Продукт Номер в реестре: 132
CAE Фидесис 
Система прочностного анализа для инженеров
rating20
Эту страницу просматривали
Подробное описание
участник РИП

CAE Фидесис — программный комплекс прочностного анализа. Комплекс включает в себя следующие типы анализа:

  • статическое нагружение;
  • динамическое нагружение;
  • анализ собственных частот.

В состав комплекса также входит программа Fidesys Viewer, предназначенная для просмотра и анализа полученных результатов:

  • визуализации скалярных и векторных полей;
  • построения графиков и диаграмм;
  • анализа временных зависимостей.

CAE ФИДЕСИС — это удобный и эффективный инструмент, позволяющий осуществить полный цикл прочностного инженерного анализа: загрузка и анализ CAD-модели, построение расчетной сетки, задание нагрузок и механических свойств материала, выбор и настройка МКЭ-решателя, расчет модели, визуализация результатов расчета.

 

Технические характеристики

CAE Фидесис изначально разрабатывался таким образом, что, с одной стороны, системные требования для комплекса невысоки: он может быть запущен на обыкновенном персональном компьютере, а, при наличии в компьютере мощной видеокарты с поддержкой технологии CUDA, вычисления будут выполняться на ней (что дает ускорение в расчетах 10-30 раз).

Минимальные требования к программному обеспечению и оборудованию:

Аппаратные требования

·       Процессор: Dual-core 1,7 ГГц и выше

·      Оперативная память: не менее 2GB

·      Свободное место на диске: 5 GB

·      Видеокарта уровня NVIDIA GeForce GTX 460 или выше (для поддержки технологии CUDA)

·  Разрешение экрана: 1024х768 и выше

Операционная система

· Windows XP SP3 32bit

· Windows 2003 Server R2 SP3 32/64bit

· Windows Vista SP2 32/64bit

· Windows 7 32/64bit

Интерфейсы пользователя.

Графический интерфейс CAE Фидесис обеспечивает взаимодействие пользователя с возможностями пакета и позволяет поэтапно контролировать полный цикл проведения расчета:

·         создание или импорт геометрии,

·         построение расчетной сетки,

·         задание всех параметров расчета,

·         запуск расчета,

·         просмотр и экспорт результатов расчета

.

Кроме того, работа с CAE Фидесис может осуществляться посредством интерфейса командной строки с расширенным набором операций, что может быть полезно для автоматизации процесса работы с геометрией/сеткой, задания граничных условий и свойств материала. При работе с графическим интерфейсом Фидесис каждая команда дублируется выводом в командную строку и записью в Журнал команд, который может быть использован впоследствии для автоматического воспроизведения всех совершенных пользователем операций. Журнал команд легко редактируем и позволяет разрабатывать целые программы на встроенном скриптовом языке для выполнения в дальнейшем в командной строке CAE Фидесис.

В пакете Фидесис имеется встроенная поддержка языка программирования Python. Это позволяет пользователю, обладающему минимальными навыками программирования, автоматизировать выполнение рутинных задач, а также воспользоваться возможностями пакета, недоступными через графический интерфейс. Язык программирования Python известен своим простым синтаксисом и легкостью в изучении. Он широко распространен как в коммерческой среде, так и среди сообщества программного обеспечения с открытым исходным кодом. В отличие от компилируемых языков (таких, как Java, C++, FORTRAN) он не требует наличия у пользователя средств разработки (компилятора, линковщика) и опыта работы с ними, так как интерпретатор Python полностью встроен в Фидесис. Интерпретируемость также означает, что можно выполнять не только целые программы, но и отдельные команды в интерактивном режиме.

В графическом интерфейсе предусмотрена интерактивная консоль. В ней пользователь может вводить любые команды на языке Python и сразу же наблюдать результат их выполнения. В частности, это очень удобно на этапе ознакомления с языком, а также для проведения экспериментов.

С помощью команд на языке Python можно выполнять все действия, доступные через графический интерфейс, причем пользователь не ограничен в выборе только одного средства взаимодействия с пакетом. Например, возможно создать в графическом интерфейсе модель с одним включением, задать его свойства (размеры, форму, параметры материала и другие) и затем, уже с помощью интерактивной консоли, создать несколько копий включения, расположив их требуемым образом в пространстве.

В документации к пакету «Фидесис» имеются примеры и пошаговые руководства, которые описывают некоторые типичные сценарии применения языка Python. Примеры составлены таким образом, чтобы пользователь мог взять их за основу и адаптировать для решения своих конкретных задач.

Форматы входных/выходных данных.

