2.9 Выбор параметров расчета и подготовка к расчету
Для осуществления расчета необходимо помимо граничных условий определить еще дополнительные условия расчета: задание числа шагов, необходимых для расчета, остановки расчета, выбор метода расчета, необходимых для решения конкретной задачи.
Первое что необходимо определить это размер шага для квазистатического анализа. Напомним, понятие квазистатической задачи: для упрощения исследования процессов ОМД исходный, проходящий во времени процесс, рассматривают как набор дискретных статических подзадач, при этом результаты расчёта предыдущей подзадачи являются исходными данными для расчёта последующей подзадачи.
Задание шага задачи можно осуществлять по времени или по перемещению инструмента, при этом перемещение узлов на каждом шаге не должно составлять более 1/3 наименьшего ребра КЭ, участвующего в решении задачи /17, 18/.
Задавая число шагов, фактически задается величина перемещения инструмента в ходе процесса (его положение по окончанию процесса). При необходимости в ряде программ (Например, в программе Deform) можно задать дополнительные условия, позволяющие остановить процесс. В качестве таких условий, как правило, выступают значения перемещения рабочих поверхностей инструмента друг относительно друга.
В зависимости от поставленной задачи осуществляется выбор метода, позволяющего наиболее точно и полно представить результаты решения.
После завершения задания всех условий и исходных данных осуществляется подготовка данных к расчету. Обычно этот этап включает в себя создание базы данных, которая содержит всю необходимую для расчета информацию в виде удобном для быстрой обработки её программой в ходе расчета. Обычно при задании исходных данных используются препроцессорная часть программы, которая работает со своим файлом. Основная задача препроцессорного файла хранить информацию в таком виде, чтобы пользователю удобно было задавать исходные данные, и перемещать данный файл. Файл базы данных имеет другую структуру, поскольку он используется для расчета и работы с постпроцессором.
В ходе подготовки файла базы данных осуществляется и автоматическая проверка исходных данных с указанием возможных ошибок.
На следующем этапе осуществляется расчет задачи. В ходе расчета, как правило, программа моделирования выводит текущую информацию о состоянии и ошибках, возникающих при расчете.
2.10 Анализ полученных результатов
После завершения расчета для извлечения результатов из файла базы данных обычно используют постпроцессор, который позволяет представить полученную информацию в наглядном и удобном для анализа виде.
В качестве исследуемых величин в задачах ОМД, как правило, выступают: деформации, напряжения, усилия, скорости течения и др. При этом информация может быть представлена в векторном или скалярном виде, с помощью графиков, картинок или таблиц. Как правило, при представлении данных в виде картинок используется режим изолиний или полутоновый режим. При этом информация может быть отражена как для текущего шага без учета других шагов, так и с их учетом.
Основным критерием для оценки результатов является здравый смысл, поскольку большая часть ошибок в расчетах связана с невнимательным или неправильным заданием исходных данных.
Можно выделить следующие ошибки, которые наиболее часто встречаются:
Инструмент “не видит” заготовку, т.е. проходит сквозь заготовку, не изменяя её форму. Подобная ошибка возникает в двух случаях: в первом – вследствие того, что не были заданы контактные поверхности или поверхности были заданы неверно (рис. 32а), во втором – не задано скругление острых кромок у инструмента (рис. 32б). Во втором случае инструмент “не видит” заготовку, поскольку взаимодействие между ним и заготовкой осуществляется по узлам, а в начальный момент касания инструмента и заготовки таких узлов нет, что позволяет инструменту пройти сквозь заготовку.
а)
б)
Рисунок 32 - Неверное назначение поверхности контакта.
После чего положение инструмента уже не может быть интерпретировано программой однозначно и инструмент продолжает проникать сквозь заготовку.
Образование локальных прострелов (рис. 33) – возникает вследствие неправильного задания шага расчёта больше радиуса КЭ.
Рисунок 33 - локальный прострел
В этом случае подбор параметров уравнений, описывающих состояние КЭ, осуществляется в соответствии с принципом минимизации энергии, таким образом, что локальный прострел для узлов одного из КЭ более энергетически выгоден, чем перемещение узлов нескольких элементов. Причиной локального прострела узла КЭ сетки является наличие у функционала потенциальной энергии нескольких минимальных значений, т.е. отсутствие унимодальности функционала потенциальной энергии. В этом случае программа находит первое решение, удовлетворяющее условию минимизации энергии и считает его оптимальным.
