2. компютърна реализация на метода



Дата25.07.2016
Размер41.23 Kb.
#6573
2. КОМПЮТЪРНА РЕАЛИЗАЦИЯ НА МЕТОДА
Методът на крайните елементи не случайно възниква сравнително късно в сравнение с другите методи за решаване на частни диеренциални уравнения. Развитието на преките вариационни методи и на матричното смятане подготвят неговото появяване, но практическата му реализация става възможна едва когато електронно-изчислителната техника достига необходимото ниво.

Бурното развитие на компютърната техника през последните години стимулира и интензивното развитие на софтуерните продукти за реализацията на МКЕ. Понастоящем съществуват множество програмни пакети за пресмятане на задачи от всички области на техниката, които се използват самостоятелно или като компоненти на системи за автоматизирано проектиране. Всички те се развиват въз основа на няколко общи принципа:



  • Достоверност и надеждност на получените резултати.

Поради огромния брой на процедурите, с които се реализира МКЕ, използваният софтуер най-често се структурира като програмен пакет , модулите на който се разработват от отделни колективи. Това разделение на труда затруднява откриването и отстраняването на евентуални грешки при програмирането, които се проявяват едва при масовото използване на продукта.

Освен това винаги съществува опасност от грешки, произтичащи от естеството на задачата. Например при разбиване на областта могат да се получат елементи с много остри или вътрешни ъгли, което смущава правилното формиране на формата, или да се получат особени точки, в които стойностите на търсената функция да клонят към безкрайност. Съществуват и грешки от закръглението при числената реализация. Всичко това налага многократно тестване на отделните модули при условия, в които се получават очаквани резултати.

Все пак винаги съществува опасност един конкретен изчислителен случай да излезе извън рамките на предписаната област на приложение. Затова повечето софтуери предлагат богата помощна информация, така че тяхното използване да не става “на тъмно”, а с ясна представа за използваните физически връзки, математически методи и програмни процедури. Препоръчва се и сравняване на резултатите с такива, получени при опростени условия с помощта на проверени аналитични методи.


  • Ясен и прост подход при въвеждане на данните и разчитане на резултатите.

Стремежът за разширяване на кръга на евентуалните си клиенти кара авторите на програмните продукти да поемат голяма част от подготовката на входните данни, като оставят потребителя да въведе само най-общите характеристики на процеса. Предлагат се все по-атрактивни графични връзки със системата за пресмятане, чрез която входните данни се задават главно с избор от меню, а резултатите се показват в цвят и движение. По-нататък има възможност процедурите да се развиват автоматично, по най-оптималния (според производителя) начин, или управлявани от потребителя, напътстван от богата помощна информация. Така програмите могат да се използват и от специалисти, познаващи физическата същност на процесите, но без сериозна специална подготовка върху самия метод.

  • Универсалност

Тъй като в по-голямата си част програмната реализация на метода е еднаква при решаване на задачи от различни области на техниката, обикновено веднъж създаден софтуер със специално предназначение (за якостни пресмятания или за топлопренасяне) се надгражда с допълнителни модули и понастоящем предлаганите програмни пакети покриват широка гама от изчислителни случаи. На табл.1 са дадени приложенията на модулите на някои програмни пакети, разпространявани в България.

Програмна система

ANSYS

COSMOS/M

STAND7

Механика – статичен анализ



MULTIPHYSICS

MECHANICAL

STRUCTURAL

STAR, NSTAR





Механика – динамичен анализ



MULTIPHYSICS

MECHANICAL

STRUCTURAL

DSTAR, FSTAR





Анализ на високо-температурни полета



MULTIPHYSICS

MECHANICAL

Thermal

FLOTRAN



HSTAR




Анализ на флуидни потоци

MULTIPHYSICS

FLOTRAN


FLOWSTAR




Анализ на електромагнитни полета

MULTIPHYSICS

Emag


ESTAR



Освен това повечето програмни пакети имат двупосочна връзка с разпространените системи за автоматизирано проектиране (като IDEAS или KATIA) или самите те могат да бъдат използвани като такива. Това позволява след етапа на идейното проектиране информацията за процеса да бъде обработена по МКЕ и резултатите да бъдат използвани в работната фаза, или вече проектиран обект да бъде оптимизиран посредством анализ на процеса.



Основната цел на анализа на процесите по метода на крайните елементи е да пресъздаде математически поведението на реалната физическа система. Това се осъществява посредством създаването на адекватен математически модел на физическия прототип. Това включва геометрично моделиране на обекта, задаване на материалните свойства на компонентите, от които е изграден модела, дефиниране на връзките между компонентите и на другите характеристики на физическата система. Въпреки че се различават в конкретните манипулации, процедурите по използване на програмните системи за реализация на МКЕ в основата си са еднакви. Понататък тези процедури най-общо ще бъдат описани на базата на програмния пакет ANSYS/ED.






Сподели с приятели:




©obuch.info 2024
отнасят до администрацията

    Начална страница