Скворцов Ю. В. Анализ. Интерактивное мультимедийное пособие в системе дистанционного обучения Moodle самара 2012

• Название: Интерактивное мультимедийное пособие в системе дистанционного обучения Moodle самара 2012
• Дата: 24.05.2022
• Размер: 6.86 Mb.
• Имя файла: Скворцов Ю. В. Анализ.pdf
• Тип: Анализ; #547218
• страница: 4 из 34

3
ОСНОВЫ
РАБОТЫ
С
MSC.PATRAN-NASTRAN
3.1
Общая
характеристика
системы
MSC.Patran-Nastran
MSC.Patran-Nastran относится к классу CAE-систем, т.е. систем инже- нерного анализа. Ее первый компонент, MSC.Patran, представляет собой ин- тегрирующую среду систем моделирования, анализа, проектирования и оценки результатов, необходимых для исследования работоспособности из- делий на стадиях проектирования, производства и эксплуатации.
Программа MSC.Patran с помощью полностью управляемого графиче- ского интерфейса и интегрированной справочной системы позволяет доста- точно легко решать задачи по созданию расчетной модели и обработке ре- зультатов. Кроме того, расширенные средства встроенного в программу язы- ка PCL (Patran Command Language) позволяют адаптировать функциональ- ные возможности программы к конкретным требованиям пользователя.
Программа MSC.Patran имеет открытую архитектуру и обеспечивает прямой доступ к наиболее популярным в мире CAD-системам, таким как
CATIA, Pro/ENGINEER, Unigraphics, CADDS 5, EUCLID 3. Она включает в себя специальные методы и функции для контроля CAD-геометрии и преоб- разования ее к расчетной модели. Данная программа также имеет обширный набор собственных функций для создания и модификации геометрических моделей.
Для систем анализа (МКЭ-решателей) программа MSC.Patran играет роль пре- и постпроцессора. С помощью соответствующих настроек она обеспечивает на уровне лучших мировых стандартов подготовку модели и обработку результатов практически для любой расчетной системы. Интер- фейсы для наиболее популярных систем анализа (таких как MSC.Nastran,
MSC.Dytran LS-DYNA, ANSYS и др.) можно приобрести в корпорации
MSC.Software, а для других систем – у их производителей. Мощные возмож- ности языка PCL также позволяют пользователям включать свои системы анализа в среду MSC.Patran.
Второй компонент, MSC.Nastran, представляет собой в чистом виде
МКЭ-решатель (т.е. систему анализа). Он обеспечивает полный набор расче- тов, включая расчет напряженно-деформированного состояния, частот и форм собственных колебаний, анализ устойчивости, решение задач теплопе- редачи, исследование установившихся и неустановившихся процессов, аку- стических явлений, нелинейных статических процессов, нелинейных пере-

3-2 ходных динамических процессов, расчет критических частот и вибраций ро- торных машин, анализ частотных характеристик при воздействии случайных нагрузок, спектральный анализ и исследование аэроупругости. Предусмотре- на также возможность моделирования практически всех типов материалов, включая композитные и гиперупругие. Расширенные средства данной про- граммы включают технологию суперэлементов, модальный синтез и макро- язык DMAP для создания пользовательских приложений.
Наряду с расчетом конструкций MSC.Nastran может использоваться и для оптимизации проектов. На основе возможностей автоматического рес- тарта в данной программе можно проводить сложные многошаговые иссле- дования работы конструкций как при изменении условий нагружения, так и при переходе от одного вида анализа к другому.
Основу MSC.Nastran составляют отработанная технология элементов и надежные численные методы. Данная программа позволяет одновременно применять в одной и той же модели h-(иерархические) и p-(полиномиальные) элементы. H-элементы – это обычные элементы изопараметрического типа. В отличие от них p-элементы, имеющие супервысокий порядок аппроксима- ции, хорошо отражают криволинейную геометрию конструкции и обеспечи- вают высокую точность при детальном расчете напряжений. Они автомати- чески адаптируются к желаемому уровню точности.
В заключение отметим, что работа в среде MSC.Patran-Nastran обычно выполняется по следующей схеме:
1)
построение и/или импорт геометрии (например, из CAD-системы);
2)
выбор системы анализа (в данном случае MSC.Nastran);
3)
создание конечно-элементной модели (т.е. модели для анализа):
−
генерация конечно-элементной сетки;
−
определение свойств материалов;
−
определение свойств элементов;
−
задание граничных условий и нагрузки;
4)
выполнение анализа (т.е. запуск решателя MSC.Nastran);
5)
оценка результатов расчета.
3.2
Графический
интерфейс
пользователя
При работе с МКЭ-системой пользователь в основном имеет дело с программой, выполняющей функции пре- и постпроцессора (т.е. в нашем

