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.