6. Универсальные программные комплексы

Моделирование поведения объектов в различных средах, особенно в скоротечных контактных задачах для нескольких областей промышленности затруднительно, а во многих случаях – невозможно без специальных ПК. Такие программы позволяют решать комплексные задачи механики твердого тела, жидкости, газа, теплопередачи, акустики, электромагнитных полей. Моделирование позволяет избежать длительных и дорогостоящих натурных испытаний или ускорить процесс исследования, создания и изучения жизненного цикла объектов.

Программные комплексы ANSYS, NASTRAN и COSMOS разработаны для космических и военных (NASA) целей, и сейчас большая часть новых разработок в этих ПК являются закрытыми и лишь по мере их передачи в открытые исследовательские центры развитых стран они поступают и к нам. Русифицированных версий ANSYS пока не планирует, так как в России очень мало легальных продаж, хотя вскрытых версий очень много. Руководство этой компании активно, и не препятствует распространению пиратских версий, считая что пользователи привыкнут работать на хороших ПК с большими возможностями и приобретут лицензионный пакет. К слову, в РТ их пока не более десяти.

В нашем университете ПК ANSYS используют для моделирования сложных действительных напряженно-деформированных состояний (НДС) несущих конструкций на кафедрах МКиИС, ЖБиКК и ОФГиДС.

В последнее время ANSYS укрупняется не только за счет своих новых разработок, но и приобретения передовых ПК, так, например, для расчета газодинамических и ветровых потоков, в состав ANSYS СFX включен FLIEND, используемый на кафедрах вентиляции и МКиИС для моделирования ветровых нагрузок на различные сооружения.

Что касается обучения работы на таких ПК, то его можно пройти лишь в специальных центрах в Москве или других городах, где есть представительства компаний. Многие ВУЗы, в частности, Нижегородский ГАСУ, ведет обучение на ПК ANSYS и NASTRAN инженеров-проектировщиков и аспирантов, а Казанский технический университет (КАИ) – на ПК COSMOS.

6.1 Ansys

Программный комплекс ANSYS – универсальная программная система конечно-элементного (МКЭ) анализа, существующая и развивающаяся на протяжении последних 30 лет, является довольно популярной у специалистов в области компьютерного инжиниринга (CAE, Computer-Aided Engineering) и КЭ решения линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных пространственных задач механики деформируемого твёрдого тела и механики конструкций (включая нестационарные геометрически и физически нелинейные задачи контактного взаимодействия элементов конструкций), задач механики жидкости и газа, теплопередачи и теплообмена, электродинамики, акустики, а также механики связанных полей. Моделирование и анализ в некоторых областях промышленности позволяет избежать дорогостоящих и длительных циклов разработки типа «проектирование — изготовление — испытания». Система работает на основе геометрического ядра Parasolid. Подразделяется на несколько модулей для отдельных видов промышленности и отраслей.

• Multiphysics (междисциплинарный анализ и анализ в одной физической области: анализ прочности, тепловой анализ, анализ динамики жидкостей и газов, электромагнитный анализ).

• Mechanical (это пакет прочностного анализа и тепла (за исключением функций расчета гидрогазодинамики и электромагнетизма) является наиболее универсальным модулем, позволяющим выполнять большинство линейных и нелинейных задач конечно-элементного анализа).

• ANSYS CFX (программный комплекс, сочетающий уникальные возможности анализа гидрогазодинамических процессов, многофазных потоков, химической кинетики, горения, радиационного теплообмена и многих других).

• ANSYS CFD (это основные продукты для задач гидрогазодинамики общего назначения).

• Structural (позволяет проводить практически любые статические и динамические расчеты как в линейной, так и в нелинейной (физической/геометрической) постановке).

• Professional (высокоэффективный комбинированный пакет, предназначен для расчета линейных статических задач прочности, модального анализа, стационарных и нестационарных задач теплофизики, включая теплопроводность, конвекцию и излучение. ANSYS Professional ориентирован на инженеров среднего звена).

• LS-DYNA (поддерживает двумерные и трехмерные явные конечные элементы, свойства, полный набор контактов для одиночной поверхности, поверхность-поверхность, поверхность-узел, и позволяет автоматически создавать контакты на поверхностях).

• ANSYS Meshing (позволят генерировать сеточные модели для разных типов анализа).

• ANSYS ICEM CFD (данный модуль включает в себя широкий набор методов создания различных типов сеточных моделей).

• Workbench (является основным инструментом, на котором базируется концепция «Проектирование изделий на основании результатов инженерных расчетов»).

• DesignSpace (позволяет проводить статические прочностные, тепловые, динамические расчеты, оптимизацию по весу, находить формы колебаний для различных конструкций).

• ANSYS Vista TF (технология создана для расширения набора возможностей по созданию геометрии и анализа турбомашин).

• DesignXplorer (позволяет осуществлять управление параметрами для прогнозирования влияния параметрических или геометрических изменений на поведение конструкции).

• ANSYS DesignModeler (позволяет создавать, параметризировать геометрию на основе двумерных эскизов или встроенных примитивов, а также выполнять последующие операции редактирования).

• Fatigue (присутствует широкий набор возможностей для выполнения анализа «напряжение-срок службы», «деформации-срок службы», для анализа многоосевых нагрузок, сварочных швов, а также виртуальный вибрационный стенд).

• ANSYS BladeModeler (специализированный инструмент для быстрой трехмерной разработки компонентов вращающихся машин).

• TurboGrid (специализированный сеточный генератор, предназначенный для работы с геометрией лопаток турбомашин).

• CivilFEM (набор инструментов для выполнения инженерных расчетов в промышленном и гражданском строительстве (ПГС), использующий метод конечных элементов).

