CADblogpl nr 2(3) 2009 HQ, CNC, CAD blog.pl
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Seminarium Mold Wizard
Dowiedz się, w jaki sposób sprostać
wyzwaniom stawianym przez rynek...
Szczegóły na stronie 24
REKLAMA
internetowe czasopismo użytkowników systemów
CAD/CAM/CAE
nr 2 (03) maj 2009
Temat numeru:
Parametrycznie czy bezpośrednio?
Kilka słów o modelowaniu...
Mold Wizard: projektowanie
form wtryskowych
Samochód marzeń...
Rekonstrukcja Lux-Sport?
Nowości, wydarzenia...
CalculiX, czyli wprowadzenie do MES
| www.cadblog.pl | www.cadglobe.com |
CAD
blog.pl
Od redakcji
1995
Ten tytuł to nie data, nie rok, tylko – liczba „egzemplarzy” naszego e-czasopisma, która
dotarła do Państwa w okresie od 13 marca do 9 maja br. Czy to dużo, czy też niewiele
– prosimy ocenić. Dzisiaj, 11 maja (czyli z pięciodniowym „poślizgiem”) przekazujemy
kolejne wydanie.
W stosunku do opublikowanych na blogu zapowiedzi zawartości tego trzeciego już
numeru, nastąpiły pewne zmiany. Zabrakło zapowiadanej III części historii syste-
mów CAD, nie będzie także materiału dotyczącego nakładki do sterowania głoso-
wego w środowisku SolidWorks (Expresso). Zamiast artykułu o nowościach
w NX CAM – artykuł o Mold Wizard. Ale wszystkie zapowiedziane wcześniej
publikacje dotrą do Państwa jeszcze w tym miesiącu; maj jest bowiem szczególny
z punktu widzenia naszego wydawnictwa – ukażą się w nim dwa numery
„CADblog.pl”.
Udało mi się przygotować pierwszy odcinek cyklu dotyczącego CalculiX, speł-
niając tym samym (mam nadzieję) oczekiwania części spośród prenumeratorów,
którzy wyrazili swoje życzenia w formularzu zgłoszeniowym. CalculiX doskonale
wpisał się w cykl publikacji dotyczących oprogramowania dostępnego za darmo,
a zwłaszcza OpenSource; podobnie jak BRL-CAD zagości zapewne na naszych
łamach na dłużej, a kolejne odcinki poświęcone zarówno temu systemowi CAE,
jak i BRL-CAD’owi będziemy publikować na przemian. Albo w zależności od tzw.
„weny twórczej”.
Inaugurujemy cykl poświęcony polskim projektom. Inaugurujemy dosyć nie-
typowo, opisujemy bowiem koncepcję samochodu, która jest w trakcie realizacji, ale
budzi sporo wątpliwości i kontrowersji. Dlaczego? Zachęcam do lektury artykułu, mając
nadzieję, iż uznają go Państwo za stosunkowo wyczerpujące i obiektywne opracowanie,
a także – iż dane nam będzie w przyszłości do tego tematu powrócić.
Niektórzy zauważyli redakcyjne „motoryzacyjne skrzywienie”, objawiające się poru-
szaniem takiej tematyki w każdym wydaniu. Obiecuję poprawę, od następnego wydania
oderwiemy się od ziemi – stąd przesunięcie artykułu o modułowej koncepcji budowy
samolotów pasażerskich do kolejnego numeru, a towarzyszyć mu będzie opowieść
o polskim śmigłowcu.
Znajdzie się także miejsce na opis wdrożenia jednego z systemów CAD w polskim
przedsiębiorstwie, a także – najprawdopodobniej – na początek cyklu przybliżającego
pracę w systemie NX CAM.
Tyle tytułem wstępu. Pora „przełamać” ten fragment tekstu, do gotowego pdf dodać
odpowiednie linki przekierowujące na wskazane strony www i... zabrać się do uzupeł-
niania wpisów na blogu. Ostatni datowany jest środę 29 kwietnia, podobnie jak ostatni
„news” w zakładce „aktualności” i w związku z tym wpis mówiący, iż „nawet, jeśli na
blogu z pozoru nie dzieje się nic, zawsze można znaleźć coś nowego w Aktualnościach”
– okazuje się wprowadzać w błąd. A to niedobrze...