3-3 случае с MSC.Patran). Главное окно программы MSC.Patran представлено на рисунке 3.1.
Рисунок
3.1 – Главное окно программы MSC.Patran
Команды полосы меню предназначены для изменения глобальных ус- тановок. Здесь в меню «File» в основном сосредоточены команды для работы с различными файлами и базами данных. Меню «Group» содержит команды, предназначенные для объединения геометрических и конечно-элементных объектов модели в группы и работы с ними. Меню «Viewport» используется для создания, редактирования, перемещения и настройки графических окон, где изображаются отдельные объекты модели либо вся модель целиком. Ко- манды меню «Viewing» позволяют управлять размером и ориентацией моде- ли в графическом окне. Меню «Display» помогает организовать удобное вза- имное отображение объектов модели на экране. С помощью меню «Prefer- ences» устанавливаются параметры, управляющие процессом построения мо- дели. В меню «Tools» содержатся специальные приложения, а также допол- нительные средства, требующие отдельных лицензий. Меню «Help» позволя- ет обращаться к различным разделам справочной документации (для получе- ния контекстной помощи можно также воспользоваться клавишей F1). И на- конец, меню «Utilities» предназначено для запуска разработанных пользова- телем подпрограмм.
Приложения используются для ввода определенных частей модели (т.е. геометрии, нагрузок, граничных условий и т.д.). В каждый момент времени
Полоса меню
Панель инструментов
Приложения
1 – Импорт геометрии
2 – Выбор системы анализа
1 – или Построение геометрии
3 – Создание КЭ-модели
4 – Выполнение анализа
5 – Оценка результатов расчета
Список ранее введенных команд
Командная строка

3-4 может быть выбрано лишь одно приложение. При этом каждому приложе- нию соответствует появляющаяся справа диалоговая панель, предназначен- ная для ввода исходных данных и задания определенных параметров.
Панель инструментов обеспечивает быстрый доступ к наиболее часто используемым командам (таким как изменение проекции изображения, пере- мещение и/или вращение модели, приближение определенной части модели, включение/выключение нумерации объектов и т.д.). Она содержит кнопки с иконками, которые разбиты на несколько групп. В первую группу включены так называемые системные команды:
(File New) – создание файла базы данных для новой задачи;
(File Open) – открытие файла существующей базы данных;
(File Save) – сохранение базы данных;
(Print) – печать содержимого графического окна;
(Copy to Clipboard) – копирование содержимого графического окна в буфер обмена данных;
(Undo) – отмена действия последней команды, выполненной в результате нажатия кнопки -Apply- или -OK- с черточками;
(Abort) – прерывание работы команды в процессе ее выполнения;
(Reset graphics) – переустановка изображения модели к виду, определен- ному по умолчанию;
(Refresh graphics) – восстановление всех графических видов.
Во вторую группу помещены кнопки для изменения динамического режима (т.е. перемещения и вращения модели с помощью мыши):
(Mouse rotate XY) – средняя кнопка мыши управляет вращением модели вокруг осей X и Y;
(Mouse rotate Z) – средняя кнопка мыши управляет вращением модели вокруг оси Z;
(Mouse translate XY) – средняя кнопка мыши управляет перемещение мо- дели вдоль осей X и Y;
(Mouse zoom) – средняя кнопка мыши позволяет приближать или отодви- гать изображение модели.
В двухкнопочной мыши для выполнения перечисленных выше дейст- вий следует одновременно нажать обе кнопки.
Третья группа содержит команды для управления масштабом и распо- ложением модели в графическом окне:

3-5
(View corners) – увеличение фрагмента изображения модели путем выде- ления его мышью;
(Fit view) – установка подходящего масштаба, так чтобы модель целиком помещалась в графическом окне;
(View Center) – перемещение модели путем указания нового центра вида;
(Rotation center) – выбор центра динамического вращения (по умолчанию он находится в центре изображения модели);
(Model center) – установка центра вращения в центре отображенных объ- ектов;
(Zoom out) – уменьшение масштаба в два раза;
(Zoom in) – увеличение масштаба в два раза.
В четвертой группе располагаются команды, которые управляют спо- собами отображения модели в графическом окне:
(Wire frame) – изображение модели в прозрачном (проволочном) виде;
(Hidden line) – изображение модели с удалением невидимых линий;
(Smooth shaded) – изображение модели с закрашенными гранями и теня- ми от регулируемого источника света;
(Exchange Back/White) – изменение цвета фона графического окна (чер- ный↔белый);
(Cycle Show Labels) – включение/выключение нумерации объектов.
Пятую группу составляют кнопки предопределенных проекций, назна- чение которых понятно из иконок, где изображены соответствующие поло- жения осей координат. По умолчанию установлен фронтальный вид, т.е. на плоскость X-Y.
Шестая группа содержит команды, позволяющие менять изображение объектов:
(Plot/Erase) – вызов диалоговой панели, с помощью которой можно включать или отключать отображение объектов в графическом окне;
(Label Control) – вызов диалоговой панели, где можно включать или от- ключать отображение номеров для различных типов объектов;
(Point size) – изменение размера изображения точек (от одного до девяти пикселей);
(Node size) – изменение размера изображения узлов (от одного до девяти пикселей);

3-6
(Display lines) – включение/отключение режима отображения на поверх- ностях промежуточных линий (используемых для визуализации внут- ренней геометрии поверхностей).
Действия, выполненные в рамках одной сессии (сеанса работы), могут быть просмотрены в списке ранее введенных команд. Командная строка по- зволяет вводить с помощью клавиатуры PCL-команды.
Следует обратить внимание еще на значок с логотипом корпорации
MSC.Software , который располагается в правом верхнем углу главного окна MSC.Patran. Это индикатор работы программы. Если глобус не враща- ется, то MSC.Patran находится в режиме ожидания ввода команд пользовате- ля. Вращающийся глобус с синей границей означает, что программа выпол- няет действие, которое можно остановить с помощью кнопки прерывания
Abort. И наконец, красная граница сигнализирует о том, что выполняется действие, которое нельзя прервать.
Начинать работу с программой MSC.Patran необходимо с меню «File».
Здесь можно найти следующие команды:
•
New… – создание новой пустой базы данных (здесь необходимо за- дать имя задачи);
•
Open… – открытие созданной ранее базы данных;
•
Close – закрытие текущей базы данных (не выходя из программы);
•
Save – сохранение базы данных;
•
Save a Copy… – сохранение базы данных под другим именем;
•
Utilities>Revert – возвращение к старой копии базы данных (при этом все изменения, внесенные в базу данных во время текущего сеанса ра- боты, игнорируются);
•
Quit – завершение сеанса работы с программой (база данных сохра- няется автоматически).
Суффикс «…» здесь и далее означает, что соответствующая команда требует ввода дополнительных параметров.
Следует отметить, что при создании новой базы данных автоматически появляется диалоговая панель «New Model Preference» (начальные установки для новой модели), показанная на рисунке 3.2. Здесь необходимо задать точ- ность геометрического моделирования (Tolerance), выбрать систему анализа
(Analysis Code) и тип анализа (Analysis Type).