• AUTODYN (передовой аналитический инструмент для решения задач в явной постановке, для моделирования сложной нелинейной динамики твердых тел, жидкостей, газов и их взаимодействия).

• ANSYS EKM (формирует централизованное хранилище, которое позволяет хранить и управлять данными и процессами).

• nCode DesignLife (программа помогает разработчикам создать изделие, которое не разрушится во время эксплуатации, что позволит избежать затрат на исполнение гарантийных обязательств).

• ANSYS Composite PrepPost (программный модуль, включающий в себя весь функционал, необходимый для анализа многослойных композиционных структур. Интуитивно понятный интерфейс позволяет легко определять материалы, слои и последовательности укладки.

Программный продукт ANSYS/CivilFEM Multidiscipline

ANSYS / CivilFEM Multidiscipline – дальнейшее развитие линейки программных продуктов ANSYS / CivilFEM. В настоящее время базовый модуль и все специализированные модули включены в единый расчетный комплекс. Назначение и описание основных модулей новой программы остается прежним. Используется дружественный и удобный графический интерфейс; схожий стиль ввода исходных данных и выдаваемых результатов, что упрощает решение сложных задач в области строительства. Библиотека материалов, сортаменты металлических профилей, и т.д., включены в эту программу, чтобы сделать проще генерацию модели. Свойства материалов приведены в CivilFEM с учетом зависимости от времени, это и позволяет определять истинные соотношения «напряжение-деформация». Пользователь может создать и сохранить свои собственные материалы и сечения профилей в соответствующих библиотеках.

INTRO

Комбинация программ ANSYS / CivilFEM INTRO позволяет выполнять сейсмические расчеты, расчет нелинейной потери продольной устойчивости, проверку и проектирование железобетонных и металлических профилей, расчеты в области механики грунтов, гидротехнических сооружений и т.д., наглядно снижая время, необходимое для проектирования и расчетов, в той же мере, как и увеличивая качество проектов и эффективность новых строительных методик.

Мосты и нелинейности

Модуль «Мосты и нелинейности» позволяет выполнять генерацию геометрии поперечного сечения из библиотеки, вида моста в плане и вертикальных разрезов, используя линии, круги, переходные кривые (клотоиды) и параболы, также, как генерацию твердотельных и конечно-элементных моделей, используя элементы в виде балок и твердотельные элементы. Кроме того, этот модуль допускает автоматическое определение линейных и поверхностных подвижных нагрузок на конструкции и генерацию поверхностных нагрузок. Модуль «Мосты и нелинейности» обеспечивает введение предварительно-напряженных тросов в анализ при определении их возможной прокладки по всему мосту. Также этот модуль допускает автоматическое моделирование процессов в конструкциях, соответствующее наиболее используемым процедурам в проектировании конструкций мостов. Кроме этого, модуль также решает нелинейные проблемы, делая ANSYS более эффективным. Рассматриваются нелинейные соотношения "напряжение-деформация" материалов при учете изменений в параметрах поперечных сечений во время поочередных итерационных вычислений. Кроме расчета балок в рамках нелинейного анализа, модуль Мосты и нелинейности включает возможность, которая позволяет выполнить моделирование последовательных процессов в поперечных сечениях конструкции.

Геотехнический модуль

Геотехнический модуль (Geotechnical Module) программы ANSYS / CivilFEM был создан с целью получить инструмент, позволяющий инженерам решать большинство типовых двумерных и трехмерных задач механики грунтов на основе элементов Beam, Shell и Solid. Данный модуль позволяет учитывать начальное напряженное состояние грунтов основания или массива грунта при известной топографии строительной площадки и напластования грунтов. Области применения геотехнического модуля: расчет тоннелей, дамб и плотин, сваи, геотехни-ческие и геологические задачи, усиленные грун-ты, подкрепленные стен-ки и многое другое. Геотехнический модуль позволяет осуществлять расчет устойчивости склонов и откосов, при-меняя результаты расче-та методом конечных элементов, или класс-сическими методами потери устойчивости склонов таковыми. Геотехнический модуль позволяет создавать слоистые напластования грунтов, моделируя их с помощью конечных элементов.

Преднапряженный бетон

Преднапряженный бетон (Advanced Prestressed Concrete) – модуль программного комплекса расчетов МКЭ ANSYS / CivilFEM позволяет пользователям создавать все типы предварительно нагруженных бетонных конструкций. Он содержит различные инструменты, которые учитывают все особенности поведения таких конструкций при выполнении различных анализов и процедур проектирования.

Этот модуль включает графический 3D геометрический редактор напрягаемой арматуры. Этот редактор позволяет определить и/или изменить вид напрягаемой арматуры и в плане и на вертикальном разрезе в интерактивной и графической форме. Используя этот редактор, можно упростить генерацию, изменение, копирование, удаление и назначение любой напрягаемой арматуры для конечно-элементной модели. В то же время, из редактора напрягаемой арматуры программа автоматически вычисляет мгновенные (первые) и длительные (вторые) потери преднапряжения и последовательное распределение напряжений в каждом элементе напрягаемой арматуры. Кроме того, этот модуль позволяет учесть действие предварительного напряжения при проверке и проектировании конструкций из преднапряженного бетона. Возможности расчета предварительного напряжения ориентированы на расчет мостов, преднапряженных балок, плит, силосов и т.д.

CivilFEM NPP

CivilFEM with ANSYS Nuclear Power Plant – Набор инструментов программного комп-лекса CivilFEM with ANSYS для решения различных задач в атомной промышлен-ности. Обеспечивает надежное, быстрое и авторитетное решение сложных бетонных армированных кон-струкций на основе широкой библиотеки различных стандартов строительства и норм, принятых в атомной промышленности.