Методические указания к курсовой работе (типовому семестровому заданию) «Алгоритмизация и модификация САЕ-систем (на примере САЕ Sigma и Nastran)» (стр. 1 )

Кафедра 609

2014

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

(типовому семестровому заданию)

«Алгоритмизация и модификация САЕ-систем

(на примере САЕ Sigma и Nastran) »

по дисциплинам «Модели и методы анализа проектных решений» и «Математические методы анализа  технических и физических систем»

7-ой семестр

Оглавление

Первая (обязательная) часть курсовой работы в 7-ом семестре.        4

П.1. Создание геометрической модели объекта с разными свойствами конечных элементов в подобластях        6

П.2. Исследование влияния входных параметров на результаты решения задачи методом конечных элементов.        7

П.2.1. Анализ влияния сетки КЭ на результаты вычислений.        7

П.2.2. Реализация нескольких свойств КЭ.        8

П.2.3. Нахождение оптимальных соотношений толщин.        9

П.3. Оптимизация  сетки КЭ        11

П.4. Оценка качества сетки КЭ        14

П.4.1. Оценка качества сетки по значениям минимального угла конечно-элементной сетки.        18

П.4.2. Использование штрафных функций для оценки качества сетки        19

П.5. Исследование сходимости результатов, полученных в CAE Sigma        21

П.6. Исследование сходимости результатов, полученных в CAE Nastran        30

П.7.  Недостатки системы Sigma, предложения по их устранению, предложения по совершенствованию системы.        33

2. Вторая часть курсовой работы в 7-го семестра.        34

3. Организация работы в семестре и во время сессии        36

Курсовая работа

(типовое семестровое задание)

7-го семестра

«Интеллект состоит в том,

чтобы узнавать подобие разных вещей

и разницу подобных»

Шарль Луи де Монтескье,  18 век

«Алгоритмизация и модификация САЕ-систем

(на примере САЕ Sigma и Nastran)»

Прикладная направленность курсовой работы 7-го семестра заключается в расчете напряжённо-деформированного состояния плоской пластины методом конечных элементов в учебной системе Sigma и коммерческой системе Nastran.

Обучающими элементами курсовой работы 7-го семестра  являются:

углублённое знакомство студентов с САЕ - системами (учебной системой Sigma и коммерческими системами конечно-элементного анализа Nastran и (или) AnSys); исследование работы алгоритмов МКЭ в системах Nastran и (или) AnSys на примере реализации учебной САЕ Sigma; исследование влияния входных параметров алгоритма МКЭ на результаты решения задачи; получение навыков разработки отдельных подсистем и модулей для системы  Sigma на основе других алгоритмов; изучение и применение методов обработки результатов численного эксперимента; приобретение опыта в практических вопросах разработки математического обеспечения и конструирования соответствующих алгоритмов для САЕ - систем.

Курсовая работа состоит из двух частей.

Каждая из частей  включает выполнение программного и исследовательского разделов.

Детальное рассмотрение всех аспектов использования программной системы Sigma, вопросы, связанные с алгоритмизацией, а также выполнением курсовых работ приведено в подсистеме «Помощь» комплекса Sigma.

Файл подсистемы «Помощь» включает следующие разделы:

Теоретические основы.

Программный комплекс Sigma

Работа с программным комплексом

Подпрограммы расчетного блока

Дополнительные материалы

Примеры выполнения отдельных заданий КР в Sigma и Nastran.

Почти каждый раздел делится на главы. Число этих глав 51.

Общие требования по курсовой работе.

Все отчеты по пунктам курсовой работы должны заканчиваться выводом или заключением, кратко формулирующим итоги выполнения данного пункта.
Все графики, картины напряженно-деформированного состояния и другие графические материалы отчета должны снабжаться анализом, комментариями или выводом.
Все редактируемые подпрограммы (скопированные, переделанные, сделанные самостоятельно) являются разработкой студента, за которые он полностью ответственен.
Код редактируемых подпрограмм должен предваряться фамилией исполнителя в первой строке файла.

Первая (обязательная) часть курсовой работы в 7-ом семестре.

Введение

Вариант задания совпадает с вариантом КР 6-го семестра, включая геометрию пластины, граничные условия и внешние воздействия. Все изменения в задании, внесенные в процессе работы над КР 6-го семестра, должны быть учтены в КР 7-го семестра. Так как исходными данными для работы с КР семестра 7 являются очертания областей пониженных, средних и повышенных напряжений, то нагрузка и толщина, использованные  в КР семестра 6 для  получении этих областей, являются исходными данными в  КР 7-го семестра.

Студент может использовать все наработки КР 6-го семестра,  внося  необходимые изменения в соответствии с заданием КР 7-го семестра.

Выполнение КР 7-го семестра проводится в несколько модифицированной версии  Sigma 7.1 (см. сайт). Отличие от версии Sigma 7.1. 6-го семестра заключается в исправлениях некоторых ошибок и добавления функционала в модуль определения областей опасных (разрушающих) напряжений. Правильно подготовленный проект 6-го семестра должен раскрываться в модифицированной версии Sigma 7.1.