Z życzeniami przyjemnej lektury
Maciej Stanisławski
CADblog.pl
P. S .
Wiem, o czym zapomniałem! Ruszyła bardzo interesująca inicjatywa, o szczegółach
z nią związanych można przeczytać na stronie 36
2
edycja pdf maj 2009
CADblog.
pl
W numerze
U
wydanie 2(3) maj 2009
Systemy CAE w praktyce
4 Gra w kolory, czyli... oprogramowanie do analiz i symulacji. CalculiX cz. I
Temat numeru
11 Bezpośrednio czy parametrycznie?
Tytuł artykułu nie jest do końca precyzyjny. Gdy mówimy o modelowaniu bezpośrednim (inaczej swobodnym), nie
wyklucza to jednoczesnej parametryczności powstającego modelu – przynajmniej w pewnym zakresie jego budowy.
Dlatego powinniśmy raczej odnieść się do modelowania opartego na drzewie historii operacji i porównać je
z modelowaniem bezpośrednim. Ale czy warto w ogóle czynić takie porównania, skoro coraz częściej oferowane są
możliwości łączące najlepsze cechy wspomnianych sposobów budowy geometrii modelu? Łączące parametryczność,
bezpośredniość i zachowujące zarazem historię wykonywanych operacji?
Nie tylko CAD
20 Liczy się także... oprzyrządowanie: MOLD WIZARD – projektowanie form wtryskowych
Większość oferowanych na rynku systemów posiada narzędzia, w których można wykonać zaawansowane
konstrukcje, obliczenia, złożenia. Jednak konstruktor nowej generacji potrzebuje takich narzędzi, które zdecydowanie
przyspieszą jego pracę, wyłapią błędy, wykonają za niego monotonne czynności, a jego wiedzę i rozwiązania zapiszą
oraz wykorzystają w podobnym projekcie
24 Quickfinder Pro – nowości w modułach inżynierskich
Polskie konstrukcje...
26 Marzenia o super samochodzie... Czym naprawdę jest „koncept Veno”?
36 Dziedzictwo narodowe polskiej myśli technicznej
Aktualności
38 Warsztaty CATIA
38 Nagroda CAD Society’s 2009 Leadership Award
38 Kolejne PROCAD EXPO
38 Nowe narzędzie do morfingu
39 Polski SolidWorks Blog
39 Impression 3
U
Na okładce wykorzystaliśmy wizualizację
polskiego sportowego samochodu zaprojektowanego
przez Veno Automotive. www.venoautomotive.pl
Nagrody dla prenumeratorów!
Z przyjemnością informujemy, iż spośród osób, które do końca marca br. zdecydowały się na zamówienie prenumeraty
naszego e-czasopisma, upominki redakcyjne wylosowali:
Jakub Krupa
– książkę autorstwa sir Richarda Bransona, założyciela firmy Virgin,
Marcin Orzechowski
– torbę do laptopa,
Wojciech Stodulny
– pen drive.
Natomiast spośród wszystkich, którzy zamówili prenumeratę do końca kwietnia (czyli także w marcu), płyty DVD z ewaluacyjną
wersją Solid Edge with Synchronous Technology otrzymają:
Łukasz Bancerz, Jacek Dąbkowicz, Aleksandra Fandrejewska, Krzysztof Karasiewicz, Adam Kwaśniewski, Monika Leser,
Adam Małoń, Robert Ostrowski, Paweł Pater, Mirosław Piłat, Waldemar Plutta, Marek Proćko, Zbigniew Serkiz, Paweł
Szura, Łukasz Szypowski, Przemysław Tobjański, Iwona Wejher, Maciej Wodniak, Paweł Wojciechowski i Marcin Wolski
.
Segregatory CADblog.pl, przydatne do przechowywania wydrukowanych wydań e-magazynu (lub ich fragmentów), otrzymają:
Michał Kaczorowski, Ireneusz Malec, Rafał Sarba, Adam Siemieniuk i Marcin Strzelecki
.
Wszystkim serdecznie gratulujemy i informujemy, że nagrody prześlemy pocztą po uprzednim kontakcie mailowym
(w celu ustalenia dkładnego adresu wysyłki). A już wkrótce – nowy konkurs! Szczegóły niebawem.
