ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ОПИСАНИЕ МОДУЛЕЙ АНАЛИЗА И ВОЗМОЖНОСТЕЙ СИСТЕМЫ
1.1 . С0SM0S/М
COSMOS/М это построенная по модульному принципу автономная система анализа МКЭ, разрабатываемая корпорацией Structural Research для персональных ЭВМ и рабочих станций. Она включает модули для решения линейных и нелинейных, статических и динамических задач анализа механических конструкций, а также полевых задач теплопроводности, механики жидкости и электромагнетизма. Имеются также модули для решения ряда специальных задач, таких как усталостная прочность при циклических нагрузках и анализ гидравлических сетей. Система непрерывно развивается и совершенствуется с использованием самых передовых методов, соответствующих стремительному прогрессу технических средств. Программа COSMOS/M имеет модульную структуру, однако пользователь взаимодействует с ней только через интерфейс программы GEOSTAR. Все внутренние обращения и передачи управления автоматизированы таким образом, чтобы обеспечить пользователю работу в режиме однотипного экрана. Пользователь строит модель, определяет все данные, необходимые для программы анализа, выполняет собственно анализ и оценивает результаты - и все это, не выходя из среды GEOSTAR.
Каждой задаче должно быть дано имя, которое является общим для всех файлов, относящихся к этой задаче. Имя каждого из этих файлов имеет свое расширение, которое определяет тип содержащейся в файле информации. В настоящем пособии все файлы, относящиеся к одной задаче, называются базой данных задачи. Многие файлы базы данных являются общими для всех типов анализа; некоторые содержат информацию, относящуюся только к одному типу анализа. Одна и та же база данных может быть использована для выполнения различных типов анализа. COSMOS/M создает как двоичные файлы, так и файлы в формате ASCII. Двоичные файлы используются самой программой для сохранения и восстановления информации. Файлы ASCII, с другой стороны, используются для хранения информации, которая непосредственно используется пользователем.
1.2.Краткий обзор модулей COSMOS/M
Система COSMOS/M включает пре- и постпроцессоры, различные модули анализа, интерфейсы с CAD-системами, трансляторы и утилиты.
GEOSTAR: пре- и постпроцессор
Модуль GEOSTAR представляет собой работающий в графическом режиме трехмерный интерактивный геометрический моделировщик, позволяющий генерировать сетки конечных элементов, а также выполняющий функции пре- и постпроцессора при анализе МКЭ. Геометрические возможности GEOSTAR базируются на методе смешанных граничных представлений (В-гер) и параметрических кубических уравнениях.
Основное назначение GEOSTAR - выполнение функций пре- и постпроцессора для системы анализа МКЭ COSMOS/M. Пользователь может создавать модель, вводить всю необходимую для анализа информацию, выполнять собственно анализ, используя расчетные модули COSMOS/М и, наконец, визуально оценивать результаты. Все это доступно непосредственно в среде GEOSTAR в графическом интерактивном режиме под управлением падающего меню.
Разнообразные возможности геометрического моделирования в сочетании с гибкими средствами генерации конечно-элементных сеток, позволяют легко создавать сложные расчетные модели. Нагрузки, граничные и начальные условия могут быть приложены к соответствующему геометрическому элементу модели в любой заранее определенной системе координат.
Программу GEOSTAR выгодно отличает сочетание мощных возможностей, интуитивно понятной структуры и легкости в освоении.
Модели, созданные в других системах геометрического моделирования (CAD), могут быть введены в GEOSTAR с помощью форматов DXF и IGES. Пользователю в процессе работы в CAD-системе необходимо получить файл в одном из этих форматов, а потом воспользоваться одной из команд GEOSTAR для ввода модели. Также легко можно получить описание модели, построенной в GEOSTAR, в выходном файле в формате DXF или IGES для последующего использования в одной из CAD-систем.
STAR: модуль линейного статического анализа
Модуль STAR использует для вычисления деформаций конструкций линейную теорию, использующую предположение малости перемещений. Для расчета напряжений STAR вызывает дополнительный модуль STRESS. Ниже приведены основные особенности модулей STAR и STRESS:
· Расширенная библиотека элементов.
· Изотропные, ортотропные, анизотропные и композитные свойства материалов.
· Критерий разрушения для композитных материалов.
· Предписанные начальные смещения узлов с учетом или без учетадругих нагрузок.
· Связанные степени свободы.
· Задание уравнений связи.
· Тепловые, весовые и центробежные нагрузки. „
· Балочные нагрузки.
· Плоскостные эффекты при оценке жесткости.
· Расчет для составного нагружения за один прогон модуля.
