Программная среда разработки проекта
Краткое описание метода конечных элементов
Развитие техники ставит новые задачи в области исследования работоспособности машин и их элементов. Повышение их надежности и долговечности, являясь важнейшим фактором, определяющим рост конкурентоспособности изделий, связано с достоверным определением "опасных" мест конструкций [3,9,12].
Наиболее эффективным широко используемым современным средством достижения поставленной цели является использование метода конечных элементов. Первоначально метод рассматривался как специальная инженерная процедура для построения матричных решений задач при расчете напряжений и перемещений. Однако позже стало очевидно, что этой процедуре можно дать вариационную интерпретацию, если ввести в рассмотрение потенциальную энергию системы.
Сущность метода конечных элементов состоит в аппроксимации исследуемого тела некоторой моделью, которая представляет собой совокупность элементов с конечным числом степеней свободы. Эти элементы взаимосвязаны только в узловых точках, куда прикладываются фиктивные силы, эквивалентные поверхностным напряжениям, распределенным по границами элементов. Параметры приведенной идеализированной системы определяются исходя из соответствующих вариационных решений.
Хотя основные принципы метода конечных элементов сформулированы давно, данный метод получил широкое применение только во второй половине двадцатого столетия. В основном это связано с тем, что его использование требует больших объемов рутинных вычислений. Ситуация в корне изменилась с развитием вычислительной техники, когда выяснилось, что ЭВМ вполне подходят для решения подобных задач. Первые программные продукты, использующие для расчетов метод конечных элементов, появились еще в конце шестидесятых годов.
|
|
|
Метод конечных элементов позволяет значительно уменьшить затраты при разработке новых изделий, так как позволяет существенно сократить объемы или даже полностью отказаться от дорогостоящих стендовых испытаний. Кроме того, с помощью метода конечных элементов можно в сравнительно короткие сроки оценить характеристики разных вариантов конструкций и выбрать наилучшую.
В последнее время метод конечных элементов применяется в самых разных отраслях промышленности и науки. С его помощью выполняются расчеты в архитектуре, причем не только расчеты на прочность, но также расчеты акустики и тепловые расчеты. Широкое применение программные продукты, использующие данный метод, получили в машиностроении для расчетов на прочность самых разных узлов и конструкций современных машин. Решаемые задачи не ограничиваются прочностными. Также важным являются задачи расчета температурного режима узлов механизмов
|
|
|
Отдельным, и тоже важным классом задач, решаемых методом конечных элементов, являются гидродинамические задачи, причем современные программные комплексы умеют решать практически любые задачи данного класса.
Некоторые пакеты, основанные на методе конечных элементов, "научились" решать даже такие трудно моделируемые задачи, как задачи разрушения, задачи с большими пластическими деформациями (например расчеты процессов прессования) и т.д.
В настоящее время существует достаточно много программных продуктов для решения отдельных классов задач, основанных на методе конечных элементов [13]. Можно подобрать программный продукт практически для любой задачи. Следует отметить, что многие коммерческие программы чрезвычайно дороги (речь идет о десятках тысяч евро), но в отличие от дешевых и бесплатных программных пакетов, они способны представить более высокое качество и скорость решения задач.
Один из наиболее мощных коммерческих программных продуктов - это ANSYS [13,15]. ANSYS известен на рынке уже более двадцати лет и является наиболее распространенным средством для научных и инженерных расчетов. Особенностью ANSYS является чрезвычайно широкий спектр задач, которые он в состоянии решать. Сюда входят задачи: расчетов на прочность (как линейные, так и нелинейные), теплообмена, гидродинамики, смешанные и даже акустики.
|
|
|
Многоцелевой конечно-элементный пакет инженерного анализа ANSYS позволяет производить расчет в таких дисциплинах как прочность, теплофизика, динамика жидкостей и ряд других. Программа ANSYS представляет собой, компьютерную систему для проектирования и выполнения связанного междисциплинарного анализа методом конечных элементов. Программный комплекс ANSYS сертифицирован согласно серии стандартов ISO 9000, 9001, а также бессрочно аттестован в Госатомнадзоре РФ на проведение расчетов для атомной промышленности. ANSYS обеспечивает двустороннюю связь практически со всеми известными CAD-системами [2].
Из большого количества программных продуктов, реализующих метод конечных элементов, наибольшее распространение получили универсальные, "тяжелые" конечно-элементные пакеты.
За рубежом для расчета с помощью метода конечных элементов широко применяются такие программные пакеты, как NASTRAN, ANSYS, ABAQUS, SAP, ADINA, COSMOS.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 209; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!