Redakcja
edycja pdf maj 2009
CADblog.
pl
3
Systemy CAE w
praktyce
Strefa OpenSource
Gra w kolory, czyli...
oprogramowanie do analiz i symulacji
CalculiX cz. I
Projektowanie wspomagane komputerowo znacznie
wykroczyło poza obszary, które jeszcze do niedawna
były domeną desek kreślarskich, a także logarytmicznych
suwaków i kalkulatorów. Obliczenia wytrzymałościowe, analizy
zmęczeniowe, obliczenia wartości wielkości przepływów cieczy,
ich wpływu na wielkość i rozkład drgań i naprężeń w układzie
konstrukcji itp. stanowią jedną z dynamiczniej rozwijających się
dziedzin z pogranicza matematyki, informatyki i inżynierii.
Korzystanie w celu przeprowadzenia analiz i obliczeń
z wyspecjalizowanego oprogramowania przestało być
koniecznością, gdyż liczący się producenci coraz częściej
implementują tego typu funkcjonalności bezpośrednio
do swoich systemów; często dzieje się tak na drodze akwizycji.
Gdy jednak nie dysponujemy takim środowiskiem
programowym, a nasze finanse okazują się ograniczone,
możemy sięgnąć po wysokiej klasy wyspecjalizowane narzędzie,
dostępne bezpłatnie, rozwijane przez wiele podmiotów.
Jest nim właśnie CalculiX...
OPRACOWANIE:
Maciej Stanisławski
i symulacji z wykorzystaniem metody elementów
skończonych (MES – ale uwaga, ang. skrót MES
oznacza
Mechanical Events Simulation
; patrz ramka)
zrewolucjonizowały pracę inżynierów. Zredukowały czas
potrzebny na wykonywanie skomplikowanych działań na
układach równań, macierzach itp., w zamian pozwalając
na wykonywanie wspomnianych analiz w środowisku
będącym swoistym standardem współczesnych systemów
CAE. Wspomniany program jest właśnie tego typu syste-
mem, narzędziem – jak kto woli. Ale zanim przejdziemy
do jego omówienia, kilka słów teorii...
wadzane za pomocą metody elementów skończonych
dotyczyły obiektów o bardzo prostych geometriach (naj-
częściej modelowanych jako jednowymiarowe) i stałych
własnościach materiałowych oraz zjawisk opisanych
liniowymi równaniami różniczkowymi. Od lat siedem-
dziesiątych metodę elementów skończonych zaczęto
stopniowo stosować do rozwiązywania problemów nie-
liniowych, ale dalej dla obiektów o stosunkowo prostych
geometriach, modelowanych jako jedno– lub dwuwy-
miarowe. Gwałtowny rozwój techniki komputerowej
w latach osiemdziesiątych, związany z coraz większą
mocą obliczeniową komputerów oraz możliwością
operowania i przechowywania bardzo dużych zbiorów
informacji, umożliwił zastosowanie metody elementów
skończonych do obliczeń problemów nieliniowych dla
obiektów o dowolnie złożonych geometriach, szczególnie
3D. Bardzo duży wkład w rozwój i popularyzację metody
elementów skończonych wniósł profesor Zienkiewicz
z Uniwersytetu Walijskiego w Swansea. Jego książka pt.
„Metoda elementów skończonych” została przetłumaczo-
na na język polski w 1972 r.
Rozwiązanie problemu za pomocą metody elementów
skończonych przebiega w kilku następujących kolejno
etapach:
MES w oprogramowaniu
dla inżynierów projektantów
Metoda elementów skończonych stała się powszech-
nie stosowanym narzędziem obliczeń inżynierskich.
Łatwo zauważyć, iż rozwój metody elementów skoń-
czonych przebiega równolegle z rozwojem techniki
komputerowej.
Pierwsze prace wskazujące na praktyczne zastosowa-
nia MES opublikowane zostały w latach czterdziestych
ubiegłego wieku. W tych samych latach zresztą powstały
pierwsze komputery. Początkowo obliczenia przepro-
4
edycja pdf maj 2009
CADblog.
pl
K
omputerowe systemy do wykonywania analiz
Systemy
CAE w praktyce
Strefa OpenSource
1. Analizowany obszar zostaje podzielony na pewną
skończoną liczbę geometrycznie prostych elementów,
tzw. elementów skończonych.
