w każdym momencie sesji możemy zmieniać widok za pomocą okna Pan Zoom Rotate

należy pamiętać o wykorzystaniu symetrii lub antysymetrii badanego układu

ANSYS 5.3

Produkt firmy ANSYS/Multiphysics jest bardzo obszernym i wyczerpującym programem do analizy metodą MES ­ od zagadnień strukturalnych (pracy i wytrzymałości konstrukcji), poprzez analizę przepływów, do elektromagnetyzmu. Program Ansys umożliwia analizę wspólnego oddziaływania czynników o różnym charakterze ich interakcji i wpływu na zachowanie sie danego ustroju.

Najnowsza wersja programu działa na komputerach z procesorami 486 i Pentium, pod Windows 95 lub NT, oraz na stacjach roboczych i superkomputerach pod Unixem. Ansys 5.3 jest dostarczany na krążku CD i dyskietce z programem, który ? w zależności od umowy licencyjnej ? odblokowuje wskazane przez użytkownika moduły i funkcje. Klient może sam skonfigurować zestaw modułów w zależności od swoich potrzeb.
Niektóre moduły są dostępne jako samodzielne programy.
Są to:

• ANSYS/FLOTRAN ­ umożliwia szeroką analizę zagadnień dotyczących przepływów (przepływy laminarne i turbulentne, ściśliwe i nieściśliwe);
• ANSYS/EMAG ­ pakiet do analizy elektromagnetycznej (pola elektromagnetyczne, prąd przewodzenia, obwody);
• ANSYS/LS-DYNA ­ zawiera solwery wyspecjalizowane w rozwiązywaniu wysoce nieliniowych zagadnień dynamiki ustrojów; może symulować procesy formowania materiałów, efekty i przebieg zderzeń ciał (np. crash-test) oraz zagadnienia kontaktu.

Interfejs użytkownika

Tutaj można dostrzec największe zmiany w stosunku do wersji 5.1. W starszych wersjach programu użytkownik, przyzwyczajony do struktury Windows, zazwyczaj się gubił. Obecnie tego problemu nie ma ­ nowy intuicyjny system zapewnia dużo lepszą komunikację z programem. Komunikacja ta może się odbywać przy użyciu bloków menu, okien dialogowych, przycisków z belek narzędzi oraz przez bezpośrednie wpisywanie poleceń.
Wszystkie funkcje pakietu są podzielone na grupy zwane procesorami. Program ANSYS ma jeden preprocesor, jeden procesor zarządzania rozwiązaniem (solution processor), dwa postprocesory oraz kilka pomocniczych procesorów, np. procesor optymalizacyjny.

Preprocesor

Każda analiza przeprowadzana za pomocą programu ANSYS składa się z trzech głównych faz, do których przypisano odpowiednie procesory. Pierwszą z nich jest etap preprocesingu, w którym użytkownik wybiera układy współrzędnych i typy potrzebnych elementów, definiuje własności materiałowe, tworzy model bryłowy obiektu oraz generuje siatkę elementów.
ANSYS dysponuje własnym parametrycznym modelerem bryłowym, umożliwiającym szybkie tworzenie nawet bardzo skomplikowanych modeli obiektów. Do dyspozycji są trzy sposoby generacji modelu MES:
­ import,
­ modelowanie bryłowe, a następnie generacja siatki,
­ bezpośrednia generacja.
Każda z tych metod ma swoje wady i zalety. Użytkownik może wybrać jedną z nich lub zastosować ich kombinację, która zapewnia najszybsze uzyskanie modelu gotowego do analizy.
W przypadku modelu bryłowego jest możliwy transfer geometrii z takich systemów, jak: CADDS, Pro/Engineer i Unigraphics. Wymiana z innymi systemami CAD może również odbywać się w standardowych formatach STEP, SAT, IGES. Dodatkowo jest możliwa komunikacja z innymi pakietami MES. Dane z tych programów mogą zawierać tylko opis modelu dyskretnego (lokalizacja węzłów, położenie elementów, warunki brzegowe, dane materiałowe). Po wczytaniu takiego pliku prowadzi się dalszą obróbkę modelu, przy wykorzystaniu całego zestawu narzędzi preprocesora. Taki dwukierunkowy import-eksport dotyczy CSA/NASTRAN, UAI/NASTRAN, MSC/NASTRAN, Algor, COSMOS, PATRAN, I-DEAS oraz ABAQUS.

