ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ОПИСАНИЕ МОДУЛЕЙ АНАЛИЗА И ВОЗМОЖНОСТЕЙ СИСТЕМЫ

1.1 . С0SM0S/М

COSMOS/М это построенная по модульному принципу автономная сис­тема анализа МКЭ, разрабатываемая корпорацией Structural Research для пер­сональных ЭВМ и рабочих станций. Она включает модули для решения линей­ных и нелинейных, статических и динамических задач анализа механических конструкций, а также полевых задач теплопроводности, механики жидко­сти и электромагнетизма. Имеются также модули для решения ряда специ­альных задач, таких как усталостная прочность при циклических нагрузках и анализ гидравлических сетей. Система непрерывно развивается и совершенст­вуется с использованием самых передовых методов, соответствующих стреми­тельному прогрессу технических средств. Программа COSMOS/M имеет модульную структуру, однако пользователь взаимодействует с ней только через интерфейс программы GEOSTAR. Все внутренние обращения и передачи управления автоматизированы таким образом, чтобы обеспечить пользователю работу в режиме однотипного экрана. Пользователь строит модель, определяет все данные, необходимые для программы анализа, выполняет собственно ана­лиз и оценивает результаты - и все это, не выходя из среды GEOSTAR.

Каждой задаче должно быть дано имя, которое является общим для всех файлов, относящихся к этой задаче. Имя каждого из этих файлов имеет свое расширение, которое определяет тип содержащейся в файле инфор­мации. В настоящем пособии все файлы, относящиеся к одной задаче, называ­ются базой данных задачи. Многие файлы базы данных являются общими для всех типов анализа; некоторые содержат информацию, относящуюся только к одному типу анализа. Одна и та же база данных может быть использована для выполнения различных типов анализа. COSMOS/M создает как двоичные фай­лы, так и файлы в формате ASCII. Двоичные файлы используются самой про­граммой для сохранения и восстановления информации. Файлы ASCII, с другой стороны, используются для хранения информации, которая непосредственно используется пользователем.

1.2.Краткий обзор модулей COSMOS/M

Система COSMOS/M включает пре- и постпроцессоры, различные мо­дули анализа, интерфейсы с CAD-системами, трансляторы и утилиты.

GEOSTAR: пре- и постпроцессор

Модуль GEOSTAR представляет собой работающий в графическом режиме трехмерный интерактивный геометрический моделировщик, позволяю­щий генерировать сетки конечных элементов, а также выполняющий функции пре- и постпроцессора при анализе МКЭ. Геометрические возможности GEOSTAR базируются на методе смешанных граничных представлений (В-гер) и параметрических кубических уравнениях.

Основное назначение GEOSTAR - выполнение функций пре- и пост­процессора для системы анализа МКЭ COSMOS/M. Пользователь может созда­вать модель, вводить всю необходимую для анализа информацию, выполнять собственно анализ, используя расчетные модули COSMOS/М и, наконец, визуально оценивать результаты. Все это доступно непосредственно в среде GEOSTAR в графическом интерактивном режиме под управлением падающего меню.

Разнообразные возможности геометрического моделирования в соче­тании с гибкими средствами генерации конечно-элементных сеток, позволяют легко создавать сложные расчетные модели. Нагрузки, граничные и начальные условия могут быть приложены к соответствующему геометрическому элементу модели в любой заранее определенной системе координат.

Программу GEOSTAR выгодно отличает сочетание мощных воз­можностей, интуитивно понятной структуры и легкости в освоении.

Модели, созданные в других системах геометрического моделиро­вания (CAD), могут быть введены в GEOSTAR с помощью форматов DXF и IGES. Пользователю в процессе работы в CAD-системе необходимо получить файл в одном из этих форматов, а потом воспользоваться одной из команд GEOSTAR для ввода модели. Также легко можно получить описание модели, построенной в GEOSTAR, в выходном файле в формате DXF или IGES для последующего использования в одной из CAD-систем.

STAR: модуль линейного статического анализа

Модуль STAR использует для вычисления деформаций конст­рукций линейную теорию, использующую предположение малости перемеще­ний. Для расчета напряжений STAR вызывает дополнительный модуль STRESS. Ниже приведены основные особенности модулей STAR и STRESS:

· Расширенная библиотека элементов.

· Изотропные, ортотропные, анизотропные и композитные свойства материа­лов.

· Критерий разрушения для композитных материалов.

· Предписанные начальные смещения узлов с учетом или без учетадругих нагрузок.

· Связанные степени свободы.

· Задание уравнений связи.

· Тепловые, весовые и центробежные нагрузки. „

· Балочные нагрузки.

· Плоскостные эффекты при оценке жесткости.

· Расчет для составного нагружения за один прогон модуля.

· Введение в матрицу жесткости дополнительной небольшой упругости для предотвращения ее возможного вырождения.

· Техника суперэлементов.

· Взаимодействие жидкости с твердым телом.

· Элемент "Зазор с трением".

· Постпроцессорные возможности:

вывод листинга смещений и напряжений; автоматический выбор экстремальных значений смещений и компонент на­пряжений; визуализация деформированного состояния; анимация деформи­рованного состояния; многоцветное представление полей деформации и на­пряжения; представленные полей деформации и напряжения в изолиниях; векторное представление полей деформации и напряжения; вывод в листинг и визуализация сдвиговых и моментных компонент балочных элементов; управляемое пользователем масштабирование; комбинирование смещений и компонент напряжения различных вариантов нагружений.

STRESS: дополнительный модуль вычисления напряжений для задач линейной статики.

Модуль STRESS вычисляет напряжения в элементах и узлах для большинства элементов библиотеки, используя результаты, полученные STAR. Напряжения, вызываемые составными нагрузками, вычисляются за один проход модуля, а комбинирование нагружений возможно на постпроцессорной стадии. Напряжения могут быть получены в любой предварительно определен­ной системе координат. Модуль STRESS поддерживает все возможности STAR

DSTAR: модуль вычисления собственных частот и анализа устойчивости

Модуль DSTAR оценивает собственные частоты и соответствую­щие им формы свободных колебаний конструкции. Он также позволяет найти критические нагрузки и связанные с ними формы потери устойчивости. Да­лее отмечены наиболее важные особенности модуля DSTAR.

· Наличие нескольких методов отыскания собственных значений итераций в подпространстве (вплоть до 150 значений), Ланцоша (вплоть до 150 значе­ний), Якоби (все собственные значения), обратный степенной (одно собст­венное значение).

· Вычисление комплексных собственных значений.

· Вычисление собственных значений в заданной частотной области путем задания частотного сдвига.

· Использование последовательности Штурма для выделения кратных собст­венных значений.