2. Zakłada się, że te elementy połączone są ze sobą
w skończonej liczbie punktów znajdujących się na
obwodach – najczęściej są to punkty narożne. Noszą one
nazwę węzłów (w Calculix mamy możliwość stosowania
elementów o licznie węzłów dochodzącej do 6 i więcej).
Poszukiwane wartości wielkości fizycznych stanowią
podstawowy układ niewiadomych.
3. Następnie obiera się pewne funkcje jednoznacznie
określające rozkład analizowanej wielkości fizycznej
wewnątrz elementów skończonych, w zależności od
wartości tych wielkości fizycznych w węzłach. Funkcje te
noszą nazwę funkcji węzłowych lub funkcji kształtu.
4. Równania różniczkowe opisujące badane zjawisko
przekształcone zostają (poprzez zastosowanie tzw. funkcji
wagowych) w równania metody elementów skończonych.
Są to równania algebraiczne.
5. Na podstawie równań metody elementów skoń-
czonych przeprowadza się asemblację układu równań,
tzn. oblicza wartości współczynników stojących przy
niewiadomych oraz odpowiadające im wartości prawych
stron. Jeżeli rozwiązywane zadanie jest niestacjonarne,
to w obliczaniu wartości prawych stron wykorzystuje
się dodatkowo warunki początkowe. Liczba równań
w układzie jest równa liczbie węzłów przemnożonych
przez liczbę stopni swobody węzłów, tzn. liczbę niewia-
domych występujących w pojedynczym węźle.
6. Do tak utworzonego układu równań wprowadza
się warunki brzegowe. Wprowadzenie tych warunków
następuje poprzez wykonanie odpowiednich modyfikacji
macierzy współczynników układu równań oraz wektora
prawych stron.
7. Rozwiązuje się układ równań otrzymując wartości
poszukiwanych wielkości fizycznych w węzłach.
8. W zależności od typu rozwiązywanego problemu lub
potrzeb, oblicza się dodatkowe wielkości.
9. Jeżeli zadanie jest niestacjonarne, to czynności opisa-
ne w pkt. 5, 6, 7 i 8 powtarza się aż do momentu spełnienia
warunku zakończenia obliczeń. Może to być np. określo-
na wartość wielkości fizycznej w którymś z węzłów, czas
przebiegu zjawiska lub jakiś inny parametr.
Proste? Bynajmniej. Dlatego właśnie postanowiono
zaprząc do pomocy... komputery.
Systemy CAE
Programy komputerowe, w których stosowana jest meto-
da elementów skończonych, składają się z trzech zasadni-
czych części:
• preprocesora, w którym budowane jest zadanie do roz-
wiązania,
• procesora, czyli części obliczeniowej,
Terminologia:
MES
– Metoda Elementów Skończonych
(ang.:
FEM – Finite Element Method)
FEA
–
Finite Element Analysis
– analiza elemen-
tów skończonych
CAE – (
Computer Aided Engineering) kompu-
terowe wspomaganie prac inżynierskich.
Oprogramowanie komputerowe wspo-
magające sterowanie procesami techno-
logicznymi, np. w zakresie testów tech-
nicznych i analiz projektów realizowanych
komputerowo. Są to narzędzia inżynier-
skie umożliwiające komputerową analizę
sztywności i wytrzymałości konstrukcji
oraz symulację procesów zachodzących
w zaprojektowanych układach.
• postprocesora, służącego do graficznej prezentacji uzy-
skanych wyników.
Graficzne zobrazowanie wykorzystuje m.in. skalę barw
do odzwierciedlenia warunków zachodzących w bada-
nym modelu: błękit i zieleń wskazują obszary bezpieczne,
czerwień – obszary zagrożone w wyniku oddziaływania
określonych sił. Stąd tytułowa „gra w kolory”...
Dla użytkowników tych programów najbardziej pra-
cochłonnym i czasochłonnym etapem rozwiązywania
zadania jest podział na elementy skończone w prepro-
cesorze. Należy tutaj nadmienić, że niewłaściwy podział
na elementy skończone powoduje uzyskanie błędnych
wyników. Wtedy może okazać się, że wspomniana zieleń
źródło: www.calculix.de
Rozkład
maksymalnego naprężenia głównego
dla skrzydła paralotni. autor: Thomas Ripplinger
edycja pdf maj 2009
CADblog.
pl
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl lemansa.htw.pl
Seminarium Mold Wizard
Dowiedz się, w jaki sposób sprostać
wyzwaniom stawianym przez rynek...
