Распространение высокопроизводительной вычислительной техники за последние 15—20 лет изменило процесс инженерной деятельности. Использование современных методов вычислений, реализованных в электронных комплексах, представляет возможность проводить исследования различных характеристик проектируемых объектов и менять при этом конструкцию этих объектов без создания опытных образцов и не прибегать к дорогостоящей и длительной процедуре натурных исследований.
Основным направлением повышения эффективности проектирования сложных комплексов является внедрение систем автоматизированного проектирования. По данным зарубежной печати, внедрение таких систем сокращает сроки проектирования в 2—3 раза, время подготовки производства — в 3—5 раз при одновременном снижении затрат на 50—80%; стоимость проектирования при значительном повышении его качества снижается на 30%, а численность проектировщиков — на 60% [65].
Комплексы метода конечных элементов занимают важное место среди средств обеспечения исследований, позволяющих проводить имитационное моделирование процесса проникания пули в пробиваемую среду на основе подробного описания геометрии пули, физической картины моделируемого процесса, свойств, применяемых материалов и других указываемых пользователем исходных данных. Развитие метода конечных элементов обусловлено наличием высокопроизводительной вычислительной техники, разработкой моделей исследуемых явлений, адекватных реальным процессам с высокой степенью точности и особенностями самого метода.
Математическое моделирование — Лекция 1 (09.02.07)
Первыми комплексами, в которых удачно реализован метод конечных элементов, были STRUDL-ll, -5L4P-IV, NONSAP, ASKA, NASTRAN, SESAM-69 и др. [41]. В конце XX в. в нашей стране появилось несколько программных комплексов для разных ЭВМ, в которых был реализован МКЭ (МИРАЖ, МОРЕ, КАСКАД-2, ПРОЧНОСТЬ-75, МКЭ/20, МАРС, ПАРСЕК, ЛИРА, СПРИНТ, FEA и т.д.).
За рубежом развитие МКЭ и необходимость в проведении расчетов различных конструкций на прочность способствовали развитию уже созданных программных комплексов и разработке новых. Наибольшее распространение из них получили: ABAQUS, ADINA, ASKA/DYNAN, ANSYS, MARC, MSC/NASTRAN, EUFEMI, COSMOS, HERCULE, MODULEE, SAP-1, LS-DYNA.
Каждая программа имеет сильные и слабые стороны при решении конкретной задачи.
Критерии, помогающие сделать выбор той или иной программы, — это широкое использование программы, использование новейших научных достижений, коммерческая доступность, подробная и понятная документация.
Для МКЭ характерны особенности, которые необходимо учитывать при выборе программы расчета. Такими особенностями могут быть большие объемы исходных данных, промежуточных и (или) окончательных результатов расчета. Расчет по МКЭ состоит из трех основных этапов:
- • разработка конечно-элементной расчетной схемы выбора исходных данных;
- • тестирование самого расчета;
- • анализ результатов расчета.
Всем вышеперечисленным требованиям отвечает программный комплекс ANSYS (продукт Swanson Analysis Systems), с помощью которого с высокой точностью может быть смоделирован, как показывают результаты предварительных исследований, процесс проникания пули в пробиваемую среду.
Тихонов Н. А. — Основы математического моделирования — Типы математических моделей (Лекция 1)
ANSYS — универсальный тяжелый конечно-элементный пакет, на протяжении 30 лет являющийся одним из мировых лидеров, первый среди подобных получил сертификат серии ISO 9001 [9]. Программный комплекс ANSYS может быть использован:
- • для статического и динамического анализа конструкций (временная и частотная область — гармонические, спектральные, случайные вибрации) с учетом геометрической и физической нелинейности (2-D и 3-D контактные задачи, абсолютно жест- кое-деформируемое и деформируемое-деформируемое тело, изотропное, анизотропное, кинематическое упрочнение, модели со скоростной чувствительностью), анализа усталостных характеристик;
- • решения задач линейной и нелинейной устойчивости (закрити- ческое поведение) конструкций;
- • моделирования процессов столкновения и пробивания, разрушения и других высоконелинейных и быстротекущих процессов средствами встроенного модуля ANSYS/LS-DYNA.