3-7
Рисунок
3.2 – Ввод начальных установок
Точность можно задать либо по умолчанию (опция «Default»), либо на основе модели (опция «Based on Model»). В первом случае точность полага- ется равной 0,005 единицы длины. В пределах этого размера геометрические объекты будут считаться совпадающими. Во втором – указывается наиболь- ший (габаритный) размер модели. При этом точность будет составлять 0,05% от введенного значения.
В дальнейшем мы будем использовать лишь одну систему анализа –
MSC.Nastran и будем рассматривать только один тип анализа – Structural
(решение задач механики деформируемого твердого тела).
3.3
Файлы
Программа MSC.Patran создает следующие файлы (model_name – за- данное пользователем имя задачи):
•
model_name.db – файл базы данных (достаточно большой двоичный файл, создаваемый один на модель);
•
model_name.db.bkup – старая копия базы данных (создается только при включении опции возвращения «Enable Revert Operation» в диалоговой панели, вызываемой командой Preferences>Global);
•
patran.ses.number – сессионный файл, содержащий команды, введен- ные за время одного сеанса работы (небольшой текстовый файл; number – порядковый номер сеанса работы);
•
model_name.db.jou – журнальный файл, создаваемый один на модель и содержащий все команды, введенные при ее построении (небольшой тек-

3-8 стовый файл; в соединении с командой File>Utilities>Rebuild может исполь- зоваться для воссоздания модели при утрате базы данных в результате сис- темного сбоя или ошибок пользователя);
•
model_name.bdf – входной файл, содержащий исходные данные для решателя MSC.Nastran (текстовый файл, создаваемый в процессе экспорти- рования модели для расчета).
Программа MSC.Nastran по окончании счета создает следующие фай- лы:
•
model_name.op2 – выходной двоичный файл, содержащий данные по модели и результаты расчета (загружается в MSC.Patran для анализа, обра- ботки и документирования результатов);
•
model_name.xdb – выходной двоичный файл, содержащий только ре- зультаты расчета (в отличие от предыдущего файла он не копируется в базу данных; при просмотре результатов MSC.Patran производит чтение непо- средственно из этого файла, что позволяет экономить память);
•
model_name.f06 – текстовый файл, содержащий информационные сообщения, сообщения об ошибках и некоторые результаты расчета (исполь- зуется для анализа возникающих ошибок и контроля прохождения процесса решения задачи);
•
model_name.f04 – текстовый файл, содержащий характеристику ис- полнения программы и список выполненных модулей.

Вопросы
по теме 3
1)
Что представляет собой программа MSC.Patran?
1.
Интегрирующую среду для систем моделирования, анализа, проектирования и оценки результатов.
2.
МКЭ-решатель.
3.
Препроцессор.
4.
Постпроцессор.
5.
Систему автоматизированного проектирования.
2)
Что представляет собой программа MSC.Nastran?
1.
Интегрирующую среду для систем моделирования, анализа, проектирования и оценки результатов.
2.
МКЭ-решатель.
3.
Препроцессор.
4.
Постпроцессор.
5.
Систему автоматизированного проектирования.
3)
Что такое PCL?
1.
Язык программирования в среде MSC.Patran.
2.
Макроязык программы
MSC.Nastran для создания пользовательских приложений.
3.
Графический интерфейс пользователя.
4.
Пакетный режим.
5.
Система помощи.
4)
Что такое DMAP?
1.
Язык программирования в среде MSC.Patran.
2.
Макроязык программы
MSC.Nastran для создания пользовательских приложений.
3.
Графический интерфейс пользователя.
4.
Пакетный режим.
5.
Система помощи.
5)
Какие конечные элементы позволяет одновременно использовать в одной модели программа MSC.Nastran?
1.
H-элементы.
2.
P-элементы.
3.
R-элементы.
4.
Q-элементы.
5.
G-элементы.
6.
D-элементы.

