Расчет междисциплинарных взаимодействий
Междисциплинарные (мультифизические) задачи
В настоящее время при проектировании современных конструкций перед инженером ставятся задачи учета различных физических процессов и явлений, происходящих одновременно и влияющих на поведение конструкции в целом или отдельных ее частей. Для решения подобных задач помимо знаний в соответствующих областях физики нужен инструмент, позволяющий анализировать и учитывать влияние одного процесса на другой. Разработанный компанией НТЦ «АПМ» программный комплекс APM Multiphysics позволяет решать следующие мультифизические задачи:
- тепловой и прочностной анализ твердых тел;
- односторонний сопряженный анализ течений жидких и газовых сред и твердых тел (One-Way Coupled Fluid Structure Interaction), в том числе, сопряженный анализ процессов теплообмена;
- двусторонний сопряженный анализ течений жидких и газовых сред и твердых тел (Two-Way Coupled Fluid Structure Interaction) реализованный в связке программных продуктов APM Multiphysics и FlowVision от компании ТЕСИС.
Расчет междисциплинарных взаимодействий в продуктах APM
Тепловой и прочностной анализ твердых тел
В APM Multiphysics реализована возможность совместного теплового расчета конструкции с последующим ее прочностным анализом. Решение такой задачи состоит из двух этапов. На первом этапе проводится тепловой анализ в стационарной или нестационарной постановке, результатами которого являются поля температур. На втором этапе эти поля могут быть использованы в качестве граничных условий на стадии анализа напряженно-деформированного состояния твердого тела, для которого был проведен тепловой расчет, для вычисления термического НДС. При проведении теплового расчета в нестационарной постановке, дополнительно необходимо указать момент времени, который будет определять поле температур в качестве граничных условий. Кроме того, существует возможность учитывать изменение физических свойств материала в зависимости от температуры.
Сопряженный анализ течений жидких и газовых сред и твердых тел
Взаимодействия течений жидкостей и газов с деформируемыми твердыми телами – это явления или процессы, которые наиболее часто можно наблюдать в природе. Такие процессы характеризуются тем фактом, что обтекание тела потоком жидкости или газа оказывает сильное влияние на само тело, его напряженно-деформированное состояние, и, наоборот, деформация тела оказывает незначительное или же значительное влияние на структуру потоков жидкостей или газов. Эти процессы по отдельности могут быть рассчитаны только с использованием соответствующих физических законов и их математических интерпретаций, но из разных физических дисциплин. Проблемы, в которых возникающие физические подзадачи не могут быть решены независимо друг от друга, называются сопряженными и мультифизическими. Механика жидкостей и газов и механика деформируемого твердого тела являются базовыми дисциплинами для подобного рода задач, а сами задачи также часто называют междисциплинарными.
Связи физических подзадач, которые описывают характер взаимовлияния между процессами течений жидкостей и газов и напряженно-деформированным состоянием твердых тел, представляются в виде односторонних или двусторонних. Такие связи можно представить в виде блок схем.
Схема нахождения общего решения междисциплинарной задачи с односторонней связью дает удовлетворительные результаты и может применяться в том случае, если деформация твердых тел оказывает незначительное влияние на структуру течений жидкостей или газов, например, при высокой жесткости твердых тел, и, соответственно, малой деформативности. В то же время схема с двусторонними связями должна применяться в тех случаях, когда деформация твердых тел оказывает существенное влияние на структуру течений жидкостей или газов, которым, так или иначе, пренебрегать нельзя. В общем, решение междисциплинарной задачи с двусторонними связями является более точным. Преимуществом же решения задачи с односторонней связью является значительно меньшее время вычислений.
Односторонний сопряженный анализ течений жидких и газовых сред и твердых тел (One-Way Coupled Fluid Structure Interaction), в том числе, сопряженный анализ процессов теплообмена, реализован в программном комплексе APM Multiphysics, который включает с себя программный продукт APM FGA, предназначенный для анализа течений жидких и газовых сред, и APM WinMachine и APM Civil Engineering, которые имеют в своем составе все средства анализа напряженно-деформированных состояний твердых тел для областей машиностроения и строительства.
Двусторонний сопряженный анализ течений жидких и газовых сред и твердых тел (Two-Way Coupled Fluid Structure Interaction) реализован связке программных продуктов APM Multiphysics и FlowVision от компании ТЕСИС, в которой программный комплекс FlowVision используется в качестве средства анализа течений жидкостей и газов, а APM Multiphysics для анализа напряженно-деформированных состояний.
Подробную информацию по каждому из программных продуктов можно найти в соответствующем разделе сайта.
Информацию о программном комплексе FlowVision можно уточнить на официальном сайте компании ТЕСИС.