ANSYS — открытая настраиваемая система. Внутренний язык параметрического программирования высокого уровня FORTRAN или C++ дает возможность пользователю интегрировать в ANSYS любые процедуры, элементы, дополнять меню, использовать файлы сообщений на любом языке. ANSYS может быть подпрограммой к любой программе пользователя [57].
Решение задачи высокоскоростного взаимодействия пули с мишенью с учетом упруговязких деформаций поражаемой среды проводилось на версии ANSYS 11, появившейся в 2007 г. В этой версии существенно расширены возможности описания сложного поведения материалов. Это, прежде всего, возможность работы со сверхупругими, упруговязкими, упругопластическими материалами с кинематически смещающимися и изотропно расширяющимися поверхностями текучести. ANSYS является стандартом де-факто при представлении прочностных расчетов международным организациям, осуществляющим сертификацию технической продукции.
Отличительными чертами этого программного продукта являются [44]:
- • относительно невысокие требования к аппаратным средствам (объему дискового пространства, объему оперативной памяти), что определено тем, что данная система работает под управлением DOS;
- • возможность работы в двух режимах — в режиме выполнения команд, вводимых с клавиатуры, и выполнения предварительно написанной программы (ЛУЗГУ имеет собственный язык программирования, на котором и пишется текст ANSYS программы);
- • существенно более широкий набор элементов;
- • хорошая справочная система.
Типовая последовательность проведения анализа в ANSYS версии 11:
- 1. Определение типов элементов.
- 2. Определение реальных констант (REAL CONSTANT).
- 3. Определение механических свойств материалов.
- 4. Определение геометрии модели.
- 5. Определение ограничений (условий закрепления, условий симметрии И Т.П.).
- 6. Определение типа решения.
- 7. Определение условий решения.
- 8. Определение начальных условий (для динамического и ква- зистатического анализа).
- 9. Определение шага по времени для каждого участка решения.
- 10. Определение нагрузок на каждом участке решения.
- 11. Определение опций шага нагрузки.
- 12. Определение нелинейных опций.
- 13. Решение.
- 14. Визуализация результатов решения.
- 15. Сохранение модели и результатов решения.
Источник: studref.com
Реализация математической модели на ЭВМ
Реализация математической модели на ЭВМ может быть выполнена путем применения пакетов математических вычислений (MATHCAD ® , MATLAB ® , MATHEMATICA ® и др.), многоцелевого конечно-элементного расчетного комплекса ANSYS ® ,c подключенным расчетным модулемLS-DYNA3D ® , системой конечно-элементного 3D моделирования DEFORM ® — 3D. Возможности и особенности применения указанных программных средств будут рассмотрены далее.
При создании специализированного программного комплекса для реализации разработанной математической модели необходимо выполнить несколько этапов работ:
— составление технического задания на разработку пакета программ программного обеспечения;
— проектирование структуры программного комплекса;
— тестирование и отладка;
— сопровождение и эксплуатация.
Техническое задание на разработку программного обеспечения оформляют в виде спецификации. Примерная форма спецификации включает следующие семь разделов [7]:
1. Название задачи — дается краткое определение решаемой задачи, название программного комплекса, указывается система программирования для его реализации и требования к аппаратному обеспечению (компьютеру, внешним устройствам и т.д.).
2. Описание — подробно излагается математическая постановка задачи, описываются применяемая математическая модель для задач вычислительного характера, метод обработки входных данных для задач не вычислительного (логического) характера и т.д.
3. Управление режимами работы программы — формируются основные требования к способу взаимодействия пользователя с программой (интерфейс «пользователь-компьютер»).
4. Входные данные — описываются входные данные, указываются пределы, в которых они могут изменяться, значения, которые они не могут принимать, и т.д.
5. Выходные данные — описываются выходные данные, указывается, в каком виде они должны быть представлены (в числовом, графическом или текстовом), приводятся сведения о точности и объеме выходных данных, способах их сохранения и т.д.
6. Ошибки — перечисляются возможные ошибки пользователя при работе с программой (например, ошибки при вводе входных данных), указываются способы диагностики (в данном случае под диагностикой понимается выявление, обнаружение ошибок при работе программного комплекса) и защиты от этих ошибок на этапе проектирования, а также возможная реакция пользователя при совершении им ошибочных действий и реакция программного комплекса (компьютера) на эти действия.
