MSC/NASTRAN

MSC/NASTRAN для Windows – это система инженерных расчётов, основанная на методе конечных элементов. Пакет разработан специалистами фирмы MacNeal Schwendler Corporation (США) на базе широко известной одноимённой системы для UNIX.

Геометрические модели для MSC/NASTRAN можно как формировать с помощью внутреннего препроцессора системы, так и импортировать из любой другой CAD-системы. MSC/NASTRAN для Windows имеет прямой интерфейс с системой твердотельного параметрического моделирования SolidWorks. Кроме того, система может работать с готовыми конечно элементными моделями, которые были созданы с помощью других систем инженерных расчётов и затем переданы в MSC/NASTRAN.

Система имеет модульную архитектуру, и конкретная конфигурация может быть определена отдельно для каждого пользователя. При этом для работы с любым из дополнительных модулей необходимо иметь базовый модуль Basic Analysis, который позволяет проводить следующие виды расчётов:

· Линейные статические расчёты. Анализ напряжений и перемещений под воздействием как физических, так и тепловых нагрузок;

· Расчёт собственных частот и форм колебаний;

· Определение продольного изгиба для центрально нагруженного стержня.

Модули Advanced Analysis расширяют возможности базового модуля и позволяют проводить нелинейный и динамический анализ, а также тепловой расчёт.

Модуль нелинейного анализа (Nonlinear Analysis) позволяет решать статические и динамические задачи с учётом физической и геометрической нелинейности.

Рассматриваются следующие виды физической нелинейности (нелинейные свойства материалов):

· Пластичность (для малых деформаций);

• Условия текучести по Мизесу и Треска;

• Условия текучести Мора-Кулона и Друкера-Прагера;

• Изотропное, кинематическое и комбинированное упрочнение;

• Билинейный и многоточёчный (табличный) методы задания кривых зависимости напряжений от деформаций.

• Гиперупругие свойства (для больших деформаций);

• Нелинейная упругость (для малых деформаций);

• Термоупругость;

• Вязкоупругость (ползучесть);

• Вязкоупругость с учётом пластичности.

• Геометрическая нелинейность:

· • Большие перемещения и большие углы поворота (модифицированный лагранжиан); Большие деформации (полный лагранжиан для гиперупругих материалов);

· Анализ потери устойчивости (прощёлкивание);

· Следящие нагрузки.

· Модуль расчёта теплопередачи (Heat Transfer) решает следующие задачи:

· Линейное и/или нелинейное установившееся состояние;

· Линейные и/или нелинейные переходные процессы;

· Простой переход к расчёту температурных деформаций и напряжений.

· Модуль динамического анализа (Dynamic Response) предназначен для решения задач исследования напряжённо-деформированного состояния конструкций, которые подвержены воздействию нагрузок, изменяющихся в зависимости от времени или частоты.

·

· Анализ потери устойчивости (прощёлкивание);

· Следящие нагрузки.

· Модуль расчёта теплопередачи (Heat Transfer) решает следующие задачи:

· Линейное и/или нелинейное установившееся состояние;

· Линейные и/или нелинейные переходные процессы;

· Простой переход к расчёту температурных деформаций и напряжений.

· Модуль динамического анализа (Dynamic Response) предназначен для решения задач исследования напряжённо-деформированного состояния конструкций, которые подвержены воздействию нагрузок, изменяющихся в зависимости от времени или частоты.

· Полностью интегрированная в MSC/NASTRAN для Windows система CFDesign решает задачи гидрогазодинамики, включая ламинарные и турбулентные течения жидкости и газа с возможностью расчёта процессов теплопередачи.

· Рекомендуемая конфигурация компьютера для работы с MSC/NASTRAN для Windows:

· Компьютер на базе процессора Pentium/486 и выше;

· Оперативная память 32 Mb и выше;

· CD-ROM;

· Операционная система Windows 95 и Windows NT;

· Примерно 200 Mb свободного места на диске

• В начале 1998 года фирма MacNeal Schwendler Corporation выпустила “облегчённый” модуль MSC/InСheck, полностью интегрированный с пакетом SolidWorks

•

(работающий как встроенное приложение) и предназначенный специально для конструкторов, работающих с SolidWorks, но не обладающих глубокими теоретическими знаниями в области расчётов методом конечных элементов

