю.К., Лайгна К.Ю., Кала Т.Н. Расчет стержневых и пластинчатых систем по методу конечных элементов МКЭ/20. Таллинн, 1979.

11. Галкин Д.С., Галкина Н.С., Гусак Ю.В. Многоцелевая автоматизированная расчетная система МАРС. Сб.: Комплексы программ математической физики. – Новосибирск, 1984.

12. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. М.: Мир, 1984. 428 с.

13. Городецкий А.С. Программа МИРАЖ для статического расчета конструкций методом конечных элементов. Автоматизация проектирования как комплексная проблема совершенствования проектного дела в стране: Сб. трудов всесоюзной научной конференции. М., 1973.

14. Городецкий А.С., Здоренко В.С. Типовая проектирующая подсистема ЛИРА для автоматизированного проектирования несущих строительных конструкций. Сб.: Системы автоматизированного проектирования объектов строительства. Вып.1, 1982.

15. Зенкевич О. Метод конечных элементов в в технике. М.: Мир, 1975. 536 с.

16. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. М.: Мир, 1986. 318 с.

17. Исаханов Г.В., Кислоокий В.Н., Сахаров А.С., Синявский А.Л. Система математического обеспечения расчетов пространственных конструкций // Проблемы прочности, No11, No12, 1978.

18. Калугин О.Ю., Кучеренко В.В., Попов В.А., Щукин О.И. Методика использования макроэлементов для решения на ЭВМ пространственных задач большой размерности. Учебное пособие. – М.: МИСИ, 1987. 105 с.

19. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. М.: Наука, 1977. 282 с.

20. Лойцянский Л.Г., Лурье А.И. Курс теоретической механики. Т. 1, 2. М.: Наука, 1982, 1983. 352 с., 640 с.

21. Лурье А.И. Теория упругости. М.: Наука, 1980. 936 с.

22. Лурье А.И. Нелинейная теория упругости. М.: Наука, 1980. 512 с.

23. Маслов Л.Б. Пpименение методов гpаничных и конечных элементов для анализа концентpации напpяжений в двумеpных и тpехмеpных задачах теоpии упpугости. Дис. … канд. техн. наук. ЛГТУ, 1992. 258 с.

24. Маслов Л.Б. Численные методы для pешения задач теоpии упpугости: Методическое пособие / Иван. гос. энеpг. ун-т.- Иваново, ИГЭУ, 1999. - 28с.

25. Маслов Л.Б., Козлов М.В. Конечно-элементный программный комплекс “МЕХАНИКА” - приложение в инженерном деле и биомеханике // Вестник Иван. гос. энеpг. ун-та. - Иваново, ИГЭУ, 2002. - No 2. - С. 23-28.

26. Молчанов И.Н., Николенко Л.Д. Основы метода конечных элементов. Киев: Наукова Думка, 1989. 272 с.

27. Никольский М.Д., Чернева И.М., Безперстова Н.Ф.и др. Комплекс программ МОРЕ для расчета сооружений по методу конечных элементов. В книге: Экспериментальные и теоретические исследования по механике твердого деформируемого тела. Сб. трудов ЛИИЖТ. – Л.: ЛИИЖТ, 1978.

28. Постнов В.А. Проблемы автоматизации метода суперэлементов. Программный комплекс КАСКАД-2. Сб.: Применение численных методов в строительной механике. – Л.: Судостроение, 1976.

29. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1988. 712 с.

30. Самарский А.А. Введение в численные методы.- М.: Наука, 1987. - 459с

31. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. М.: Машиностроение, 1985. 472 с.

32. Флетчер К. Численные методы на основе метода Галеркина. М.: Мир, 1988. 352с.

33. Хечумов Р.А., Кепплер Х., Прокопьев В.И. Применение метода конечных элементов к расчету конструкций. М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 1994. 353 с.

34. Шапошников Н.Н. Система прочностных расчетов по МКЭ СПРИНТ для ЕС ЭВМ. Сб.: Практическая реализация численных методов расчета инженерных конструкций. – Л.: Знание, 1981.

35. Шимкович Д.А. Расчет конструкций в MSC/NASTRAN for Windows. ДМК, 2001. 448 с.

36. ANSYS Basic Analysis Procedures Guide. 1998.

37. Dahlblom O., Peterson A., Peterson H. CALFEM – a program for computer-aided learning of the finite element metod. Eng.Comput.,vol.3, N02,1986.

38. Felippa C., Introduction to Finite Element Methods, University of Colorado Press, 2002.

39. Middleton, J., Jones, M.L., Eds., Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. Gordon & Breach Science Publishers, 1998.

40. Niku-Lari A. Structural analysis system, (Sofware-Hardware, Capability – Compability – Aplications). Pergamon Press,vol.1-3,1986.

41. Pilkey W., Saczalski K.,Schaeffer H. Structural Mechanics Computer Programs, Surveys, Assessments, and avialability. – Univertsity Press of Virginia,1974.

42. Zienkiewicz O.C., Taylor Robert L., Taylor R.L., Finite Element Method: Volume 1, The Basis. Butterworth-Heinemann, 2000. 712 p.

43. Zienkiewicz O.C., Taylor Robert L., Taylor R.L., Finite Element Method: Volume 2, Solid Mechanics. Butterworth-Heinemann, 2000. 480 p.

Характеристики

Список файлов лекций