Раздел 3. Инженерный анализ и компьютерное моделирование

Исторически пакеты компьютерных программ, реализующие

Раздел 3 . Инженерный а н а л и з

И КОМПЬЮТЕРНОЕ

МОДЕЛИРОВАНИЕ

Для автоматизации проектировочных и поверочных инже­

нерных расчетов, анализа состояния и работоспособности ма­

шиностроительных изделий применяются специальные методы

моделирования, основанные на представлении и учете физиче­

ских свойств и характеристик материалов, механических и иных

физических воздействий на технический объект, физических

факторов окружающей среды, физики технологических процес­

сов и так далее.

Как мы уже определили в предыдущих главах к!тиги, моде­

ли, которые отражают закономерности физического состояния

и функционирования технических объектов и процессов, удобно

называть инженерно-физическими или, в зависимости от содер­

жания обсуждения, просто физическими. Компьютерные систе­

мы и программные комплексы, реализующие данные методы,

называются «системами инженерного анализа» (CAE — Computed

Aided Engineering).

Применение реалистических и интуитивно понятных тех­

ническим специалистам инженерно-физических моделей и ме­

тодов расчета в САПР позволяет достаточно широко исполь­

зовать данный класс компьютерных технологий в инженерной

практике. При этом в результате компьютерного моделирования

и оптимизации достигается существенное улучшение структуры

и параметров машиностроительных изделий, уменьшение затрат

на создание материальных прототипов, сокращение числа опас­

ных и сложных натурных испытаний.

86

инженерно-физические модели, стали прообразом первых ав­

томатизированных систем прикладного, машиностроительного

назначения. Они появились в 60-е годы XX века, когда ЭВМ ра­

ботали в пакетном режиме, применялись в основном для автома­

тизации вычислений, и совершенно были лишены средств инте­

рактивной работы и возможностей компьютерной графики.

Первоначально область интересов САПР («системы автома­

тизированного проектирования»), которая стала очень широко

пониматься в нынешнем компьютерном веке (CAD/CAM/CAE/

CAPP/PDM ...), ассоциировалась преимущественно с инженер­

ным анализом и с начинавшим набирать известность имитаци­

онным моделированием. В те времена классификация методов

моделирования еще не устоялась и практически любое моде­

лирование на ЭВМ (термин компьютер также появился позже)

автоматически считалось имитационным. До сих пор некоторые

пользователи прикладных автоматизированных систем приме­

няют термин «компьютерная имитация» в этом смысле, называя

имитацией не только всевозможные функциональные модели,

но даже визуализацию и анимацию.

Современные CAE-системы считаются неотъемлемой частью

технологий автоматизированного проектирования. Они по­

зволяют моделировать различные воздействия внешней среды

и условий работы на изделие и рассчитывать практически любые

физические поля (поля перемещений и напряжений в силовых

конструкциях, поля температуры, давлений, скоростей и т.п.).

В настоящее время методы и модели инженерного анализа

с успехом используются конструкторами-машиностроителями

при проектировании и оптимизации самых разных машиностро­

ительных изделий [1, 18, 51].

Особо следует отметить возможности инженерного анализа

при моделировании физики технологических процессов с целью

их изучения, проектирования и оптимизации [39, 120, 125, 141,

146]. Использование компьютерной инженерно-физической

имитации (моделирования процессов, явлений, состояний тех­

нических объектов) позволяет технологам оперативно прово­

дить вычислительные эксперименты, подбирать оптимальные

Режимы и параметры операций и переходов, что значительно

87