Szczegóły na stronie 24
REKLAMA
internetowe czasopismo użytkowników systemów
CAD/CAM/CAE
nr 2 (03) maj 2009
Temat numeru:
Parametrycznie czy bezpośrednio?
Kilka słów o modelowaniu...
Mold Wizard: projektowanie
form wtryskowych
Samochód marzeń...
Rekonstrukcja Lux-Sport?
Nowości, wydarzenia...
CalculiX, czyli wprowadzenie do MES
| www.cadblog.pl | www.cadglobe.com |
CAD
blog.pl
Od redakcji
1995
Ten tytuł to nie data, nie rok, tylko – liczba „egzemplarzy” naszego e-czasopisma, która
dotarła do Państwa w okresie od 13 marca do 9 maja br. Czy to dużo, czy też niewiele
– prosimy ocenić. Dzisiaj, 11 maja (czyli z pięciodniowym „poślizgiem”) przekazujemy
kolejne wydanie.
W stosunku do opublikowanych na blogu zapowiedzi zawartości tego trzeciego już
numeru, nastąpiły pewne zmiany. Zabrakło zapowiadanej III części historii syste-
mów CAD, nie będzie także materiału dotyczącego nakładki do sterowania głoso-
wego w środowisku SolidWorks (Expresso). Zamiast artykułu o nowościach
w NX CAM – artykuł o Mold Wizard. Ale wszystkie zapowiedziane wcześniej
publikacje dotrą do Państwa jeszcze w tym miesiącu; maj jest bowiem szczególny
z punktu widzenia naszego wydawnictwa – ukażą się w nim dwa numery
„CADblog.pl”.
Udało mi się przygotować pierwszy odcinek cyklu dotyczącego CalculiX, speł-
niając tym samym (mam nadzieję) oczekiwania części spośród prenumeratorów,
którzy wyrazili swoje życzenia w formularzu zgłoszeniowym. CalculiX doskonale
wpisał się w cykl publikacji dotyczących oprogramowania dostępnego za darmo,
a zwłaszcza OpenSource; podobnie jak BRL-CAD zagości zapewne na naszych
łamach na dłużej, a kolejne odcinki poświęcone zarówno temu systemowi CAE,
jak i BRL-CAD’owi będziemy publikować na przemian. Albo w zależności od tzw.
„weny twórczej”.
Inaugurujemy cykl poświęcony polskim projektom. Inaugurujemy dosyć nie-
typowo, opisujemy bowiem koncepcję samochodu, która jest w trakcie realizacji, ale
budzi sporo wątpliwości i kontrowersji. Dlaczego? Zachęcam do lektury artykułu, mając
nadzieję, iż uznają go Państwo za stosunkowo wyczerpujące i obiektywne opracowanie,
a także – iż dane nam będzie w przyszłości do tego tematu powrócić.
Niektórzy zauważyli redakcyjne „motoryzacyjne skrzywienie”, objawiające się poru-
szaniem takiej tematyki w każdym wydaniu. Obiecuję poprawę, od następnego wydania
oderwiemy się od ziemi – stąd przesunięcie artykułu o modułowej koncepcji budowy
samolotów pasażerskich do kolejnego numeru, a towarzyszyć mu będzie opowieść
o polskim śmigłowcu.
Znajdzie się także miejsce na opis wdrożenia jednego z systemów CAD w polskim
przedsiębiorstwie, a także – najprawdopodobniej – na początek cyklu przybliżającego
pracę w systemie NX CAM.
Tyle tytułem wstępu. Pora „przełamać” ten fragment tekstu, do gotowego pdf dodać
odpowiednie linki przekierowujące na wskazane strony www i... zabrać się do uzupeł-
niania wpisów na blogu. Ostatni datowany jest środę 29 kwietnia, podobnie jak ostatni
„news” w zakładce „aktualności” i w związku z tym wpis mówiący, iż „nawet, jeśli na
blogu z pozoru nie dzieje się nic, zawsze można znaleźć coś nowego w Aktualnościach”
– okazuje się wprowadzać w błąd. A to niedobrze...
