Компьютерное моделирование промышленной продукции (стр. 9 )

– NX тепловой/поток (NX Thermal/Flow) – эти решатели позволяют выполнить анализ теплопередачи и анализ динамики жидкости и газов (CFD). Вы можете использовать эти два решателя независимо или совместно для получения результатов как теплового анализа, гидро/ газодинамического анализа, так и результатов связанного анализа тепломассопереноса.

– Тепловой анализ космических аппаратов (NX Space Systems Thermal) – это промышленно ориентированный решатель для теплового анализа космических аппаратов и орбитальных/межорбитальных систем.

– Тепловой анализ электронных систем (NX Electronic Systems Cooling) – это промышленно ориентированный решатель для анализа систем охлаждения. Он включает в себя анализ теплопереноса и вычислительную гидро/газодинамику (CFD) для комплексного исследования систем отвода тепла.

– LS-Dyna – возможность записать расчетную модель в виде входного файла для системы численного анализа LS-Dyna.

3.3 Структура и этапы создания расчетной модели

Для решения той или иной задачи с помощью NX Расширенная симуляция необходима геометрическая модель, которую обычно предоставляет конструктор. Для решения задач деформируемого твердого тела в NX Расширенная симуляция используется метод конечных элементов, для этого геометрическая модель предварительно разбивается на дискретные области, так называемые конечные элементы, таким образом создается конечно-элементная модель. При этом для выполнения любого КЭ анализа конструкции необходимо четко понимать физику рассматриваемого процесса, программный продукт использует только данные, введенные пользователем, и внутренние решатели. В случае некорректно поставленной пользователем задачи полученное решение будет неточным, а то и неправильным.

Процедуру выполнения инженерного расчета конструкций методом конечных элементов в NX Расширенная симуляция условно можно разбить на несколько этапов, (рисунок 3.5), ниже приведем их краткое описание. При этом создаются файлы, которые содержат определенные типы данных расчетной модели. Для эффективной работы в NX Расширенная симуляция вам необходимо различать, какие данные хранятся в определенном файле и какой файл должен быть активным при создании и работе с расчетной моделью.

Рисунок 3.5 – Этапы создания расчетной модели

1. Создание идеализированной геометрической модели (Master Part/ Idealize Part)

Для эффективного применения КЭ метода должна быть построена корректная максимально простая геометрическая модель, для этого необходимо провести идеализацию исходной геометрии (Master Part – мастер-модели). Рекомендуется исключить все элементы, которые приводят к усложнению модели (технологические отверстия, скругления, фаски), но не оказывают влияния на ожидаемые результаты выполняемого расчета. Если в исходной геометрии присутствуют видимые поверхностные дефекты, то следует перестроить соответствующие геометрические элементы, для этого в NX Расширенная симуляция предназначены разнообразные инструменты.

Выполнение идеализации геометрии (то есть изменение или упрощение) реализуется без изменения мастер-модели. Система автоматически создает идеализированную модель, которой соответствует файл «имя_fem_i. prt», когда вы создаете файл FEM или файл симуляции SIM.

2. Создание КЭ модели (FEM Part)

Большое значение имеет качество КЭ модели (сетки). Если сетка будет низкого качества (большие элементы, вырожденная форма элементов), то можно не получить сходимость при решении либо не получить верный результат. Но при этом высокая степень дискретизации модели должна быть оправдана целью. Помимо построения непосредственно КЭ модели, задаются физические свойства модели, такие как свойства материалов и параметры оболочечных и стержневых элементов. Для КЭ модели создается файл «имя_fem. fem».

Вся геометрия в созданном файле FEM является полигональной. Когда вы создаете КЭ сетку, пользуясь указанием специализированных правил для генератора сетки, любое действие производится на полигональной геометрии, а не на идеализированной модели, при этом файл FEM ассоциативен с идеализированной геометрией.

NX Расширенная симуляция дает возможность проводить численное моделирование не только для отдельных конструкций, но и для нескольких деталей, объединенных в единую сборку. В этом случае структура расчетной модели немного отличается от расчетной. Для создания конечно-элементной модели сборки создаются КЭ модели каждой из деталей, затем создается КЭ модель сборки «Assembly FEM Part», где все КЭ модели деталей объединяются в сборку. Для дальнейшего использования в расчете КЭ модели сборки необходимо наложить условия связи между конечными элементами сборочных компонент. Стоить отметить, что позиционирование КЭ моделей деталей относительно друг друга в сборке происходит автоматически в соответствии с исходной CAD сборкой, в случае же отсутствия исходной сборки существуют специальные инструменты в рамках «Assembly FEM Part» для позиционирования деталей вручную.

