43

Кафедра 609

Столярчук В.А.

2016

Учебное пособие по курсовой работе

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к КУРСОВОЙ РАБОТЕ

«Алгоритмизация и модификация САЕ-систем

(на примере САЕ Sigma и Nastran) »

по дисциплине «Методы решения механики сплошных сред»

7-ой семестр

редакция от 15.09.16

(включены изменения от 07.11.15. и 23.11.15

в П.2, П.4, П.5, П.6, П.8)

Оглавление

Первая (обязательная) часть курсовой работы в 7-ом семестре. 4

П.1. Создание геометрической модели объекта с использованием Preprocessor 5

П.2. Исследование влияния входных параметров на результаты решения задачи МКЭ. 10

П.2.1. Анализ влияния сетки КЭ на результаты вычислений. 10

П.2.2 Анализ влияния характеристик свойств КЭ на результаты вычислений. 11

П.3. Исследование эффективности алгоритма оптимизации сетки КЭ 14

П.4. Оценка качества сетки КЭ 18

П.5. Исследование сходимости результатов, полученных в CAE Sigma 20

П.6. Исследование сходимости результатов, полученных в CAE Nastran 30

П.7. Недостатки подсистемы Preprocessor и комплекса Sigma, предложения по их устранению, предложения по совершенствованию комплекса Sigma и его подсистем 32

2. Вторая часть курсовой работы в 7-го семестра. 34

3. Организация работы в семестре и во время сессии 36

Курсовая работа

(типовое семестровое задание)

7-го семестра

«Интеллект состоит в том,

чтобы узнавать подобие разных вещей

и разницу подобных»

Шарль Луи де Монтескье

(1689-1755)

Точно знают, только когда мало знают. Вместе со знанием растёт сомнение.

Иоганн Вольфганг Гете.

(1749-1832)

«Алгоритмизация и модификация САЕ-систем

(на примере САЕ Sigma и Nastran)»

Прикладная направленность курсовой работы (7-го семестра заключается в расчете напряжённо-деформированного состояния плоской пластины методом конечных элементов в учебной системе Sigma и коммерческой системе Nastran.

Обучающими элементами курсовой работы 7-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);

• исследование работы алгоритмов МКЭ 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;

• изучение и применение методов обработки результатов численного эксперимента;

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

Курсовая работа состоит из двух частей.

Каждая из частей включает выполнение программного и исследовательского разделов.

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

Файл подсистемы «Помощь» включает следующие разделы:

Теоретические основы.

Программный комплекс Sigma

Работа с программным комплексом

Подпрограммы расчетного блока

Дополнительные материалы

Примеры выполнения отдельных заданий КР в Sigma и Nastran.

Почти каждый раздел делится на главы. Число этих глав 51.

Общие требования по курсовой работе.

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

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

1. 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.

Первая (обязательная) часть

курсовой работы в 7-ом семестре.

Введение

Вариант задания совпадает с вариантом контрольных работ (Кр) 6-го семестра, включая геометрию пластины, граничные условия и внешние воздействия. Все изменения в задании, внесенные в процессе выполнения Кр 6-го семестра, должны быть учтены в КР 7-го семестра. Так как исходными данными для работы с КР семестра 7 являются очертания областей пониженных, средних и повышенных напряжений, то нагрузка и толщина, использованные в Кр семестра 6 для получении этих областей, являются исходными данными в КР 7-го семестра.

Студент может использовать все наработки Кр 6-го семестра, внося необходимые изменения в соответствии с заданием КР 7-го семестра.

Выполнение КР 7-го семестра проводится в несколько модифицированной версии Sigma 7.2 (см. сайт). Отличие от версии Sigma 7.1. 6-го семестра заключается в исправлениях некоторых ошибок и добавления функционала в модуль определения областей опасных (разрушающих) напряжений. Правильно подготовленный проект 6-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. Создание геометрической модели объекта с разными свойствами конечных элементов в подобластях

П.2. Исследование влияния входных параметров на результаты решения задачи методом конечных элементов.

П.3. Оптимизация сетки КЭ

П.4. Оценка качества сетки КЭ

П.5. Исследование сходимости результатов расчета в САЕ Sigma.

П.6. Исследование сходимости результатов расчета в САЕ Nastran.

П.7. Недостатки системы Sigma, предложения по их устранению, предложения по совершенствованию системы.

Дополнительные задания на повышенную оценку.

П.8. Исследование эффективности алгоритма упаковки матриц.

П.9. Исследование эффективности алгоритмов упорядочения матриц.

Отчет по КР 7-го семестра должен начинаться с титульного листа, за которым должен следовать рисунок итогового задания контрольных работ 6-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 6-го семестра.

П.1. Создание геометрической модели объекта с использованием Preproсessor-а

Подготовительный этап П.1.

