Обзор программы и её эволюция
 Скачать 70.5 Kb.
|
|
Обзор программы и её эволюция ANSYS – фирма США, разработчик одноименно программного комплекса (ПК). ПК поставляется на рынок уже более 30 лет, а первая его версия представляла собой чемодан с перфокартами. С тех пор сохранился пакетный режим работы с программой, позволяющий используя специальные командные файлы выполнять необходимые вычисления. Авторские права на пакет принадлежат фирме SAS IP, Inc., а распространяет его в странах СНГ и Балтийского региона фирма CAD-FEM. В пакет входит около 90 программных продуктов, разбитых на соответствующие группы по научным дисциплинам, в рамках которых данная группа программ позволяет решать инженерные задачи. Чем большее количество программ входит в поставку, тем выше цена комплекса, которая может достигать величии 55000 долларов США и выше. Все программы пакета позволяют проводить расчёт инженерных конструкций, в основе моделей которых лежат главным образом, дифференциальные уравнения второго порядка в частных производных. Эти уравнения в программе решаются методом конечных элементов. С помощью ПК можно определить поле механических напряжений в расчётах на прочность; тепловое, электрическое, магнитное и электромагнитное поле; поле потока газов и жидкостей (гидродинамическое) и др. Анализируются как двумерные (плоскопараллельные и осесимметричные), так и трехмерные поля; как стационарные, так и нестационарные процессы. Современные «тяжёлые» САЕ ПК состоят, в отличие от алгоритмических программ, как минимум из трёх частей: процессора построения геометрии модели, конечно-элементной сетки и ввода исходных данных – препроцессора; процессора расчёта (анализа) – решателя; процессора вывода результатов расчёта – постпроцессора. Программа снабжена исчерпывающей технической документацией (на английском языке). ПК ANSYS может работать в операционных системах: Unix (специально под неё разрабатывался), Widows, Linux и др. Скорость анализа зависит от типа процессора, величины оперативной памяти компьютера, типа анализа, сложности модели, количества конечных элементов и т. п. Обязательным является наличие монитора и видеокарты, позволяющих поддерживать разрешение 1024х768 в режиме High Color (около 65000 цветов), а также наличие сетевой карты, поддерживающей протокол ТСР/IP. Минимальные параметры системы изменяются от версии к версии ПК, но можно утверждать, что минимальный объем оперативной памяти должен быть 512 Мб(для 32-разрядной системы, а для 64-разрядной в два раза больше), а свободное место на диске должно составлять не менее 2,5 Гб и минимум 100 Мб на системном диске. Платформы на которые рекомендована установка ПК обычно объявляются разработчиком и на сегодняшний день могут быть представлены следующим списком: HP AlphaServer (alpha); HP PA8000 64-bit (hp64); HP Itanium2 64-bit (hpia64); IBM RS/6000 AIX 5L (aix64); SGI IRIX 64-bit (sgi64); Sun UltraSPARC 64-bit (sun64); Sun UltraSPARC III+ 64-bit (usIII); Fujitsu SPARC64 IV 64-bit (fjpp); Linux Intel IA-32, RH 3.0 (linia32); Linux Intel IA-64, RH 3.0 (linia64); Linux Intel Xeon EM64T, RH 3.0 (linem64t); Linux AMD Opteron 64-bit, SuSE ES 9 (linop64); Windows XP x64 (winx64); Windows XP (intel); Windows 2000 (intel). Как уже упоминалось, ПК может работать в двух режимах: пакетном и интерактивном. При работе в пакетном режиме необходим командный файл – это обычный текстовый документ, написанный до его запуска на исполнение. Он состоит из команд, каждая из которых может содержать некоторые параметры и напоминает некую программу, написанную на алгоритмическом языке. Всего ANSYS содержит более 1300 различных команд. Начинать освоение ПК лучше с интерактивного режима. В то время как пакетный режим необходим в основном для проведения серий однотипных расчётов при изменении неких параметров в заданном диапазоне. Существуют правила образования имён файлов и папок. Полное имя, под которым должны записываться документы ПК может содержать до 248 символов, корень имени файла до 32 символов, а расширение до 8 символов. Русские буквы во всех этих именах и расширениях не допускаются. Запуск программы Программу