Бюлетин

Анкета

Мрежести модели за анализ:

Връзка между моделиране и анализ.

от Памела J. Уотърман |

Ако си спомняте нещо от крайните елементи 101, това е, че успешния анализ на дадена конструкция включва създаване на т. нар. мрежа. На по-детайлно ниво, анализаторите обичат да обсъждат достойнствата на тези модели (мрежести) в сравнение с твърдотелните видове. В по-широки нива има различни подходи към фундаменталната физика, и за нуждите на структурните анализатори те се различават от тези за анализиране на течностен поток (смесвайки повърхност / твърдотелен обем около нея).

Определяне на проблема

В COMSOL, Bernt Нилсон, старши вицепрезидент на отдела за маркетинг, обобщава дейността в предварителна обработка на арената. "Основното предизвикателство за съчетаването на CAE обществото през последните години е да разработи инструменти, които подготвят CAD модел за ефективно последващо подлагане на инженерни анализи. Това включва и двете де-фичърсни операции, които променят основните на CAD модела, често сa споменавани като реални операции и инструменти за изменение на дадена топология на оригиналния модел, като виртуални операции.

"И двата вида на операциите", казва Нилсон, "целят да се отстранят малките детайли, като закръгления, къси ръбове, малки и тесни площи, които могат да предизвикат проблеми в процеса на "мешване". Като осигурява автоматична или полу-автоматична идентификация на малки детайли, препроцеса позволява да спестите голяма сума по време на подготовката на CAD геометрията за анализ. За предварителна обработка усилията дават резултати и проправят пътя за да получите максимума от крайния "солвер" по отношение на бързина и точност. "

Независима експертна оценка

В царството на самостоятелните анализи, има три дружества на пазара на продукти с традиции в развитието: XYZ Scientific; Pointwise и Siemens PLM Software. Всеки от тях има силни позиции и технически характеристики, един или повече различни Solvers, и се развива като изключително мощен продукт.

Робърт Rainsberger, председател на XYZ Scientific, разработчик на Truegrid: "Много компании обикновено разчитат на лесен метод: автоматични тетраедални генерации на мрежести модели за твърдотелни и автоматични триангулантни мрежести модели за черупки," казва той. "С мрежести модели на тънкостенни предмети, няма съществен проблем, но когато става дума за твърдотелни обекти, то разликите между Hex и тетраедални моделите стават големи."

Rainsberger казва, че всичко се свежда до това дали хората искат да заплатят цената за шестостенен или дали тетредъра е достатъчно добър. Областите, в които Hex е много важен, включват приложения като нелинейна, динамична, и ситуации с контактната повърхност. За автоматизиране на задачата за създаване на Hex мрежа, той казва: "Това може да бъде направено, но е много по-трудно решимо. Това е Светия Граал на мрежестото (mesh) поколение. "

В сравнение със структурния анализ, където повечето от елементите, обикновено са със същия размер, то с течностите може да се наложи се ползва мрежа на границата, където има турболенции и по-големи елементи за по-ефективно описване на обема когато се отдръпват от границите. Pointwise винаги е насочен към това предизвикателство и в момента от дълго време е в преход към изчислителна динамика на флуидите, като съчетаване продукта Gridgen от следващото поколение, наречен просто Pointwise. Последният вече предлага модерен, интуитивен графичен интерфейс, undo& redo функции, както и автоматизирани, устойчиви на грешки мрежести модели на асембли.

Рик Матус, Pointwise вицепрезидент маркетинг и продажби, казва, че неговата компания има типични потребители, които или искат повече контрол върху задачите свързани с мрежестите модели, или предпочитат да научат един mesher, който работи с множество солвери. Насочени към нуждите на предизвикателни анализатори CFD, Pointwise софтуера предлага високо ниво на контрол на ползвателите за създаване на HEX, Tet, както и хибридни мрежи, решавайки въпросите със сложната геометрия и много нелинейни потоци, където по-малко от оптималните съчетавания да доведат до големи разлики при анализа на резултати.

Siemens PLM Software наскоро обяви версия 10 на Preprocessor Femap, част от поредица Скорост на компанията. Тясно интегрирани с Nastran Solvers с опции за Abaqus, Марк и ЛС-Dyna, версия 10 въвежда набор от интерактивни мрежести инструменти за съчетаването на повърхнинни и твърдотелни модели, така че потребителите могат да променят плътността на мрежата, като движат отделни възли или избрани възлови комплекти, да виждат кодирането на цвета и неговия ефект, като проверяват за нарушаване елементите на базата на потребителски критерии за качество.