3. Создание расчетной модели (Simulation Part)

Для разработанной КЭ модели определяются условия нагружения, граничные и начальные условия, условия возможного контактного взаимодействия, один или несколько типов анализа и опции решателя. Данный этап является самым важным, поскольку он непосредственно влияет на полученные результаты.

Созданный файл симуляции «имя_sim. sim» содержит все параметры и свойства поведения конструкции, расчетных случаев, настройки решателя, такие как тип решения, шаг решения, объекты симуляции (контактные граничные условия и т. д.), нагрузки, ограничения, физические свойства, созданные при перезаписи физических свойств. Вы можете создать несколько файлов симуляции SIM, ассоциированных с одним файлом FEM.

4. Численное решение задачи (Solution)

Во время процесса расчета обычно происходит так называемый мониторинг хода решения, для выявления проблем с решением на раннем этапе необходимо следить за сходимостью решателя, за сходимостью контактного алгоритма, за нелинейной или нестационарной историей решения.

5. Анализ полученных результатов (Results)

В случае получения корректных и удовлетворяющих критериям пользователя результатов они анализируются, строятся необходимые графики и распределения, составляется отчет. В другом случае возможен возврат к одному из предыдущих этапов для корректировки результатов путем изменения либо опций решения, либо КЭ модели, либо геометрической геометрии. При этом система автоматически реализует ассоциативную связь между геометрической и расчетной моделями и корректно изменяет расчетную сетку, переносит нагрузки и т. д. Это позволяет значительно сократить время на повторное построение расчетной модели после проведения изменений в исходной модели.

Приведем общую структуру типичной расчетной модели в NX Расширенная симуляция (рисунок 3.6).

Рисунок 3.6 – Структура и управление расчетной моделью

3.4 Преимущества структурированной расчетной модели

Существует несколько преимуществ от управления CAE данными в структуре расчетной модели NX Расширенная симуляция. Расширение. sim и. fem файлов может использоваться PLM-системой управления данными и процессами моделирования. NX поддерживает двойной щелчок мышью и перетаскивание. sim и. fem файлов при работе в системе Windows.

Открытие мастер-геометрии является опциональным, что приводит к использованию меньшего объема оперативной памяти и позволяет системе работать быстрее. Наглядная логическая структура позволяет легче ориентироваться при работе со сложными моделями. Повторное использование файла расчетной сетки FEM может значительно повысить эффективность использования ресурсов дискового пространства. Однако перед структурированием расчетной модели, как уже упоминалось, конструктор должен четко представлять описываемую задачу, тип анализа, условия работы конструкции.

Модуль NX Расширенная симуляция является гибкой настраиваемой средой численного моделирования и допускает различные последовательности операций для достижения той или иной цели. В зависимости от стоящей перед инженером задачи и персональных настроек пользователь может самостоятельно определить удобную для себя последовательность действий для достижения конечного результата. Две основные последовательности, однако, дают возможность выполнить большую часть расчетных случаев.

В рекомендуемой для большинства моделей последовательности действий необходимо явно задать материал, физические свойства и свойства сетки в коллекторах КЭ сетки до генерации самой сетки. Коллектор КЭ сетки – это элемент дерева расчетной модели, содержащий информацию о типе, свойствах и параметрах расчетной КЭ сетки. Эта явная последовательность действий полезна для построения сложных моделей, которые содержат несколько тел, материалов и КЭ сеток. Такая последовательность действий обеспечивает прозрачность свойств модели и снижает риск возникновения ошибки моделирования или расчета.

Для простых конструкций с одним твердым или поверхностным телом из одного материала можно использовать автоматизированную последовательность действий. Эта последовательность позволяет быстро создать файлы расчетной сетки и КЭ модели FEM и SIM со всеми необходимыми коллекторами в автоматическом режиме. Также в этом случае происходит наследование свойств объектов из геометрической CAD-модели или используются значения свойств и параметров по умолчанию.

Множественность моделей и решений

NX Расширенная симуляция позволяет создавать множественные файлы FEM для одной детали. Например, можно создать крупную («грубую») сетку и более мелкую сетку с высокой степенью детализации конструкции одновременно.

Чтобы связать новый файл FEM с существующей идеализированной деталью, в меню Новый FEM (New FEM) необходимо выбрать флажок Ассоциативно с деталью (Associate to Master Part) и выбрать идеализированную деталь из списка открытых деталей, или нажать Открыть (Open Part) и открыть идеализированную деталь. Чтобы связать новый файл FEM с новой идеализированной деталью, в меню Новый FEM (New FEM) необходимо выбрать флажок Ассоциативно с деталью (Associate to Master Part) и выбрать мастер-деталь из списка открытых деталей. Для создания новой идеализированной геометрии установите флажок Создать идеализированную деталь (Create Idealized Part). После нажатия клавиши OK программа создает новую идеализированную деталь, основанную на мастер-модели.