Запускать Sigma 7.1  надо от имени администратора.

Примечание:  Если проект подготовлен в Sigma 6.1b, то последовательность действий см. в конце методических указаний.

В 1-ой части работы студент выполняет следующие обязательные пункты задания, подкрепляющих лекционный материал и выполняемых по мере прохождения в семестре соответствующих разделов лекционного материала:

П.1.  Создание геометрической модели объекта с учетом разных свойств КЭ в подобластях.

П.2.  Исследование влияния входных параметров на результаты решения задачи МКЭ.

П.3.  Исследование эффективности работы алгоритмов триангуляции и оптимизации сетки КЭ.

П.4.  Исследование сходимости результатов расчета в САЕ Sigma.

П.5.  Исследование сходимости результатов расчета в САЕ Nastran.

П.6.  Исследование эффективности алгоритма упаковки матриц.

П.7.  Исследование эффективности алгоритмов упорядочения матриц.

П.8. Недостатки системы Sigma, предложения по их устранению, предложения по совершенствованию системы.

П.1. Создание геометрической модели объекта с разными свойствами конечных элементов в подобластях

Содержание работы по П.1.

В П.1. на основе результатов работы КР 6-го семестра студент изменяет деление пластины на 8-ми-узловые зоны таким образом, чтобы границы некоторых зон приблизительно совпадали с границами подобластей с повышенным уровнем напряжений и с границами подобластей с пониженным уровнем напряжений.

Для границ зон рекомендуется использовать простейшие геометрические линии: прямая, окружность.

Результаты работы необходимо согласовать с преподавателем.

Добиться правильного расчета проекта до NRC=12 при толщине пластины = , найденной в П.4. КР 6-го семестра и значениях характеристик материала из КР 6-го семестра,  примерно рассчитав требуемые размерности массивов для максимального NRC.

Требования к формированию зон и КЭ, реализации граничных условий и нагрузки совпадают с требованиями пунктов 1 и 2 курсовой работы 6-го семестра.

Оформление отчета по П.1.

Отчет по П.1 должен содержать:

  рисунок итогового задания 6-го семестра с размерами в соответствии с требованиями ЕСКД и примерным отображением функций нагрузки на рисунке рассчитываемой модели. Привести формулы нагрузки с указанием цифровых значений всех коэффициентов, точки начала отсчета координат функций нагрузки  и т. п., значение толщины = , найденной в КР 6-го семестра.   при NRC=7 в одной строке Print Screen картинки геметрической модели КР 6-го семестра, картинки КР 6-го семестра с выделенными подобластями пониженных средних и повышенных значений напряжений (из КР 6-го семестра) и Print Screen геометрической модели нового разбиения.

Пример оформления приведен ниже:

  Под картинками привести значения диапазонов пониженных, средних и повышенных напряжений, использованные в КР 6-го семестра при поиске очертаний соответствующих подобластей, а перечисление номеров зон нового разбиения, где будет реализовано то или иное свойство КЭ;

  при NRC=7 для доказательства правильности построения новой геометрической модели поместить таблицу теоретических значений суммарных сил (интегралов с указанием пределов интегрирования) от распределённой нагрузки и её участков, а также значений сил на этих участках и сторонах, получающихся на старой и новой сетках. Указать причины расхождений;   при NRC=7 для доказательства правильности построения новой геометрической модели в одной строке Print Screen картинок эквивалентных напряжений с указанием зон на старой и новой сетках (со шкалами значений напряжений), с приложенными силами и реализованными граничеыми условиями;   вывод по результатам выполнения П.1.

П.2. Исследование влияния входных параметров на результаты решения задачи методом конечных элементов.

Содержание работы по П.2.

П.2.1. Анализ влияния сетки КЭ на результаты вычислений.

  провести расчет при NRC=7 напряженно-деформированного состояния пластины на старой и новой сетках с материалом, применённым в КР 6-го семестра и при  толщине, равной толщине , полученной в П.4. КР 6-го семестра.

  для NRC=7 составить таблицу, в которой указать диапазоны максимальных значений всех видов напряжений, получающихся в результате расчета на старой и новой сетках и подсчитать % изменения этих максимальных значений. Указать максимальное значение (в %) изменения напряжений на старой и новой сетках. Форма таблицы приведена ниже.

Сетка и число свойств	max	max	max	max	max	max	max из всех видов напряжений
Старая сетка 1 свойство
Новая сетка 1  свойство	32800	9200	10000	35100	8100	33000
-21900	-21300	-2900	-18300	-23200	12000
% изменения значений

  провести анализ полученных числовых результатов и сделать выводы по влиянию изменения сетки на результаты расчета МКЭ.

П.2.2. Реализация нескольких свойств КЭ.

Студент, модифицируя подпрограммы FORMDD. for и (или) GRIDDM. for (выбрав наиболее рациональный или приемлемый для себя способ),  реализует назначение разных свойств КЭ в подобластях с малым, средним и высоким уровнями напряжений.