Модуль геометрического моделирования с инструментами конечно-элементного анализа
APM Studio
Модуль APM Studio входит в состав программных продуктов APM Multiphysics, APM WinMachine, APM Civil Engineering, APM StructFEM, APM FGA.
APM Studio предназначен для моделирования и анализа прочности различных конструкций, а также анализа течений жидкостей и газов. Модуль обладает набором необходимых собственных инструментов для выполнения всех стадий решения задач.
APM Studio позволяет:
- создавать пространственные модели, используя средства трехмерного геометрического моделирования;
- импортировать геометрию из сторонних 3D редакторов;
- экспортировать геометрию в сторонние 3D редакторы.
Генерация конечно-элементной сетки проводится в автоматическом и полуавтоматическом режимах. Подготовка модели к расчету включает инструменты задания материалов с характерными свойствами и параметрами, граничных и начальных условий, и их визуализации на геометрической модели.
Выполнение расчетов основано на использовании различных математических моделей, численно (методом конечных элементов) описывающих соответствующую физику процессов. В итоге пользователь получает визуализацию результатов анализа в виде контурных и векторных статических карт, а также в виде анимаций скалярных и векторных полей характеристик, с возможностью формирования текстовых документов в виде экспресс отчетов.
С помощью APM Studio можно выполнить:
- линейный анализ НДС твердых тел;
- нелинейный анализ НДС твердых тел, включая геометрическую и физическую нелинейности, большие деформации, а также контактное взаимодействие;
- анализ частот и форм собственных колебаний твердых тел;
- анализ устойчивости твердых тел;
- многоцикловой усталости твердых тел;
- анализ теплопроводности твердых тел в стационарной / нестационарной постановках;
- анализ фильтрации течений через ортотропную пористую среду в стационарной / нестационарной постановках;
- анализ течений Стокса в стационарной / нестационарной, изотермической / термической, однофазной / двухфазной постановках;
- анализ течений Навье-Стокса в стационарной, изотермической / термической, ламинарной / турбулентной постановках.
Также возможно моделирование ряда мультифизических задач:
- анализ теплопроводности и анализ НДС твердых тел;
- односторонний сопряженный анализ течений и твердых тел, в том числе, сопряженный анализ процессов теплообмена.
Для решения большего спектра задач поддерживается экспорт расчетной модели в модуль APM Structure3D.
В APM Studio реализована работа с твердотельными и поверхностными деталями, а также сборками на их основе. Для расчета необходима генерация конечно-элементной сетки, которая проводится автоматически.
Варианты и настройки при создании сетки:
- треугольные / четырехугольные плоские элементы первого порядка;
- тетраэдры первого / второго порядка;
- шаг постоянный / переменный / адаптивный;
- сгущение / разряжение в объеме / на поверхности;
- предварительное разбиение детали / грани / ребра;
- полуавтоматическая «корректировка» сетки;
- групповое разбиение;
- совместная сетка.
Для формирования связей в сборках предусмотрены:
- контакты: жесткий, скользящий, склейка, балочный и др.;
- соединения: жесткое, сферический шарнир и др.
Нагрузки для анализа НДС твердых тел:
- давление, гидростатическое давление;
- сила сосредоточенная, распределенная по площади / длине, удаленная сила;
- момент, распределенный по площади / длине;
- ускорение линейное / угловое;
- сосредоточенная масса.
Закрепления для анализа НДС твердых тел:
- жесткое в декартовых координатах;
- жесткое в цилиндрических координатах;
- жесткое по нормали;
- упругое.
Граничные и начальные условия для анализа теплопроводности твердых тел:
- температура, начальная температура;
- тепловой поток на тело или поверхность;
- объемный источник тепла, тепловая точечная масса;
- скорость текучей среды;
- конвекция;
- излучение.
Граничные и начальные условия для анализа течений жидкостей и газов:
- давление, начальное давление;
- скорость, начальная скорость;
- расход;
- ускорение;
- турбулентность;
- температура, начальная температура;
- тепловой поток;
- тепловая конвекция;
- тепловая радиация;
- объемная доля;
- потенциал скорости.
Возможности процессора (решателя):
- реализованы численные методы с учетом произвольной геометрии, с произвольными физическими свойствами материалов и граничными условиями;
- реализованы методы решения СЛАУ в виде как прямых, так и итерационных процедур;
- реализованы численные методы с использованием технологий параллельных вычислений;
- поддерживается возможность решения задач с размерностью более 10 млн. степеней свободы;
- различные настройки и параметры для каждого из поддерживаемых типов анализа.
Результаты расчетов
Основными результатами расчетов для твердых тел являются поля: перемещений, напряжений, деформаций, внутренних силовых факторов, температур, тепловых потоков и др.
Основными результатами анализа течений могут быть поля: давлений, скоростей, турбулентных характеристик, температур, тепловых потоков и др.