2 6)
Что включает в себя этап создания модели для анализа?
1.
Генерацию конечно-элементных сеток.
2.
Определение свойств материалов.
3.
Определение свойств элементов.
4.
Задание граничных условий и нагрузки.
5.
Построение геометрической модели.
6.
Импорт геометрической модели.
7.
Выполнение анализа.
8.
Оценку результатов расчета.
7)
В каком меню содержатся команды для работы с графическими окнами?
1.
File.
2.
Group.
3.
Viewport.
4.
Viewing.
5.
Display.
6.
Preferences.
7.
Tools.
8.
Utilities.
8)
В каком меню содержатся команды, позволяющие управлять размером и ориентацией модели в графическом окне?
1.
File.
2.
Group.
3.
Viewport.
4.
Viewing.
5.
Display.
6.
Preferences.
7.
Tools.
8.
Utilities.
9)
В каком меню содержатся команды, помогающие организовать удобное взаимное отображение объектов модели на экране?
1.
File.
2.
Group.
3.
Viewport.
4.
Viewing.
5.
Display.
6.
Preferences.
7.
Tools.
8.
Utilities.

3 10)
С помощью какого меню устанавливаются параметры, управляющие процессом построения модели?
1.
File.
2.
Group.
3.
Viewport.
4.
Viewing.
5.
Display.
6.
Preferences.
7.
Tools.
8.
Utilities.
11)
В каком меню содержатся специальные приложения?
1.
File.
2.
Group.
3.
Viewport.
4.
Viewing.
5.
Display.
6.
Preferences.
7.
Tools.
8.
Utilities.
12)
Какое меню предназначено для запуска подпрограмм пользователя?
1.
File.
2.
Group.
3.
Viewport.
4.
Viewing.
5.
Display.
6.
Preferences.
7.
Tools.
8.
Utilities.
13)
Какая кнопка панели инструментов используется для изображения модели в «проволочном» виде?
1.
Wire frame.
2.
Hidden line.
3.
Smooth shaded.
4.
Display lines.
5.
Plot/Erase.
6.
Fit view.

4 14)
Какая кнопка панели инструментов используется для изображения модели с удалением невидимых линий?
1.
Wire frame.
2.
Hidden line.
3.
Smooth shaded.
4.
Display lines.
5.
Plot/Erase.
6.
Fit view.
15)
Какая кнопка панели инструментов используется для изображения модели с закрашенными гранями?
1.
Wire frame.
2.
Hidden line.
3.
Smooth shaded.
4.
Display lines.
5.
Plot/Erase.
6.
Fit view.
16)
Какая кнопка панели инструментов используется для включения/выключения режима отображения на поверхностях промежуточных линий?
1.
Wire frame.
2.
Hidden line.
3.
Smooth shaded.
4.
Display lines.
5.
Plot/Erase.
6.
Fit view.
17)
С помощью какой кнопки панели инструментов устанавливается подходящий масштаб?
1.
Fit view.
2.
View corners.
3.
View Center.
4.
Model center.
5.
Rotating center.
6.
Mouse zoom.
18)
С помощью какой кнопки панели инструментов можно увеличить фрагмент изображения модели путем выделения его мышью?
1.
Fit view.
2.
View corners.