Z życzeniami przyjemnej lektury
Maciej Stanisławski
CADblog.pl
P. S .
Wiem, o czym zapomniałem! Ruszyła bardzo interesująca inicjatywa, o szczegółach
z nią związanych można przeczytać na stronie 36
2
edycja pdf maj 2009
CADblog.
pl
W numerze
U
wydanie 2(3) maj 2009
Systemy CAE w praktyce
4 Gra w kolory, czyli... oprogramowanie do analiz i symulacji. CalculiX cz. I
Temat numeru
11 Bezpośrednio czy parametrycznie?
Tytuł artykułu nie jest do końca precyzyjny. Gdy mówimy o modelowaniu bezpośrednim (inaczej swobodnym), nie
wyklucza to jednoczesnej parametryczności powstającego modelu – przynajmniej w pewnym zakresie jego budowy.
Dlatego powinniśmy raczej odnieść się do modelowania opartego na drzewie historii operacji i porównać je
z modelowaniem bezpośrednim. Ale czy warto w ogóle czynić takie porównania, skoro coraz częściej oferowane są
możliwości łączące najlepsze cechy wspomnianych sposobów budowy geometrii modelu? Łączące parametryczność,
bezpośredniość i zachowujące zarazem historię wykonywanych operacji?
Nie tylko CAD
20 Liczy się także... oprzyrządowanie: MOLD WIZARD – projektowanie form wtryskowych
Większość oferowanych na rynku systemów posiada narzędzia, w których można wykonać zaawansowane
konstrukcje, obliczenia, złożenia. Jednak konstruktor nowej generacji potrzebuje takich narzędzi, które zdecydowanie
przyspieszą jego pracę, wyłapią błędy, wykonają za niego monotonne czynności, a jego wiedzę i rozwiązania zapiszą
oraz wykorzystają w podobnym projekcie
24 Quickfinder Pro – nowości w modułach inżynierskich
Polskie konstrukcje...
26 Marzenia o super samochodzie... Czym naprawdę jest „koncept Veno”?
36 Dziedzictwo narodowe polskiej myśli technicznej
Aktualności
38 Warsztaty CATIA
38 Nagroda CAD Society’s 2009 Leadership Award
38 Kolejne PROCAD EXPO
38 Nowe narzędzie do morfingu
39 Polski SolidWorks Blog
39 Impression 3
U
Na okładce wykorzystaliśmy wizualizację
polskiego sportowego samochodu zaprojektowanego
przez Veno Automotive. www.venoautomotive.pl
Nagrody dla prenumeratorów!
Z przyjemnością informujemy, iż spośród osób, które do końca marca br. zdecydowały się na zamówienie prenumeraty
naszego e-czasopisma, upominki redakcyjne wylosowali:
Jakub Krupa
– książkę autorstwa sir Richarda Bransona, założyciela firmy Virgin,
Marcin Orzechowski
– torbę do laptopa,
Wojciech Stodulny
– pen drive.
Natomiast spośród wszystkich, którzy zamówili prenumeratę do końca kwietnia (czyli także w marcu), płyty DVD z ewaluacyjną
wersją Solid Edge with Synchronous Technology otrzymają:
Łukasz Bancerz, Jacek Dąbkowicz, Aleksandra Fandrejewska, Krzysztof Karasiewicz, Adam Kwaśniewski, Monika Leser,
Adam Małoń, Robert Ostrowski, Paweł Pater, Mirosław Piłat, Waldemar Plutta, Marek Proćko, Zbigniew Serkiz, Paweł
Szura, Łukasz Szypowski, Przemysław Tobjański, Iwona Wejher, Maciej Wodniak, Paweł Wojciechowski i Marcin Wolski
.
Segregatory CADblog.pl, przydatne do przechowywania wydrukowanych wydań e-magazynu (lub ich fragmentów), otrzymają:
Michał Kaczorowski, Ireneusz Malec, Rafał Sarba, Adam Siemieniuk i Marcin Strzelecki
.
Wszystkim serdecznie gratulujemy i informujemy, że nagrody prześlemy pocztą po uprzednim kontakcie mailowym
(w celu ustalenia dkładnego adresu wysyłki). A już wkrótce – nowy konkurs! Szczegóły niebawem.
