Построение геометрии конечно-элементной модели

Для построения геометрии модели нужна система типа AutoCAD. Наиболее универсальными оказываются абстрактные методы, отвлеченные от конкретной задачи. Труднее всего так организовать работу пользователя, чтобы он в каждый момент понимал текущую конфигурацию модели и результаты производимых действий по ее построению.

Одна из возможных стратегий – имитация производственного процесса. Наиболее простые операции - выбор со склада, обработка давлением и резанием, сборка и склеивание.

На складе хранятся простые заготовки, состоящие из КЭ (куб, цилиндр, конус, шар). Их можно выбрать из списка и добавить в модель, предварительно изменив их форму и размеры (шар можно превратить в эллипсоид, куб – в параллелепипед и т. д.). Кроме полной сферы, имеются полусфера и сектор с задаваемым углом. На складе могут храниться и более сложные детали для конкретной отрасли, например части труб или котлов, но их вначале нужно построить и добавить на склад (включить в список, подготовить эскиз с указанием настраиваемых размеров).

Наиболее понятная операция построения сложной модели – рисование на экране произвольного плоского контура (сечения модели), а затем вытягивание из него объемной модели путем движения контура по заданной траектории (по прямой, по окружности или по более сложной линии).

После того как подготовлены составные части модели, их необходимо собрать в нужном порядке. Для этого предусмотрены операции перемещения и поворота деталей. Если нужны несколько одинаковых деталей, их можно получить из одной детали путем ее смещения, поворота и отражения относительно заданной плоскости.

Для склеивания собранных деталей в единую модель необходимо обеспечить совпадение расположения узлов КЭ на стыкуемых поверхностях.

Дополнительные средства:

1. Размеры. Координаты точки КЭ можно задать непосредственно от начала координат, а можно отмерить от другой (базовой) точки, координаты которой к этому моменту известны. При этом координаты одной точки по разным осям можно отмерить от разных базовых точек. Это облегчает параметризацию (возможность изменения размеров уже построенной модели). Если изменить координаты одного узла, автоматически изменятся координаты всех узлов, для которых узел является базовым.

2. Дробления. Если имеется линия, заданная уравнением (прямая, парабола, эллипс), можно задать число и соотношение частей, на которые необходимо разбить участок между двумя узлами, имеющимися на этой линии. Между ними будут размещены дополнительные узлы, координаты которых будут вычислены по уравнению линии.

3. Сгущение сетки. Применяют сгущения к поверхности, к линии и к точке в уже построенной модели. В выбранном участке модели несколько крупных КЭ заменяют на сетку из более мелких КЭ. Это делается для обеспечения стыковки частей модели, а также для повышения точности моделирования в зонах с большими градиентами температуры или высокой концентрацией напряжений.