· Введение в матрицу жесткости дополнительной небольшой упругости для предотвращения ее возможного вырождения.
· Техника суперэлементов.
· Взаимодействие жидкости с твердым телом.
· Элемент "Зазор с трением".
· Постпроцессорные возможности:
вывод листинга смещений и напряжений; автоматический выбор экстремальных значений смещений и компонент напряжений; визуализация деформированного состояния; анимация деформированного состояния; многоцветное представление полей деформации и напряжения; представленные полей деформации и напряжения в изолиниях; векторное представление полей деформации и напряжения; вывод в листинг и визуализация сдвиговых и моментных компонент балочных элементов; управляемое пользователем масштабирование; комбинирование смещений и компонент напряжения различных вариантов нагружений.
STRESS: дополнительный модуль вычисления напряженийдлязадач линейной статики.
Модуль STRESS вычисляет напряжения в элементах и узлах для большинства элементов библиотеки, используя результаты, полученные STAR. Напряжения, вызываемые составными нагрузками, вычисляются за один проход модуля, а комбинирование нагружений возможно на постпроцессорной стадии. Напряжения могут быть получены в любой предварительно определенной системе координат. Модуль STRESS поддерживает все возможности STAR
DSTAR:модуль вычисления собственных частот и анализа устойчивости
Модуль DSTAR оценивает собственные частоты и соответствующие им формы свободных колебаний конструкции. Он также позволяет найти критические нагрузки и связанные с ними формы потери устойчивости. Далее отмечены наиболее важные особенности модуля DSTAR.
· Наличие нескольких методов отыскания собственных значений итераций в подпространстве (вплоть до 150 значений), Ланцоша (вплоть до 150 значений), Якоби (все собственные значения), обратный степенной (одно собственное значение).
· Вычисление комплексных собственных значений.
· Вычисление собственных значений в заданной частотной области путем задания частотного сдвига.
· Использование последовательности Штурма для выделения кратных собственных значений.
· Матрицы сосредоточенных и распределенных масс.
· Учет влияния плоской нагрузки на жесткость. Возможность добавить малую упругость.
· Постпроцессорные возможности:
вывод листинга собственных частот и форм; вывод листинга экстремальных значений форм; визуализация форм; анимации форм; управляемое пользователем масштабирование.
HSTAR: модуль решения задач теплопроводности
Модуль HSTAR решает задачи теплопроводности, включающие теплообмен за счет проводимости, конвекции и излучения. Далее отмечены наиболее важные особенности модуля HSTAR.
· Линейная и нелинейная, стационарная и нестационарная теплопроводность.
· Температурно-зависимые свойства материалов.
· Источники и стоки тепла, зависящие от времени и температуры.
· Граничные условия, зависящие от времени и температуры: тепловые потоки; конвекция; излучение.
· Предписанные температуры, задаваемые как функции времени. (Несколько итерационных вычислительных алгоритмов): метод Ньютона - Рафсона; модифицированный метод Ньютона - Рафсона.
· Вычисление коэффициентов направленности излучения.
· Постпроцессорные возможности:
вывод в листинг и визуализация температур, температурных градиентов и тепловых потоков; вывод экстремальных значений; представление многоцветной областью, в изолиниях и в векторном виде.
ASTAR: Модуль динамического анализа
Модуль ASTAR использует результаты, вычисленные модулем DSTAR, и метод разложения по собственным формам для вычисления динамической реакции конструкции. Далее отмечены некоторые важные особенности модуля ASTAR.
· Расширенная библиотека элементов.
· Возможности анализа:
возбуждение во временной области; возбуждение через основание (включая сейсмические нагрузки); возбуждение в частотной области; ударный спектр; генерация спектра ответа; случайная вибрация; стационарный гармонический анализ; спектральная плотность мощности (случайный отклик).
· Модели демпфирования: скалярная; амортизационная; с дискретной вязкостью; с модальной вязкостью; конструкционная.
· Начальные условия.
· Функции времени для масштабирования нагрузок.
· Анализ напряженных состояний.
· Двух узловые элементы "зазор с трением", работающие на сжатие или растяжение.
· Постпроцессорные возможности:
вывод в листинг и визуализация реакций (смещения, скорости, ускорения и напряжения); построение графиков функций времени или частоты для реакций отдельных узлов и элементов; вывод в листинг экстремальных значений, визуализация в многоцветных и векторных полях, а также изолиниях, масштабирование под управлением пользователя.
NSTAR: модуль нелинейного анализа конструкции
Модуль NSTAR решает задачи нелинейного статического и динамического анализа конструкций. Далее отмечены некоторые важные особенности модуля NSTAR.