7. Тестовые задачи — приводятся один или несколько тестовых примеров, на которых в простейших случаях проводится отладка и тестирование программного комплекса.
Большинство программ, реализующих математические модели, состоят из трех основных частей:
— препроцессора (подготовка и проверка исходных данных модели);
— процессора (решение задачи, реализация вычислительного эксперимента);
— постпроцессора (отображение полученных результатов).
Применение математического пакета MATHCAD ® при решении задачи моделирования уширения при кузнечной протяжке будет рассмотрено в учебном практикуме. А после освоения в рамках практикума по применению многоцелевого конечно-элементного расчетного комплекса ANSYS ® ,c подключенным расчетным модулемLS-DYNA3D ® и системы конечно-элементного 3D моделирования DEFORM ® — 3D необходимо будет самостоятельно выполнить моделирование этой задачи.
Источник: studopedia.su
Реализация математической модели на ЭВМ
Реализация математической модели на ЭВМ может быть выполнена путем применения пакетов математических вычислений (MATHCAD ® , MATLAB ® , MATHEMATICA ® и др.), многоцелевого конечно-элементного расчетного комплекса ANSYS ® ,c подключенным расчетным модулемLS-DYNA3D ® , системой конечно-элементного 3D моделирования DEFORM ® — 3D. Возможности и особенности применения указанных программных средств будут рассмотрены далее.
При создании специализированного программного комплекса для реализации разработанной математической модели необходимо выполнить несколько этапов работ:
— составление технического задания на разработку пакета программ программного обеспечения;
— проектирование структуры программного комплекса;
— тестирование и отладка;
— сопровождение и эксплуатация.
Техническое задание на разработку программного обеспечения оформляют в виде спецификации.Примерная форма спецификации включает следующие семь разделов [7]:
1. Название задачи — дается краткое определение решаемой задачи, название программного комплекса, указывается система программирования для его реализации и требования к аппаратному обеспечению (компьютеру, внешним устройствам и т.д.).
2. Описание — подробно излагается математическая постановка задачи, описываются применяемая математическая модель для задач вычислительного характера, метод обработки входных данных для задач не вычислительного (логического) характера и т.д.
3. Управление режимами работы программы- формируются основные требования к способу взаимодействия пользователя с программой (интерфейс «пользователь-компьютер»).
4. Входные данные- описываются входные данные, указываются пределы, в которых они могут изменяться, значения, которые они не могут принимать, и т.д.
5. Выходные данные- описываются выходные данные, указывается, в каком виде они должны быть представлены (в числовом, графическом или текстовом), приводятся сведения о точности и объеме выходных данных, способах их сохранения и т.д.
6. Ошибки — перечисляются возможные ошибки пользователя при работе с программой (например, ошибки при вводе входных данных), указываются способы диагностики (в данном случае под диагностикой понимается выявление, обнаружение ошибок при работе программного комплекса) и защиты от этих ошибок на этапе проектирования, а также возможная реакция пользователя при совершении им ошибочных действий и реакция программного комплекса (компьютера) на эти действия.
7. Тестовые задачи — приводятся один или несколько тестовых примеров, на которых в простейших случаях проводится отладка и тестирование программного комплекса.
Большинство программ, реализующих математические модели, состоят из трех основных частей:
— препроцессора (подготовка и проверка исходных данных модели);
— процессора (решение задачи, реализация вычислительного эксперимента);
— постпроцессора (отображение полученных результатов).
Применение математического пакета MATHCAD ® при решении задачи моделирования уширения при кузнечной протяжке будет рассмотрено в учебном практикуме. А после освоения в рамках практикума по применению многоцелевого конечно-элементного расчетного комплекса ANSYS ® ,c подключенным расчетным модулемLS-DYNA3D ® и системы конечно-элементного 3D моделирования DEFORM ® — 3D необходимо будет самостоятельно выполнить моделирование этой задачи.
Дата добавления: 2017-01-26 ; просмотров: 2319 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник: poznayka.org