Redakcja
edycja pdf maj 2009
CADblog.
pl
3
Systemy CAE w
praktyce
Strefa OpenSource
Gra w kolory, czyli...
oprogramowanie do analiz i symulacji
CalculiX cz. I
Projektowanie wspomagane komputerowo znacznie
wykroczyło poza obszary, które jeszcze do niedawna
były domeną desek kreślarskich, a także logarytmicznych
suwaków i kalkulatorów. Obliczenia wytrzymałościowe, analizy
zmęczeniowe, obliczenia wartości wielkości przepływów cieczy,
ich wpływu na wielkość i rozkład drgań i naprężeń w układzie
konstrukcji itp. stanowią jedną z dynamiczniej rozwijających się
dziedzin z pogranicza matematyki, informatyki i inżynierii.
Korzystanie w celu przeprowadzenia analiz i obliczeń
z wyspecjalizowanego oprogramowania przestało być
koniecznością, gdyż liczący się producenci coraz częściej
implementują tego typu funkcjonalności bezpośrednio
do swoich systemów; często dzieje się tak na drodze akwizycji.
Gdy jednak nie dysponujemy takim środowiskiem
programowym, a nasze finanse okazują się ograniczone,
możemy sięgnąć po wysokiej klasy wyspecjalizowane narzędzie,
dostępne bezpłatnie, rozwijane przez wiele podmiotów.
Jest nim właśnie CalculiX...
OPRACOWANIE:
Maciej Stanisławski
i symulacji z wykorzystaniem metody elementów
skończonych (MES – ale uwaga, ang. skrót MES
oznacza
Mechanical Events Simulation
; patrz ramka)
zrewolucjonizowały pracę inżynierów. Zredukowały czas
potrzebny na wykonywanie skomplikowanych działań na
układach równań, macierzach itp., w zamian pozwalając
na wykonywanie wspomnianych analiz w środowisku
będącym swoistym standardem współczesnych systemów
CAE. Wspomniany program jest właśnie tego typu syste-
mem, narzędziem – jak kto woli. Ale zanim przejdziemy
do jego omówienia, kilka słów teorii...
wadzane za pomocą metody elementów skończonych
dotyczyły obiektów o bardzo prostych geometriach (naj-
częściej modelowanych jako jednowymiarowe) i stałych
własnościach materiałowych oraz zjawisk opisanych
liniowymi równaniami różniczkowymi. Od lat siedem-
dziesiątych metodę elementów skończonych zaczęto
stopniowo stosować do rozwiązywania problemów nie-
liniowych, ale dalej dla obiektów o stosunkowo prostych
geometriach, modelowanych jako jedno– lub dwuwy-
miarowe. Gwałtowny rozwój techniki komputerowej
w latach osiemdziesiątych, związany z coraz większą
mocą obliczeniową komputerów oraz możliwością
operowania i przechowywania bardzo dużych zbiorów
informacji, umożliwił zastosowanie metody elementów
skończonych do obliczeń problemów nieliniowych dla
obiektów o dowolnie złożonych geometriach, szczególnie
3D. Bardzo duży wkład w rozwój i popularyzację metody
elementów skończonych wniósł profesor Zienkiewicz
z Uniwersytetu Walijskiego w Swansea. Jego książka pt.
„Metoda elementów skończonych” została przetłumaczo-
na na język polski w 1972 r.
Rozwiązanie problemu za pomocą metody elementów
skończonych przebiega w kilku następujących kolejno
etapach:
MES w oprogramowaniu
dla inżynierów projektantów
Metoda elementów skończonych stała się powszech-
nie stosowanym narzędziem obliczeń inżynierskich.
Łatwo zauważyć, iż rozwój metody elementów skoń-
czonych przebiega równolegle z rozwojem techniki
komputerowej.
Pierwsze prace wskazujące na praktyczne zastosowa-
nia MES opublikowane zostały w latach czterdziestych
ubiegłego wieku. W tych samych latach zresztą powstały
pierwsze komputery. Początkowo obliczenia przepro-
4
edycja pdf maj 2009
CADblog.
pl
K
omputerowe systemy do wykonywania analiz
Systemy
CAE w praktyce
Strefa OpenSource
1. Analizowany obszar zostaje podzielony na pewną
skończoną liczbę geometrycznie prostych elementów,
tzw. elementów skończonych.