можно запустить на исполнение несколькими способами. Рассмотрим способ, использующий «Пускатель». Для этого выберем в меню Пуск>Программы>ANSYS…>Configure ANSYS Product После чего на экране появляется диалоговое окно «Пускателя». При необходимости в нём необходимо заменить значения, используемые по умолчанию. Вкладка Lunch: License – выбор лицензии; Simulation Environment – выбор пакетного, либо интерактивного режима; Add-on Modules – выбор дополнительных модулей, установленных на компьютере. Вкладка File Management: Working Directory – указывается рабочий каталог программы; Job Name – вводится корень имени рабочего файла, под которым будут сохранятся все данные модели. Вкладка Customization: Memory – управляет распределением памяти; В остальных вкладках диалога Customization лучше оставить значения по умолчанию. Вкладка Preferences: Graphics Device Name – устанавливает имя графического устройства компьютера (если оно не известно, то лучше выбрать win32); ANSYS Language – язык программы (лучше оставить без изменения). После завершения всех настроек необходимо нажать кнопку Run в нижней части диалога. Интерфейс программы После запуска программы для работы в интерактивном режиме её окно имеет следующую структуру. В верхней строке находится эмблема программы с указанием версии, названием лицензионного программного продукта, названием части всего окна, далее в круглых скобках указывается рабочее имя. В правой части строки находятся стандартные кнопки, управления всем окном ПК. Если свернуть основное окно ANSYS на панель задач, то открывается ещё одно окно ANSYS… Output Widow (окно вывода). В это окно по умолчанию выводится описание процесса проводимого анализа, в любой момент это окно можно вызвать на передний план щелчком кнопки на панели задач, поскольку окно Output имеет ограниченный объём, то в конце анализ можно потерять информацию с описанием его начала. Поэтому, при необходимости, вместо вывода в окно можно через Utility Menu настроить вывод информации в файл, при этом в окно информация выводится не будет (Utility Menu: File>Switch output to File). Следующая строка носит название – Utility Menu, и содержит пункты: File (Файл), Select (Выбор), List (Содержание), Plot (Построить), PlotCtrls (Управление построением), WorkPlane (Рабочая плоскость), Parameters (Параметры), Macro (Макро), MenuCtrls (Управление меню), Help (Помощь). Ниже строки пунктов Utility Menu находится строка кнопок инструментов и поле ввода команд, названия кнопок легко определить по всплывающим подсказкам. В поле ввода в интерактивном режиме можно вводить команды ANSYS. Следующая строка меню оформлена в виде кнопки на всю ширину окна и называется ANSYS Toolbar – набор кнопок, позволяющих более коротким путём, чем через меню выполнить наиболее часто употребляемые команды. При работе с ПК можно добавлять необходимые кнопки на данную панель, например – добавление кнопки отключения отображения координатных осей выглядит следующим образом: Utility Menu: MenuCtrls> Edit Toolbar, далее в появившемся окне диалога в поле ввода следует ввести команду: *ABBR,TRI,/triad,off и нажать клавиши Accept и Close. Аналогично ANSYS Toolbar оформлена кнопка ANSYS Main Menu. Это окно состоит из пунктов: Preferences – предпочтения; Preprocessor – препроцессор; Solution – решатель; General Postproc – главный постпроцессор; TimeHist Postpro – постпроцессор развития по времени; Topological Opt – топологическая оптимизация; ROM Tool – инструменты для расчёта методом снижения порядка дифференциального уравнения; Design Opt – оптимизация проекта; Prob Design – вероятностное проектирование; Radiation Opt – опции излучения; Run-Time Stats – статистика процесса исполнения; Session Editor – редактор сессии; Finish – конец работы процессора. Строки главного меню и всех вложенных в него подменю обладают свойствами, зависящими от знака перед наименованием свойства (+ или –). Пункты, отмеченные знаком «плюс» имеют возможность раскрываться далее, показывая строки вложенных в них меню. Если перед пунктом главного меню изображён знак в виде наклонной стрелки – значит, при выборе данного пункта пользователю