Jeżeli zdecydujemy się na samodzielne tworzenie modelu bryłowego od podstaw, to mamy do wyboru dwie drogi. Pierwszą z nich jest tworzenie modelu metodą "top-down": modelujemy najpierw strukturę bryłową obiektu, a program sam znajduje linie i powierzchnie przenikania oraz przypisuje punkty charakterystyczne (keypoints). Druga metoda to "bottom-up" i jest ona odwrotnością pierwszej: użytkownik zaczyna od definicji punktów opisujących linie, następnie na liniach buduje powierzchnie itd. Model może być również budowany przy użyciu kombinacji tych metod.
Modelowanie "top-down" polega głównie na tworzeniu prostych brył ­ prymitywów ­ przez wpisanie ich parametrów w polach dialogowych okna. Można je również tworzyć przez ciągnięcie, wleczenie lub obroty przekrojów itp. Następnie, stosując Boole?owskie operacje dodawania, odejmowania, znajdywania części wspólnej czy automatycznego zaokrąglania, uzyskujemy pożądany kształt. Algebra Boole?a może być użyta również w stosunku do linii i powierzchni. Wszystkie linie w programie są reprezentowane przez odcinki B-splajny, zaś ich końce przez punkty charakterystyczne (keypoints). Dzięki temu można konstruować powierzchnię na podstawie kolejnych przekrojów bryły, na której powierzchnia została opisana. Zapewnia to funkcja zwana z angielskiego "skinning", która jest wręcz niezastąpiona w przypadku modelowania kadłubów statków, samolotów itp.
Po uzyskaniu modelu bryłowego można rozpocząć generowanie siatki elementów. Dostępne są tu takie opcje, jak: "Free meshing", "Mapped meshing", "Extrusion meshing" oraz "Adaptive meshing".
Opcja "Mapped meshing" zapewnia największą ingerencję w proces tworzenia siatki przez samodzielny podział geometrii modelu i definicję odpowiednich atrybutów elementów.
"Free meshing" używa specjalnych algorytmów całkowicie automatycznie generujących siatkę, wykorzystując dane dotyczące geometrii dyskretyzowanego modelu.
Metoda adaptacyjna ("Adaptive meshing") polega natomiast na wykonaniu kolejnych kroków aproksymacji, złożonych z automatycznego generowania siatki, obliczeń i estymacji błędu, w celu uzyskania siatki zapewniającej wyniki obarczone błędem, którego wartość ustala użytkownik (można również ustalić maksymalną liczbę kroków).
Siatka elementów może być modyfikowana na wiele sposobów. W przypadku modeli o powtarzających się elementach, siatka może być generowana dla jednego z nich, a następnie kopiowana na inne. Program zawiera również funkcje umożliwiające sprawdzenie poprawności siatki i dokonanych modyfikacji, orientacji i kształtu elementów oraz opcje zabezpieczające przed przypadkowym skasowaniem pewnych elementów modelu dyskretnego.

Solution

Kolejny etap wyznacza procesor rozwiązania (solution). Należy teraz wskazać typ zagadnienia (structural, thermal, electromagnetic field, electric field, electrostatic, fluid, coupled field), wybierając jedną z głównych opcji, a następnie określić typ analizy i jej szczegółowe opcje (np. statyczna lub dynamiczna, opcje rozwiązywania zagadnień nieliniowych itp).
Za pomocą funkcji "Loads" wprowadza się dane dotyczące różnego rodzaju obciążeń (np. powierzchniowe, w punktach, masowe, bezwładnościowe), jak i warunków brzegowych (utwierdzenia, stopnie swobody poszczególnych węzłów, warunki symetrii i antysymetrii). Zakładanie warunków symetrii i antysymetrii przemieszczeń jest elementem, na który należy zwrócić uwagę. Umiejętnie wykorzystując ten typ warunków brzegowych, w przypadku analizy modeli z płaszczyznami lub osiami symetrii, można zaoszczędzić wiele pracy. Warto pamiętać o tym już w fazie preprocesingu, w której buduje się model dyskretny tylko części badanego obiektu, i wygenerować siatkę zapewniającą dużą dokładność.
Każda konfiguracja obciążenia jest traktowana jako pojedynczy krok ("load step") i może być łatwo zapisana w odpowiednim pliku do wykorzystania w dowolnym momencie. Analiza może się składać z jednego lub więcej kroków obciążenia, dla których ustala się liczbę podkroków oraz zadaje sposób zapisu wyników obliczeń.
Po dokonaniu wyżej wymienionych operacji egzekwuje się obliczenia ­ ten etap pracy z programem nie wymaga żadnej interakcji ze strony użytkownika. Wyświetlenie komunikatu "Solution is done" informuje, że obliczenia się zakończyły i wyniki są gotowe do obróbki w postprocesorze.

Postprocesor

Wyniki można przedstawiać w przeróżnej formie. Najbardziej charakterystyczną dla analizy MES postacią są różnego rodzaju kolorowe mapy rozkładu naprężeń, odkształceń, przemieszczeń itp. Oprócz tego możliwa jest prezentacja różnych wielkości w postaci izolinii, wektorów lub zapis w trybie tekstowym do pliku żądanych wielkości dla odpowiednich węzłów, elementów itp. Inną ciekawą funkcją jest sporządzanie wykresów na ścieżkach, prezentujących jak się zmienia wartość danej wielkości fizycznej wzdłuż wskazanej ścieżki w modelu (kolejne węzły). W przypadku analizy, w której obciążenie było podzielone na kilka kroków, można tworzyć animację przyrostu wartości wskazanej wielkości. Wyniki obliczeń dla poszczególnych kroków obciążenia mogą być superponowane (np. praca konstrukcji w zakresie liniowym pod coraz bardziej złożonym obciążeniem) i skalowane (możliwe jest dokonywanie także innych operacji algebraicznych). Praca z programem

Praca z pakietem

odbywa się przy intensywnym wykorzystaniu myszy (uruchamianie kolejnych funkcji, otwieranie kolejnych okien dialogowych i wskazywanie odpowiednich elementów modelu). W każdej chwili przygotowywania analizy lub obróbki wyników jest dostępny obszerny system pomocy "Help". Zawiera on opis wszystkich poleceń, funkcji i procedur programu, a także opis podstaw teoretycznych analizowanych zjawisk i bibliotekę przykładów.

Krzysztof Ćwikła

grudzień '97