Применение расчетов по методу конечных элементов в современном проектировании

Расчетный анализ конструкций занимает особое место: его проведение требует особой квалификации исполнителя, что не отменяет необходимости тесной интеграции с традиционными чертежными стадиями разработки.

Систему COSMOS/M американской фирмы Structural Research and Analysis Corporation можно рассматривать в качестве образца современного программного обеспечения для расчетного анализа по методу конечных элементов (МКЭ). COSMOS/M популярен вследствие того, что система предназначалась с самого начала для персональных компьютеров и практических инженерных задач и была оптимизирована для получения максимальной производительности.

С точки зрения организации работы, здесь присутствуют три основные функциональные группы, типичные для расчетно-аналитического пакета высокого уровня:

• геометрический пре- и постпроцессор, предназначенный для пространственного моделирования, определения условий расчета и работы с его результатами;
• собственно расчетные модули, которые в COSMOS/M решают задачи прочности (статика и динамика в линейной и нелинейной постановке), теплообмена, гидро- и газодинамики и электромагнитной статики и динамики (включая высокочастотные и микроволновые явления) проводится расчетная оптимизация конструкций;
• интерфейсы для обеспечения совместимости с системами-аналогами и распространенными системами проектирования.

В течение последних полутора лет, отмечается всплеск интереса к системе со стороны не только научно-исследовательских, но также проектных и производственных фирм. По-видимому, можно выделить несколько предпосылок этого интереса:

• Расчетная методика FFE (Fasf Finite Element), сокращает в десятки раз время расчета и необходимые аппаратные ресурсы (пространство жесткого диска и используемую оперативную память). Пока данные возможности появились для расчета в линейной постановке напряженно деформированного состояния, решения задач на собственные значения (поиск собственных частот и форм колебаний, анализ устойчивости конструкций) и для исследования распространения тепла и стационарного распределения температуры. В ближайшие пять лет намечается разработка аналогичного обеспечения для всех видов расчетов.
• Интегрированная система DESIGNER II, по сути добавляющая к традиционному пре- и постпроцессору возможности полноценной системы моделирования и черчения:: твердотельное моделирование, оформление чертежей, проектирование сборок деталей и др.;
• COSMOS/M CAD-Interface, который встраивается в большинство существующих пакетов проектирования для использования расчетных модулей COSMOS/M непосредственно в их среде или проводить расчетный анализ геометрических моделей, полученных из систем САПР в общепринятых файловых форматах (IGES, SAT и др.)

Кроме очевидной экономии чисто расчетных ресурсов, перечисленные новшества дают возможность реорганизации взаимодействия конструкторов и расчетчиков:

Во-первых, повышенная производительность расчетных модулей позволяет во многих случаях использовать геометрическую модель без ее упрощения и дополнительной разработки расчетной схемы: с применением модулей FFE можно позволить себе достаточно тонкую сетку конечных элементов, учитывающую геометрические детали модели (фаски, скругления и т.п.) Раньше это требовало грандиозных для персонального компьютера затрат дискового пространство и памяти, не говоря уже о нескольких сутках расчетного времени.

Во-вторых, упрощается увязывание формата файлов при передаче данных. Если доминирующая система проектирования на фирме еще не определена, DESIGNER II может быть использован для геометрического моделирования, расчетного анализа и выпуска конструкторской документации в единой программной среде. Интерфейсные возможности будут полезны для пользователей других систем САПР, в том числе и таких популярных, как Автокад и Autodesk Mechanical Desktop, или при обмене информацией с заказчиками и партнерами.