2.4. Сетки разбиений и переходные сетки

Сетка - это схема разбиения конструкции на конечные элементы. Разбиение на сравнительно небольшое количество элементов приводит к "грубой" крупной сетке. Увеличение числа элементов формирует более изящную картину с мелкой сеткой, что позволяет более точно представить геометрию конструкции, имеющей сложную форму. В общем, мелкая сетка даёт более точный результат, но при этом существенно возрастают вычислительные затраты.

Зоны с перехода от крупной к мелкой сетке появляются в большинстве конечно-элементных моделей. Переходные сетки решают несколько проблем:

• формируют переходные зоны, связывающие зону с мелкой сеткой и зону с крупной сеткой

• формируют зоны соединения элементов разных типов (например, балок и пластин)

• формируют переходы, обусловленные геометрической нерегулярностью конструкции (например, край круглого отверстия в пластине).

Главное правило, надо избегать переходных сеток в интересующих зонах конструкции, а также в зонах с большим градиентом напряжений. Переходы от одного типа элемента к другому (даже от CQUAD4 к CTRIA3) могут привести к местным искажениям напряжений.

Fine

Mesh

Transition

Region

Coarse Mesh

2.5. Создание модели

Приступая к созданию конечно-элементной модели, необходимо провести тщательную инженерную проработку поведения реальной конструкции. Так как моделирование сложной конструкции требует больших инженерных и компьютерных ресурсов, план создания модели необходимо составить, прежде чем садиться за компьютер. Разнообразные требования, которые должны учитываться при создании модели, приводятся ниже:

• Составление проекта затрат поможет в принятии решения по моделированию.

• Четко понимать, какие задачи необходимо будет решать и с какой степенью точности.

• Знать критерии оценки допускаемых величин.

• Разобраться со всеми нагрузками, точками приложения нагрузок и точками закрепления конструкции.

• Рассмотреть характер поведения конструкции при нагружении.

• Если необходимо, провести исследования чувствительности конструкции на тестовых моделях.

• Использовать симметрию модели, когда это возможно.

2.6. Использование тестовых моделей

Одним из наиболее полезных и сберегающих время методов при работе с конечными элементами является использование небольших тестовых моделей. Когда при создании конечно-элементной модели применяются новые или незнакомые средства - например, элемент или тип решения, который Вы до этого не использовали, - необходимо сначала поупражняться на тестовых моделях. Такие "численные эксперименты" дают углублённое представление о работе элемента, выбранной технологии моделирования, чувствительности результатов к частоте сетки и др. Даже самые сложные методы анализа в MSC/NASTRAN могут изучаться и тестироваться на простых моделях.

Вторая важная причина использования тестовых моделей состоит в том, что иногда просто невозможно предвидеть поведение конструкции при определённом нагружении. В таком случае рекомендуется создать первоначальную модель, чтобы можно было понять в общих чертах поведение конструкции.

2.7. Пре- и постпроцессоры

Создание конечно-элементной модели вручную занимает много времени, к тому же дело утомительное, и в итоге приходится выявлять множество ошибок. Анализ огромного объема выходной информации (число единиц которой достигает несколько миллионов даже для задач средней размерности) также представляет собой весьма значительную проблему. Конечноэлементные пре-постпроцеесоры представляют собой программное обеспечение, основанное на использовании интерактивной графики, созданное в первую очередь для того, что облегчить создание КЭ‑моделей (функция препроцессора) и визуализации и анализа результатов расчета (функция постпроцессора). Кроме того, использование препроцессора помогает пользователю модифицировать исходную модель, если анализ выявил необходимость изменения модели и повторения расчета. Ряд препроцессоров имеют возможность импортировать геометрические данные от программных средств твердотельного моделирования либо от САПР-систем, и использовать эти данные как основу для создания кэ-моделей. Препроцессор может быть объединен с программным блоком расчета либо представлять собой независимый программный продукт. Роль пре-пост процессоров в процессе КЭ-расчета показана на приведенном ниже рисунке