Умение решать задачи методом конечных элементов (МКЭ) – это такой же навык, как и все остальные, и его можно развивать, изучая основные этапы правильного решения МКЭ-задач.
Эти этапы чрезвычайно важны, и если вы научитесь принимать правильные решения на каждом из них, то сможете очень быстро стать экспертом в области МКЭ-расчётов.
Шаг 1 – Определитесь с целью расчёта
Ответьте себе на вопрос, какие результаты вы хотите получить, решая задачу методом конечных элементов, и чётко сформулируйте цель расчёта.
Перевод цитаты из книги «Нет оправданий! Сила самодисциплины. 21 путь к стабильному успеху и счастью»: Если у вас есть ясная цель и план её достижения, значит, у вас есть путь, по которому можно двигаться каждый день. Вместо того чтобы отвлекаться или блуждать в потёмках, оказываясь в тупике, вы сможете сосредоточить всё своё внимание на чётко определённой цели и следовать прямо от места, где вы находитесь, до места, куда хотите прийти.» Переводчик: Олег Белошеев
Вы хотите получить распределения напряжений по Мизесу, коэффициенты запаса, или, быть может, максимальные перемещения?
Это очень важный вопрос, ведь от ответа на него зависит весь процесс расчёта. Для определения напряжений, например, вам потребуется значительно более точная модель с мелкой сеткой, чем для определения перемещений.
Ещё один вопрос – какая требуется точность результатов?
И, наконец, важно различать проектирование на основе расчётов и проверочные расчёты прочности и устойчивости конструкций. Различие между проектировочными и проверочными расчётами я объясняю в рамках своего бесплатного курса по основам МКЭ-расчётов.
Шаг 2 – Соберите и продумайте исходные данные
Ответьте себе на вопрос, какие исходные данные вам потребуются для решения задачи.
Для выполнения расчёта обычно необходимо задать множество исходных данных: свойства материалов, геометрические характеристики поперечных сечений элементов и многое другое.
Чтобы решить задачу вычислительной гидрогазодинамики (CFD – Computational Fluid Dynamics), вам могут потребоваться температурные зависимости таких свойств, как вязкость, плотность и удельная теплоёмкость различных взаимодействующих жидкостей.
Когда исходных данных не хватает, у вас может возникнуть желание просто заполнить пустые поля любыми правдоподобными значениями. Однако такое безответственное отношение к качеству исходных данных чревато серьёзными ошибками.
Необходимо также учитывать, что нагрузки в реальных условиях могут существенно отличаться от нагрузок в лабораторных испытаниях.
Умение строить модели и получать осмысленные результаты на основе неполных и неточных данных как раз и определяет разницу между квалифицированным инженером-расчётчиком и простым «кнопкодавом».
Шаг 3 – Выберите наиболее рациональный метод решения задачи
Некоторые задачи довольно легко и быстро решаются вручную. Однако таких задач очень мало в современном инженерном мире, а потому необходимо хорошенько продумать, какой метод их решения будет наиболее рациональным.
Не обманывайтесь кажущейся внешней простотой модели! Даже в самых простых на вид моделях могут возникать сложные физические процессы, которые можно учесть только при помощи передовых технологий компьютерного моделирования.
МКЭ-программы являются, пожалуй, самым мощным из всех доступных расчётных инструментов. Однако не следует забывать, что есть и другие более простые методы, которые могут оказаться более рациональными для вашей задачи.
Старайтесь также по возможности использовать упрощающие предположения и другие средства, чтобы добиться максимальной скорости и точности расчётов.
Ведь только представьте, как будет обидно, если вы потратите несколько месяцев на расчёт модели, а потом выяснится, что достаточно было одного несложного упрощения, чтобы решить эту задачу меньше, чем за один день! Сколько можно было бы сэкономить времени!
Шаг 4 – Проверьте и задокументируйте результаты
Получение результатов – это ещё не победа. Необходимо сперва убедиться в их точности.
Метод конечных элементов может дать наилучшее представление о характеристиках и особенностях работы изделия, но только при разумном его применении.
МКЭ-программы можно рассматривать, как набор инструментов, которые используются в определенных обстоятельствах для решения конкретных задач. Главное: не забывайте, что мастер, использующий эти инструменты – это всегда вы, а не программное обеспечение.
Среди инженеров-расчётчиков очень популярна фраза, описывающая принцип работы расчётных программ: «мусор на входе, мусор на выходе» (“Garbage in, Garbage out”). Она означает, что ошибки в исходных данных ВСЕГДА приводят к ошибкам в результатах.
Качество результатов зависит, в первую очередь, от качества исходных данных, а также от процесса усовершенствования конечноэлементной модели. Начиная с простой постановки, благодаря постоянным проверкам и улучшениям модели, можно, в конечном итоге, получить результаты, близкие к реальности.
Всегда внимательно проверяйте соответствие принятых предположений реальным условиям, поскольку в некоторых случаях они могут быть не совсем верными. Чтобы оценить влияние принятых допущений на результат, попробуйте поменять граничные условия и сопоставить получаемые результаты.
Компания Софт Инжиниринг Групп благодарит за Ваш интерес к блогу Ansys и нам важно получать от вас обратную связь – это поможет нам лучше подготавливать в будущем материалы. Оставляйте свои комментарии, вопросы и предложения под статьей или посредством E-mail:
Источник: www.ansys.soften.com.ua
