Современные САЕ-системы

 

В состав машиностроительных САЕ-систем преж­де всего включают программы для выполнения следующих процедур:

- моделирование полей физических величин, которое чаще всего выполняется с использованием метода конечных элементов (МКЭ);

- расчёт состояний моделируемых объектов и переходных про­цессов в них средствами макроуровня;

- имитационное моделирование сложных производственных систем на основе моделей массового обслуживания.

В системах инженерных расчетов и анализа CAE центральное место занимают программы моделирования полей физических величин, прежде всего это программы анализа прочности по методу конечных элементов (МКЭ).

Метод конечных элементов разработан к 1950 г. специалистами, работающими в областях строительной механики и теории упругости. В 1963 г. был предложен сравнительно простой способ применения МКЭ для анализа прочности путем минимизации потенциальной энергии.

Первые программные комплексы, в которых реализован метод конечных элементов, были разработаны в 60-х годах. К ним относятся STRUDL-II, SAP-IV, NONSAP, ASKA, NASTRAN, SESAM-69 и другие. Появлению этих универсальных программных систем в силу особенностей метода конечных элементов предшествовало создание высокопроизводительных электронно-вычислительных машин, таких, например, как IBM-370. Начиная с конца 70-х годов в СССР появилось несколько десятков программных комплексов для разных ЭВМ, в которых был реализован МКЭ. К их числу относятся МИРАЖ, МОРЕ, КАСКАД-2, ПРОЧНОСТЬ-75, МКЭ/20, МАРС, ПАРСЕК, ЛИРА, СПРИНТ, FEA и ряд других программ.

В США и ряде других стран дальнейшее развитие МКЭ и необходимость в проведении расчетов конструкций на прочность также способствовали дальнейшему развитию уже созданных программных комплексов и разработке новых. Были разработаны сотни программных комплексов, предназначенных для приближенного решения самых разнообразных задач не только из области механики деформируемого твердого тела, но и из таких областей как гидродинамика, акустика, электротехника и т.д. Наибольшее распространение из них получили:

• ANSYS, MSC NASTRAN - для решения линей­ных и нелинейных, стационарных и нестационар­ных пространственных задач механики деформи­руемого твердого тела и механики конструкций (включая нестационарные, геометрически и фи­зически нелинейные задачи контактного взаимо­действия элементов конструкций), задач механи­ки жидкости и газа, теплопередачи и теплообме­на, электродинамики, акустики, механики свя­занных полей;

• LS-DYNA, ABAQUS, MSC Marc - для решения задач о сильно нелинейных и быстропротекающих процессах в деформируемых средах со сложными реологическими свойствами, для решения прост­ранственных динамических нелинейных задач контактного взаимодействия (например, краш- и дроп-тесты), решения задач технологической меха­ники, а также задач механики конструкций, содер­жащих жидкость;

• CFX, Fluent, STAR-CD - для решения трехмер­ных задач механики жидкости и газа (стационар­ные и нестационарные, ламинарные и турбулент­ные течения со свободными поверхностями; мно­гофазовые потоки, учет кавитации, химические реакции и др.);

• ADAMS - для решения задач кинематического и динамического моделирования и анализа (в том числе, в реальном масштабе времени) сложных механических систем, применяемых в авиационной, космической, автомобильной, же­лезнодорожной и других отраслях промышлен­ности.