2. Zakłada się, że te elementy połączone są ze sobą
w skończonej liczbie punktów znajdujących się na
obwodach – najczęściej są to punkty narożne. Noszą one
nazwę węzłów (w Calculix mamy możliwość stosowania
elementów o licznie węzłów dochodzącej do 6 i więcej).
Poszukiwane wartości wielkości fizycznych stanowią
podstawowy układ niewiadomych.
3. Następnie obiera się pewne funkcje jednoznacznie
określające rozkład analizowanej wielkości fizycznej
wewnątrz elementów skończonych, w zależności od
wartości tych wielkości fizycznych w węzłach. Funkcje te
noszą nazwę funkcji węzłowych lub funkcji kształtu.
4. Równania różniczkowe opisujące badane zjawisko
przekształcone zostają (poprzez zastosowanie tzw. funkcji
wagowych) w równania metody elementów skończonych.
Są to równania algebraiczne.
5. Na podstawie równań metody elementów skoń-
czonych przeprowadza się asemblację układu równań,
tzn. oblicza wartości współczynników stojących przy
niewiadomych oraz odpowiadające im wartości prawych
stron. Jeżeli rozwiązywane zadanie jest niestacjonarne,
to w obliczaniu wartości prawych stron wykorzystuje
się dodatkowo warunki początkowe. Liczba równań
w układzie jest równa liczbie węzłów przemnożonych
przez liczbę stopni swobody węzłów, tzn. liczbę niewia-
domych występujących w pojedynczym węźle.
6. Do tak utworzonego układu równań wprowadza
się warunki brzegowe. Wprowadzenie tych warunków
następuje poprzez wykonanie odpowiednich modyfikacji
macierzy współczynników układu równań oraz wektora
prawych stron.
7. Rozwiązuje się układ równań otrzymując wartości
poszukiwanych wielkości fizycznych w węzłach.
8. W zależności od typu rozwiązywanego problemu lub
potrzeb, oblicza się dodatkowe wielkości.
9. Jeżeli zadanie jest niestacjonarne, to czynności opisa-
ne w pkt. 5, 6, 7 i 8 powtarza się aż do momentu spełnienia
warunku zakończenia obliczeń. Może to być np. określo-
na wartość wielkości fizycznej w którymś z węzłów, czas
przebiegu zjawiska lub jakiś inny parametr.
Proste? Bynajmniej. Dlatego właśnie postanowiono
zaprząc do pomocy... komputery.
Systemy CAE
Programy komputerowe, w których stosowana jest meto-
da elementów skończonych, składają się z trzech zasadni-
czych części:
• preprocesora, w którym budowane jest zadanie do roz-
wiązania,
• procesora, czyli części obliczeniowej,
Terminologia:
MES
– Metoda Elementów Skończonych
(ang.:
FEM – Finite Element Method)
FEA
–
Finite Element Analysis
– analiza elemen-
tów skończonych
CAE – (
Computer Aided Engineering) kompu-
terowe wspomaganie prac inżynierskich.
Oprogramowanie komputerowe wspo-
magające sterowanie procesami techno-
logicznymi, np. w zakresie testów tech-
nicznych i analiz projektów realizowanych
komputerowo. Są to narzędzia inżynier-
skie umożliwiające komputerową analizę
sztywności i wytrzymałości konstrukcji
oraz symulację procesów zachodzących
w zaprojektowanych układach.
• postprocesora, służącego do graficznej prezentacji uzy-
skanych wyników.
Graficzne zobrazowanie wykorzystuje m.in. skalę barw
do odzwierciedlenia warunków zachodzących w bada-
nym modelu: błękit i zieleń wskazują obszary bezpieczne,
czerwień – obszary zagrożone w wyniku oddziaływania
określonych sił. Stąd tytułowa „gra w kolory”...
Dla użytkowników tych programów najbardziej pra-
cochłonnym i czasochłonnym etapem rozwiązywania
zadania jest podział na elementy skończone w prepro-
cesorze. Należy tutaj nadmienić, że niewłaściwy podział
na elementy skończone powoduje uzyskanie błędnych
wyników. Wtedy może okazać się, że wspomniana zieleń
źródło: www.calculix.de
Rozkład
maksymalnego naprężenia głównego
dla skrzydła paralotni. autor: Thomas Ripplinger
edycja pdf maj 2009
CADblog.
pl
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]