П.1. начинается с освоения функционала подсистемы подготовки данных Preproсessor и решения задачи Кр.1 и Кр.2 6-го семестра с использованием этой подсистемы.

Для этого в Preproсessor-е создается проект с расширением *.prp и с помощью функционала Preproсessor-а разрабатывается геометрическая модель объекта итогового задания 6-го семестра, реализуются граничные условия и внешние воздействия в соответствии с итоговым заданием Кр 6-го семестра при толщине пластины

= ,

найденной в Кр.3 6-го семестра и полученная таким образом полная модель средствами Preproсessor-а экспортируется в Sigma. После этого полная модель рассчитывается в Sigma.

При создании геометрической модели в Preproсessor-е допускается импортировать в Preproсessor геометрическую модель, разработанную в Sigma при решении задачи 6-го семестра.

Примечание:

При импортировании геометрической модели, разработанной в 6-ом семестре, в Preproсessor-е могут возникнуть лишние точки. Эти “лишние” точки служат центрами для дуг, так как Preproсessor заменяет некоторые прямые - стороны зон, образованнве тремя узлами, дугами. Это может стать критичным для сторон зон, образующих внешнюю геометрию объекта к узлам которых приложены силы (силы могут прикладываться не так как ожидаем). Но удалять эти точки нельзя, иначе вместе с ними удалятся прямые, которые Preproсessor воспринимает как дуги.

Причина появления “лишних точек” состоит в возможных ошибках построения прямых в Sigma, в результате чего в представлении препроцессора прямая становится ломаной и препроцессор заменяет её дугой. Не исключено что причиной этого является недостаточная точность представления координат точек в подсистеме геометрического моделирования Sigma. Но скорее всего, препроцессор слишком строг и математичен, ибо строился идеалистами без задания некоей дельты при определении понятия прямой линии.

Если в моделях с лишними точками силы не будут прикладываться ожидаемым образом, то в таких случаях у нас нет другого выхода, как построить геометрическую модель прямо в препроцессоре.

Следует иметь в виду, что геометрическая модель, граничные условия и внешние воздействия должны быть идентичны модели, решенной в 6-ом семестре.

При экспорте только геометрической модели в указанной директории создается обычный для Sigma файл *.sfm .

При экспорте полной модели в выбранной папке создаются 5 дополнительных файлов:

prep_griddm.nodes – файл с номерами и координатами узлов;

prep_griddm.elems – файл с номерами КЭ и номерами узлов, образующих КЭ;

materials.elems – файл с характеристиками свойств КЭ (номера свойства, характеристками материала КЭ, значение толщины КЭ)

bounds.nodes – файл со значениями номеров закрепленных узлов признаками закрепления (по осям Х и Y);

forces.nodes – файл с номерами нагруженных узлов и со значениями сил в этих узлах по осям X и Y).

В этой же папке необходимо создать проект Sigma. При конфигурировании проекта необходимо указать только файл формы *.sfm .

Напомним, что номера и координаты узлов, образующих сетку КЭ, в Sigma без использования Preproсessor-а выполняет подпрограмма GRIDDM.for, функцию назначения границ подобластей КЭ определенного свойства и назначение номера этого свойства выполняет подпрограмма FINDNOOD.for, функцию реализации граничных условий выполняет подпрограмма BOUND.for , а функцию приложения сил в узлах – FORCE.for.

Если в папке проекта находятся 5 вышеперечисленных файла, то программа будет автоматически использовать именно эти файлы, игнорируя подпрограммы GRIDDM.for, FINDNOOD.for, BOUND.for и FORCE.for, если даже указать их в конфигурации проекта. Поэтому при расчете пластины, подготовленной в Preproсessor-е используются, повторяем, prep_griddm.nodes, prep_griddm.elems, materials.elems, bounds.nodes и forces.nodes.

Доказательством идентичности задачи, подготовленной к расчету с использованием Preproсessor-а, должны служить в отчете скриншоты геометрических моделей 6-го семестра из Sigma и 7-го семестра из Preproсessor-а, таблицами значений сил в узлах при решении задачи средствами только Sigma и с использованием Preproсessor-а и скриншоты результатов решения задачи проектами 6-го и 7-го семестров при NRC=3.

Следует заметить, что сравнение сил в узлах имеет смысл только при полном совпадении положения нагруженных узлов сетки, подготовленной в препроцессоре, с положением нагруженных узлов сетки, подготовленной в Sigma. Если этого нет, то следует сравнивать суммарные силы по участкам, как это делалось в П.2 КР 6-го семестра.

В заключение предварительного этапа выполнения П.1. в отчете должна присутствовать таблица сравнения верхних и нижних значений всех напряжений в пластине при решениии задачи только в Sigma и с использованием Preproсessor-а.