ANSYS

Программный комплекс ANSYS представляет собой многоцелевой пакет для решения сложных проблем физики и механики, предназначенный для рас- чета задач механики деформируемого твёрдого тела (МДТТ), температурных задач, задач механики жидкости и газа, а также расчета электромагнитных полей. Кроме того, комплекс обладает возможностью расчета связанных задач, в которых результаты расчета для одной среды (например, поля температур) могут быть использованы в качестве исходных нагрузок для расчета других сред (например, для вычисления распределения напряжений в нагретой детали). Многоцелевая направленность программы позволяет использовать одну и ту же модель для решения связанных задач [1-5]. Программа располагает широким перечнем расчётных средств, которые могут учесть разнообразные конструктивные нелинейности; дают возможность решить самый общий случай контактной задачи для поверхностей; до- пускают наличие больших (конечных) деформаций и углов поворота; позволяют выполнить интерактивную оптимизацию и анализ влияния электромагнитных полей, получить решение задач гидр аэродинамики и многое другое – вместе с параметрическим моделированием, адаптивным перестроением сетки и обширными возможностями создания макрокоманд с помощью языка пара- метрического программирования (APDL) [1-5]. Средства твердотельного моделирования включают в себя представление геометрии конструкции, основанное на использовании сплайновой технологии, геометрических примитивов и операций булевой алгебры [1-5]. Многоцелевые функции комплекса ANSYS обеспечиваются наличием в нем многочисленного семейства отдельных специализированных программ, имеющих много общих функций, однако математическое обеспечение которых рассчитано на решение отдельных классов задач [1-5]. В состав программного комплекса ANSYS входят [1,3]: – ANSYS/Multiphysics – программа для широкого круга инженерных дисциплин, которая позволяет проводить расчёты в области прочности, распространения тепла, механики жидкостей и газов, электромагнетизма, а также решать связанные задачи; – ANSYS/Mechanical – программа для выполнения проектных разработок, анализа и оптимизации: решение сложных задач прочности конструкций, теплопередачи и акустики. Эта программа позволяет определять перемещения, напряжения, усилия, температуры, давления и другие параметры, важные для оценки механического поведения материалов и прочности конструкции. Данная программа является подмножеством ANSYS/Multiphysics; – ANSYS/Structural – выполняет сложный прочностный анализ конструкций с учётом разнообразных нелинейностей, среди которых геометрическая и физическая нелинейности, нелинейное поведение конечных элементов и потеря устойчивости. Используется для точного моделирования поведения больших и сложных расчётных моделей. Данная программа является подмножеством ANSYS/Mechanical; – ANSYS/Thermal – это отдельная программа, выделенная из пакета ANSYS/Mechanical, для решения тепловых стационарных и нестационарных задач; – ANSYS/LS-DYNA – программа, предназначенная для решения прочностных задач динамики при больших нелинейностях. Эта программа может использоваться для численного моделирования процессов формообразования материалов, анализа аварийных столкновений и ударов при конечных деформациях, включая пробивание, нелинейное поведение материала и контактное взаимодействие элементов конструкции; – ANSYS/ED – представляет собой программу, обладающую возможно- 4стями ANSYS/Multiphysics, но имеющую ограничения по размерам расчетной модели. Эта программа предназначена для учебных целей. Решение задач с помощью программы ANSYS состоит из трёх этапов: препроцессорная подготовка (Preprocessing), получение решения (Solving the equation) и пост процессорная обработка результатов (Postprocessing) [1-5]. На стадии препроцессорной подготовки выполняется выбор типа расчета, построение модели и приложение нагрузок (включая граничные условия). На данном этапе задаются необходимые для решения исходные данные. Пользователь выбирает координатные системы и типы конечных элементов, указывает упругие постоянные и физико-механические свойства материала, строит твердотельную модель и сетку конечных элементов, выполняет необходимые действия с узлами и элементами сетки, задаёт уравнения связи и ограничения. Можно также использовать модуль статического учёта для оценки ожидаемых размеров файлов и затрат ресурсов памяти [1-5]. Комплекс ANSYS позволяет создавать непосредственно сетку конечных элементов (то есть узлы и элементы), а также геометрическую модель, на основе которой далее создаётся сетка конечных элементов [1-5]. Этап приложения нагрузок и получение решения включает в себя задание вида анализа и его опций, нагрузок, шага решения и заканчивается запуском на счёт конечно-элементной задачи [1-5]. Программа ANSYS предусматривает два метода решения задач, связанных с расчётом конструкций (Structural problems): h-метод и p-метод. h-метод может применяться при любом типе расчётов (статический, динамический, тепловой и т.п.), а p-метод – только в линейном статическом анализе. Кроме того, h-метод требует более частой сетки, чем p-метод [1,3]. На этапе пост процессорной обработки результатов пользователь может обратиться к результатам решения и интерпретировать их нужным образом [2]. Результаты решения включают значения перемещений, температур, напряжений, деформаций, скоростей и тепловых потоков. Итогом работы программы на пост процессорной стадии является графическое и (или) табличное представление результатов [1-5]. Комплекс ANSYS также включает в себя модуль импорта геометрической информации, предназначенный для импорта файлов, содержащих информацию о геометрических моделях, созданных иными комплексами (например, редактором топологии L-Edit системы автоматизированного проектирования Tanner Pro) [1-5]