5 3.
View Center.
4.
Model center.
5.
Rotating center.
6.
Mouse zoom.
19)
Что входит в состав главного окна программы MSC.Patran?
1.
Полоса меню.
2.
Панель инструментов.
3.
Приложения.
4.
Список ранее введенных команд.
5.
Командная строка.
6.
Графическое окно.
7.
Диалоговая панель приложения.
20)
Для чего используются приложения?
1.
Для ввода определенных частей модели.
2.
Для настойки графических окон.
3.
Для управления изображением модели в графическом окне.
4.
Для работы с файлами и базами данных.
5.
Для импорта геометрии.
21)
Какой вид имеет индикатор работы программы, когда MSC.Patran находится в режиме ожидания ввода команд пользователя?
1.
Невращающегося глобуса.
2.
Вращающегося глобуса с зеленой границей.
3.
Вращающегося глобуса с синей границей.
4.
Вращающегося глобуса с красной границей.
5.
Вращающегося глобуса с желтой границей.
6.
Вращающегося глобуса с черной границей.
7.
Зеленого прямоугольника.
22)
Какой вид имеет индикатор работы программы, когда MSC.Patran выполняет действие, которое можно прервать?
1.
Невращающегося глобуса.
2.
Вращающегося глобуса с зеленой границей.
3.
Вращающегося глобуса с синей границей.
4.
Вращающегося глобуса с красной границей.
5.
Вращающегося глобуса с желтой границей.
6.
Вращающегося глобуса с черной границей.
7.
Зеленого прямоугольника.

6 23)
Какой вид имеет индикатор работы программы, когда MSC.Patran выполняет действие, которое нельзя прервать?
1.
Невращающегося глобуса.
2.
Вращающегося глобуса с зеленой границей.
3.
Вращающегося глобуса с синей границей.
4.
Вращающегося глобуса с красной границей.
5.
Вращающегося глобуса с желтой границей.
6.
Вращающегося глобуса с черной границей.
7.
Зеленого прямоугольника.
24)
Что такое точность геометрического моделирования?
1.
Малый размер, в пределах которого геометрические объекты считаются совпадающими.
2.
Габаритный размер модели.
3.
Наименьшее расстояние между геометрическими объектами.
4.
Наименьший размер геометрических объектов.
5.
Наибольший размер геометрических объектов.
25)
Какие из перечисленных ниже файлов создаются программой
MSC.Patran?
1.
model_name.db
2.
model_name.db.bkup
3.
model_name.db.jou
4.
model_name.bdf
5.
model_name.op2 6.
model_name.xdb
7.
model_name.f06 8.
model_name.f04 26)
Какие из перечисленных ниже файлов создаются программой
MSC.Nastran?
1.
model_name.db
2.
model_name.db.bkup
3.
model_name.db.jou
4.
model_name.bdf
5.
model_name.op2 6.
model_name.xdb
7.
model_name.f06 8.
model_name.f04

7 27)
Какой файл содержит исходные данные для решателя
MSC.Nastran?
1.
model_name.db
2.
model_name.db.bkup
3.
model_name.db.jou
4.
model_name.bdf
5.
model_name.op2 6.
model_name.xdb
7.
model_name.f06 8.
model_name.f04 28)
Какой файл может использоваться для воссоздания модели при утрате базы данных?
1.
model_name.db
2.
model_name.db.bkup
3.
model_name.db.jou
4.
model_name.bdf
5.
model_name.op2 6.
model_name.xdb
7.
model_name.f06 8.
model_name.f04 29)
Какие из перечисленных ниже файлов являются текстовыми?
1.
model_name.db
2.
model_name.db.bkup
3.
model_name.db.jou
4.
model_name.bdf
5.
model_name.op2 6.
model_name.xdb
7.
model_name.f06 8.
model_name.f04 30)
Какие из перечисленных ниже файлов являются двоичными?
1.
model_name.db
2.
model_name.db.bkup
3.
model_name.db.jou
4.
model_name.bdf
5.
model_name.op2 6.
model_name.xdb
7.
model_name.f06 8.
model_name.f04

8 31)
Какой файл используется для анализа возникающих ошибок?
1.
model_name.db
2.
model_name.db.bkup
3.
model_name.db.jou
4.
model_name.bdf
5.
model_name.op2 6.
model_name.xdb
7.
model_name.f06 8.
model_name.f04 32)
Какие файлы содержат полный набор результатов расчета?
1.
model_name.db
2.
model_name.db.bkup
3.
model_name.db.jou
4.
model_name.bdf
5.
model_name.op2 6.
model_name.xdb
7.
model_name.f06 8.
model_name.f04

4-1