Утонение без обрыва в опасном сечении. Подобная ситуация возникает, когда не заданы критерии разрушения материала. В месте локального утонения сетка перестраивается многократно (в случае, если построены подобные установки для автоматического расчёта), но разрушения как у реального тела не происходит (рис. 34).
Рисунок 34 – чрезмерное утонение
Укрупнение сетки при малом количестве конечных элементов недостаточном для корректного описания деформируемого тела. Подобная ошибка возникает в том случае, когда программа расчёта может перестраивать сетку в автоматическом режиме. На рисунке 35а показана сетка до автоматического перестроения. В зоне облойной канавки наблюдается интенсивное течение материала, что приводит к значительному искажения сетки. Для избежания больших погрешностей расчёта, связанных с искажением формы КЭ программа автоматически перестраивает сетку КЭ, с параметрами, ориентированными на участок наиболее интенсивного течения металла. Поскольку общее число КЭ недостаточно для корректного описания задачи в полости штампа с менее интенсивным течением металла возникают грубые искажения геометрии заготовки (рис. 35б).
а)
б)
Рисунок 35 – Укрупнение сетки при автоматическом перестроении в ходе расчета: а – сетка до перестроения; б – сетка посте перестроения
Разрывы, возникающие из-за местных дефектов сетки. Данные ошибки расчёта возникают в случае неупорядоченной (свободной сетки). В этом случае возможно возникновение областей значительного искажения сетки, которое может привести к образованию ошибок (вызвать разрушение заготовки).
Контрольные вопросы
В каких системах CAD или CAE используется МКЭ?
Какие особенности САПР программ Вам известны?
Какие две группы интерактивных подсказок Вам известны?
Почему в большинстве САПР систем реализована модульная структура?
На какие основные части обычно делится САЕ системы?
Что в САПР понимается под ассоциативностью?
Какие виды ассоциативности Вам известны?
Что такое параметризация?
Как осуществляется процесс параметрического черчения?
Перечислите последовательность действий, осуществляемых при моделировании в САЕ системах.
Что такое геометрическая модель?
Какие виды геометрических моделей Вам известны?
Какие элементы есть у геометрических моделей?
Какие методы геометрического построения Вам известны?
В чём заключается каркасное моделирование?
Перечислите ограничения каркасных моделей.
В чём заключается поверхностное моделирование?
Какими преимуществами обладает поверхностное моделирование по сравнению с каркасным?
Перечислите основные виды поверхностей, используемых для описания геометрических моделей.
В чём отличие поверхностного моделирования от сплошного (твердотельного)?
Перечислите достоинства твердотельных моделей.
В чём отличие твердотельных моделей от поверхностных и каркасных?
Какие три основные операции булевой алгебры используются для построения сплошных моделей?
В чём заключается понятие гибридного моделирования?
Как осуществляется построение дискретной модели, используемой для расчёта с помощью МКЭ?
Какими свойствами (атрибутами) обладает КЭ?
В чём отличие линейных КЭ от одномерных?
Какие два основных направления построения сетки КЭ Вам известны?
Что такое явное моделирование?
В чём заключается неявное моделирование?
Что такое автоматический генератор сетки КЭ?
Какой тип КЭ даёт более точное описание геометрического объекта: линейный или квадратичный?
В чём отличие линейного, квадратичного и кубического КЭ друг от друга?
В чём отличие одномерного, двухмерного и трёхмерного КЭ друг от друга?
В каких местах необходимо сгущать сетку КЭ?
Как влияет малое количество КЭ в сетке на расчёт?
Как влияет большое количество КЭ в сетке на расчёт?
Какие виды граничных условий Вам известны?
Что такое сплошные граничные условия?
В чём особенность задач механических программных сред по сравнению с конструкционными задачами?
Какие модели, описывающие упругое поведение материала Вам известны?
Какие модели, описывающие пластическое поведение материала Вам известны?
На какие группы можно разделить все модели материалов?
Как задаются упругие свойства материала с помощью линейной модели?
Как задаются упруго-пластические свойства материала с помощью билинейной модели?
Для описания каких свойств материала может использоваться мультилинейная модель?
В каком виде представляются данные при необходимости задания свойств материала, зависящих от скорости деформирования и температуры?
В чём заключается понятие квазистатической задачи?
Что может являться для программы САЕ-системы критерием для остановки расчёта?
Как называется файл, используемый САЕ-системой для осуществления расчёта?
В чём отличие решателя (процессора) от постпроцессора?
Какие данные, полученные в результате расчёта, используются технологом для проектирования техпроцесса?
С чем связано большинство ошибок, возникающих при моделировании в САЕ-системе?
Перечислите наиболее часто встречаемые ошибки моделирования.