Femap ви позволява да виждате в мрежата стъпка по стъпка. Сред новите функции, вие може да видите подробно и коректно област, елементи микс греда с Tet елементи и повърхности в райони с висока концентрация на напрежения като отвори и ръбове.

Разширяване на мрежестите опции

"Правилното създаване на мрежест модел е от критично значение", казва Дейв Уайнбърг, президент на Noran Инженеринг. "А лошото му създаване може да означава лоши резултати, ниска производителност, както и сближаването на въпроси в напреднали анализи [като] нелинейни и eigenvalue такива." В описа на редица важни области за подобрение, той изброява смарт мрежестия модел, в който се отчитат характеристики и области, където напрежението ще бъде по-високо, поради което добавя повече елементи; интерактивния мрежест модел позволява на потребителите избирането и редактиране на графични елементи и региони; средата на площ за извличане за по-точно представяне на дебели региони; и CAD интеграция, в случай на промяна на геометрията задейства автоматично повторно съчетаването.

Noran предлага в своите функции за мешване съчетаването на опциите в рамките на NEiWorks и NEiFusion, когато FEA задачите са предимно насочени към концепцията жизнеспособност, модификации на проектиране, производство и процеси. Фирмата Femap има връзки със собственото си решение NEiNastran Solver. Характеристиките включват контрол над размера на мрежата на модела и чувствителността за ремонт и редактиране на CAD геометрията . NEiNastran предлага автоматизирана контактна повърхност от ново поколение и автоматизиран контакт ръб-ръб, които позволяват отделни мрежи на компонентите, прихващат заварки, и съчетават мрежите чрез близост и потребителски дефинирани настройки.

Според Ричард Буш, маркетинг директор на Сименс Цифрови Симулация на жизнения цикъл: "Това ще направи огромна разлика за анализаторите FEA които, например, ще могат за първи път да вземат твърдотелна геометрия от различни CAD системи и бързо да я променят. "Компанията очаква да предостави на потребителите до 100-пъти по-бъро конструиране на мрежестите модели, отколкото преди.

NX Разширено Моделиране по метода на крайните елементи (МКЕ) използва Синхронна технология за да позволи създаването на мрежести модели, дори когато няма на разположение история на модела. Неговите потребители могат да редактират истински функции в рамките на mesher-а, дори и на "ням" CAD файл. Освен това, целите сглобени единици могат да се комбинират от различни CAD модели, и все още да се отворят автоматично заедно.

Още Автоматика, повече възможности за избор

"В старите дни, най-често отнемаше повече време да се изгради мрежа от колкото да се създаде самия модел", казва Vipul Kinariwala, ръководител на бизнес развитието на софтуер за анализ на кранови конструкции. "Сега, с automeshers, ние сме намалили това време с впечатляващите 80 на сто." Други подобрения включват пускането на meshers на оригиналната CAD геометрия, вместо да я пресъздава, предварително третиране на геометрията, и се възползваме и от многопроцесорните многоядрени компютърни системи.

Kinariwala, чиято компания продава NISA софтуер за анализ изтъква, че качеството на повърхностните при мрежест модел се е подобрило до мястото, където можете да присъедините няколко части и повърхности, да моделирате заварката и след това да съедините частите. Той отбелязва, че изпращането на отделни части за едновременно мешване на паралелни системи за обработка заедно в крайна сметка ще спести много време.

В SIMULIA, Abaqus/CAE служи като висок клас препроцесор за Abaqus стандарта и Explicit Solver--а. Асиф Хан, Abaqus / CAE продуктов мениджър, казва: "Във версия 6.7, ние се фокусирахме върху Hex-модели, включително добавянето отдолу нагоре на Hex-модели, където бихте могли да направите инкрементални стъпки (за силно извити райони). Във версия 6.8, акцентът е върху създаването на тетраедален модел за комплексни части.

Мащабна нова функция в Abaqus/CAE 6,8 е автоматизирана Виртуална топология, което прави много по-лесно да се генерират Tet модели. Когато геометрията е фичъри като остри ъгли или фини снопчета, сега можете да определите стойността, която да зададете. Софтуерът подчертава районите с тези параметри и ви позволява да ги приемете или не, след това автоматично създава "виртуални функции", които заобикалят проблемните области, без изкривяване.

Други подобрения включват проверки на качеството на елементи в реално време на мрежестия модел, наследствена мрежа за оптимизиране на моделната плътност и адаптивни remeshing (автоматично и ръчно), за да коригира окото итеративно след пускането на една Abaqus Стандарт анализ.