будет предложено выделить некие элементы модели. Щелчок по кнопке, перед которой имеется пиктограмма в виде прямоугольника, напоминающего диалог, вызывает на экран соответствующий диалог. Справа от Main Menu находится большой чёрный прямоугольник – окно, в которое выводится графические изображения, сопровождающие интерактивную сессию ANSYS – окно графики. Вертикальную границу между главным меню и окном графики можно перемещать стандартным образом при помощи мыши, поскольку при глубокой вложенности пунктов главного меню удобно видеть окно целиком. Справа от окна графики находятся кнопки инструментов, которые позволяют осуществлять с моделью операции, совершаемые с помощью меню Pan-Zoom-Rotate. Самая нижняя строка ANSYS – строка статуса, в которой отображается текущая информация о проекте (номер материала, типа конечных элементов, номер координатной системы и т. п.). Для завершения сессии в ANSYS необходимо нажать кнопку QUIT Toolbar, после чего на экране возникнет диалог, предлагающий сохранить данные сессии перед выходом, в котором необходимо выбрать нужную строчку и нажать OK (при завершении работы с программой через закрытие окна Output Window данный диалог не появляется и программа завершается без сохранения данных). Аналогичного результата можно достигнуть, используя пункт Utility Menu: File>Exit или стандартной кнопки закрытия приложения в правом верхнем углу главного окна. Для получения доступа к файлам помощи ANSYS необходимо щелкнуть на кнопку с изображением знака вопроса, или исполнить Utility Menu: Help>Help Topics. Каждый компонент модели ANSYS, будь то элемент, узел или объем, линия и т. д. имеет свой номер. Номера компонентов модели могут быть отображены при её отрисовке. Часто при выборе того или иного компонента модели бывает удобнее пользоваться его номером, вместо того, чтобы указывать его на экране мышью. Для вывода на экран номеров компонентов модели можно воспользоваться меню утилит: Utility Menu: PlotCtrls>Numbering. При выборе данного пункта на экране появится диалоговое окно, с помощью которого можно управлять выводом номеров компонентов модели. Изменение положения модели на экране Для того, чтобы изменить положение модели на экране, используется диалоговое окно Pan-Zoom-Rotate, для его вызова следует использовать пункт меню Utility Menu: PlotCtrls>Pan, Zoom, Rotate… Это окно позволяет повернуть изображение модели на экране, передвинуть его или изменить масштаб. Управляющие элементы в окне разделены на восемь групп, каждая из которых выполняет определённый набор функций. Первой идёт группа, состоящая из одного элемента – выпадающего списка Window, в котором можно выбрать с каким окном (если их несколько) ведётся работа. Кнопки из второй секции позволяют повернуть модель в одно из стандартных положений, выбирая одну из этих кнопок, выбираем направление, с которого будем смотреть на модель. Кнопки третьей секции обеспечивают изменение масштаба изображения. Кнопки четвёртой секции позволяют сдвигать изображение модели на экране. Кнопки стрелок позволяют передвигать модель в окне, при этом стрелки указывают направление перемещения модели, а не окна. Кнопки с закрашенными кругами позволяют изменять масштаб изображения. Кнопка с маленьким кругом уменьшает изображения, а с большим - увеличивает. Группа кнопок пятой секции позволяет вращать модель относительно экранных координат XYZ. Центром экранных координат, относительно которого происходит вращение, является центр окна ANSYS. Ось Х проходит от центра экрана вправо, ось Y проходит от центра экрана вверх (при решении осесимметричных задач ось Y является осью симметрии и изменить это нельзя), ось Z направлена из центра экрана на пользователя перпендикулярно экрану. Направление вращения изображено на кнопках. Группу кнопок шестой секции управляющих элементов представляет бегунок Rate, позволяющий изменять шаг поворота, сдвига модели и масштаба. В седьмой секции окна можно включить динамический режим Dynamic Mode (выключен по умолчанию). Если режим выбран, то появляется возможность сдвигать, и поворачивать модель с помощью мыши. Для перемещения модели следует зажать левую