"В рамките на STAR-CCM +, CD-adapco е разработила и прилага някои от най-бързите и най-автоматизираните мрежести модели на пазара днес," казва вицепрезидент на компанията "Маркетинг и бизнес развитие" Денис Наги.   Високо подчертава, че справянето с последиците на "мръсни" или на сложни CAD данни от дълго време е най-голямата пречка в този CAE процес и доскоро беше единствената най-голяма пречка за автоматизиране на анализите и рутинните от прилагането на числени методи на симулация в началото на проектния процес.

STAR-CCM + обаче включва почистването на геометрия и се нарича Повърхност за опаковане, и тя определя кухините, припокриването и други   типичните проблеми, свързани с големи сглобявания на сложни части CAD. "Той работи със "свиване на модела", с високо качество на мешваната триангулантна повърхност върху геометрията", заяви Наги, "затваря отвори в геометрията и присъединява изключени и припокриващи се повърхности".

Автоматичната мешинг технология след това генерира или многостенен или предимно шестостенен обем за контрол с натискането на един бутон, предлагащ скорост, контрол и точност. За проблеми с участието на множество различни рамки, като течности, взаимодействие на течностни структури, и конюгат пренос на топлина STAR-CCM + може автоматично да създаде мрежи в множество физически домейни.

За някои компании, мешването стана такава автоматизирана част на CAD-да анализ, че основите на пазара фактически вече се промениха.

"Ние дори вече не разполагаме с отделна продуктова линия за мешване", казва АЛГОР Продуктов мениджър Боб Уилямс. Уилямс допълва, че най-драстичните промени са с акцент върху геометрията, като директно от CAD в анализа, а не пресъздаващи модели в един пакет FEA.

"Опитваме се да направим това възможно най-безпрепятствено", казва той. "Ние сме автоматизирали много от това, което потребителят използва и което е трябвало да направи ръчно." Например, софтуерът може да се прилага за комбинация от различни видове елементи. Потребителите, които пускат меш анализ стартират тест за чувствителност и наблюдават сравнението на плот ефекта вместо да се опитват по пет различни начина.

Други подобрения в АЛГОР са: особено важно за анализ на нелинейни модели с големи деформации, е възможността за мешване в средата на модела и добавяне на възли в средата на ръбовете на елемента, но дори и това изисква само едно щракване.

Разкрояване на Близки стъпки

"Вместо да мешваме геометрията ние предлагаме различен подход: мешване на правилата", казва MSC Software CTO Реза Sadeghi, обяснявайки SimXpert CAE решение на неговата компания - CAE решенията вече не трябва да се превеждат към CAD модела. "За пример ... ние няма да превърнем геометрията във възли и елементи и да забравим за повърхнините - ние продължаваме да изграждаме модел с параметри, който в крайна сметка ще има своя геометрия в мрежестия модел (повърхност, твърдотелност, или специални елементи)."

Анализатора сега може да продължава да си взаимодейства със системната геометрия, докато моделът е готов да бъде превърнат в един непрекъснат модел на крайните елементи за анализ. В Сим също има мешване на адаптивни алгоритми и като опция, Solver-а може да подобри модела за анализ локално или в световен мащаб на базата на потребителски изисквания. Глобален remeshing в SimXpert е особено важен инструмент за управление на нелинейни проблеми като например стрес в гумено уплътнение като го деформира. След анализ, потребителите имат възможност за двупосочна асоциативност обратно към първоначалния CAD. Sadeghi добавя, че следващата стъпка ще бъде да се изпълняват подобни задачи на субектите на NURBS.

По отношение на структурните приложения за анализ, Klinkhammer казва: "Анализаторите винаги са били добри в де-фичърите на един модел. Съвсем наскоро, те използват един и същ вид инструменти за създаване на по-автоматизирани, параметричен модел CFD, също за работят с няколко повторения. Тази мисъл е да се разшири сега CFD възможностите за дизайнера на потребители ниво."

"Всички останали компании започваха с мешване на повърхнините (от страна на модела) и вървяха към флуидното мешване", казва EXA вицепрезидент на отдел "Продуктово управление" Алекс Маккензи. "Ние правим нещо съвсем различно." PowerFLOW автоматично генерира обемни, куб-базирани мрежи (с елементи, наречени voxels) запълва ги с течност, и след това буквално изважда формата от потопени твърдотелни елементи изпозлвайки твърдотелни и повърхнини меш модели, като разрязват елементите.

В своята линия PowerFLOW на продукти, фирмата използва потапяне в мрежови технологии, които успешно мешват части в сглобени единици, дори ако те се припокриват.