кнопку мыши и перемещать её в нужном направлении. Для поворота необходимо зажать правую кнопку мыши и передвигать её. В этом случае модель будет поворачиваться относительно экранных осей X и Y. Последняя группа кнопок выполняет следующие действия: Fit – автоматически выбирает масштаб и расположение модели таким образом, чтобы она полностью поместилась на экране; Reset – убирает все повороты, изменения масштаба, перемещения, которые были применены к данной модели; Close – закрывает данное диалоговое окно; Help – вызывает справку по данному окну. Построение геометрических моделей в ANSYS Для решения любой физической задачи любым численным методом, сначала необходимо построить геометрическую модель детали, тела, или области. Построение твердотельной модели по методу «снизу вверх»При построении модели обычно начинают с определения низшего субъекта – точки. Точки определяются внутри текущей активной системы координат. Затем определяются линии, поверхности и объемы, связанные с этими точками в активной системе координат. Построение твердотельной модели «сверху вниз» ANSYS дает возможность построить модель, используя геометрические «примитивы» высокого уровня – поверхности и объемы и полностью определяет соответствующие точки и линии. Вы можете свободно комбинировать технику создания модели, применяя методы «снизу вверх» и «сверху вниз». Использование булевских операций Вы можете «вылепить» твердотельную модель, используя пересечение, вычитание и другие булевские операции. Булевские операторы позволяют вам работать непосредственно с высшей твердотельной моделью для построения сложных поверхностей. (Возможны оба подхода «снизу вверх» и «сверху вниз» в булевских операциях). Вытягивание и вращение В раде случаев наиболее эффективно применение технологии вытягивания или вращения. Перемещение и копирование твердотельной модели Сложные поверхности или объемы, которые можно представить в виде повторяющихся фрагментов в модели могут перемещаться, поворачиваться и копироваться на новые места в вашей модели. Разбиение Конечная цель построения твердотельной модели – разбиение этой модели на узлы и элементы. Создав полную твердотельную модель, набор атрибутов элементов, установив контроль разбиений вы можете запустить ANSYS программу для генерации конечно-элементного разбиения. Позаботившись об определенных требованиях, можно установить режим масштабированного разбиения всех прямоугольников, треугольников или всех «кирпичных» элементов. Перемещение и копирование узлов и элементов Автоматическое разбиение более технологично по сравнению с прямой генерацией узлов и элементов, но при этом могут быть большие затраты времени. Если модель состоит из повторяющихся участков, то более эффективно построить и разбить отдельный участок, затем генерировать копии. Нагрузки твердотельной модели В ANSYS нагрузки связаны с узлами и элементами. При использовании твердотельного моделирования часто оказывается неудобным прикладывать нагрузки к узлам и элементам. К счастью, вы можете приложить нагрузки непосредственно к твердотельной модели, затем, когда начнет работать программа решения она автоматически будет переносить эти нагрузки на конечно-элементную модель. Проверка модели (чистка и уничтожение) Прежде, чем вы можете проверить модель, вам необходимо осознать иерархию твердотельной модели и сущность конечно-элементной модели. Низший порядок примитивов (точки, линии) не может быть удален, если на них базируются примитивы высших порядков. Например, объем не может быть уничтожен, если он был разбит на элементы, линия не может быть уничтожена, если она связана с поверхностью и т. д. Если некоторые примитивы связаны с нагрузками, то при их уничтожении будут удаляться и нагрузки из базы данных. Иерархия модели приведена ниже. Высшие примитивы Элементы (нагрузки элементов). Узлы (нагрузки узлов). Объемы (объемные нагрузки) Поверхности (поверхностные нагрузки). Линии (нагрузки на линию) Низшие Точки (нагрузки в точках). Если необходимо перестроить модель после ее разбиения, вы должны вначале удалить все узлы и элементы, используя команды: MAIN MENU > PREPROCESSOR > CLEAR. |