CAE Фидесис позволяет самостоятельно создавать геометрию с помощью встроенного функционала, а также импортировать модели, созданные в различных CAD-системах:

·  ACIS (*.sat**.sab*)

·  IGES (*.igs**.iges*)

·  STEP (*.stp**.step*

·  AVS Files (*.avs*)

·  Genesis/Exodus (*.g**.gen**.e**.exo*)

·  Facets (*.fac*)

·  STL Files (*.stl*)

·  Patran (*.pat**.neu**.out*)

·  Ideas (*.unv*)

·  Abaqus (*.inp*)

·  Fluent (*.msh*)

·  Nastran (*.bdf*)

·  Cubit Files (*.cub*)

·  Catia (*.CATPart*.CATProduct**.ncgm)

Потребительские свойства

Работа с пакетом Фидесис начинается с задания геометрии задачи. С помощью графического интерфейса можно задавать простую геометрию, например пластинки и тела с включениями и отверстиями различной формы. Такие модельные задачи позволяют сравнивать результаты расчета с аналитическими решениями и другими расчетными пакетами.

Для задания более сложной геометрии пользователь может загрузить модель, подготовленную.в CAD-системе.

Следующий этап работы с пакетом — построение расчетной сетки. Вначале строится дискретизация границы (в двумерном случае) или поверхностная сетка (в трехмерном), затем по этим данным строится сетка во всей области. При этом пользователь может интерактивно задавать параметры построения сетки: коэффициент разгрубления, максимальный размер элемента, количество точек на границе или поверхности и другие.

Когда расчетная сетка построена, пользователь задает параметры задачи: нагрузки, начальные и граничные условия, свойства материалов. С помощью графического интерфейса пользователь может установить наиболее типичные варианты нагрузок (например, равномерное давление, приложенное к поверхности отверстия или полости) и граничных условий (например, условие симметрии). Если требуется бо́льшая гибкость, возможно написать подпрограмму на языке Python (см. раздел Интерфейсы пользователя).

По умолчанию, пакет Фидесис автоматически выбирает наиболее оптимальные параметры расчета, соответствующие возможностям компьютера пользователя и типу решаемой задачи. Например, если в системе многоядерный процессор, будет включено распараллеливание, а если доступна производительная видеокарта, поддерживающая технологию CUDA, она будет также задействована в расчете.

Также автоматически выбирается наиболее эффективный метод решения систем линейных уравнений исходя из типа и размера решаемой задачи. Такой подход в большинстве случаев оптимален для пользователя, однако за ним всегда остается возможность изменить настройки по своему усмотрению.

Если заданы противоречивые входные данные или невозможные параметры расчета, пользователю будет выдано сообщение об ошибке, содержащее описание проблемы и наиболее вероятную ее причину. В сообщении также будут предложены способы устранения ошибки и даны ссылки на соответствующие разделы справки.

На протяжении всех длительных процессов (построение расчетной сетки, проведение расчета) пользователю отображается окно с информацией о текущем действии и степени его выполнения.

Сразу после завершения расчета пользователь может воспользоваться встроенными в пакет возможностями визуализации и анализа. В статических задачах возможно отобразить модель в начальном и в напряженно-деформированном состояниях; в динамических задачах — воспроизвести распространение волн и возмущений в теле.

Пользователь также может воспользоваться сторонними пакетами анализа и визуализации данных — для этого предусмотрена возможность экспорта результатов расчета в формат VTK. Таким образом, как и в случае импорта геометрии, пользователь может выбрать наиболее комфортный способ ввода и вывода информации.

 

Функциональные возможности

Программный комплекс «FIDESYS» предназначен для решения статических и динамических задач прочности – задач о расчете напряженно-деформированного состояния тел при конечных деформациях с использованием метода конечных элементов (МКЭ), метода спектральных элементов (МСЭ), разрывного метода Галеркина (DG).

Комплекс разработан таким образом, что, с одной стороны, системные требования для комплекса невысоки: он может быть запущен на обыкновенном персональном компьютере, а при наличии в компьютере мощной видеокарты с поддержкой технологии CUDA, вычисления будут выполняться на ней (что дает ускорение в расчетах до 30 раз), а, с другой стороны, адаптирован  под супер-ЭВМ.

Наиболее востребован  пакет  там,  где необходимы учет больших деформаций и их перераспределение -  в нелинейной механике прочности и  разрушения, механике фазовых превращений:

  1. В приложении к традиционным резиноподобным и полимерным материалам (резинотехническая и шинная промышленность)
  2. Биоматериалы (использование биоматериалов в медицине),
  3. При проектировании материалов с изменяющимися при нагружении свойствами (разработка новых конструкционных материалов)
  4. физика мягких материалов
  5. Наноразмерные кристаллические образцы (наночастицы, тонкие пленки и бездефектные области вблизи растущих наноразмерных дефектов)
  6. Задачи  об образовании и развитии дефектов (задачи мониторинга)
  7. При анализе прочности при больших деформациях тел из пористых материалов, содержащих дефекты (где необходима оценка эффективных свойств материала, включая поры с внутренним давлением)
  8. При решении научно-исследовательских задач (университеты, исследовательские лаборатории)
  9. Дополнительные возможности
    • задачи акустики на основе разрывного метода Галеркина(DG) (задачи акустического каротажа);
    • связанные задачи движения вязкой жидкости в развивающейся трещине при конечных деформациях (трещина гидроразрыва).
    • связанные задачи для тел из материалов, изменяющих свои свойства при нагружении (фазовые переходы с использованием теории Ландау-Гинзбурга)
    • расчетный модуль для определения эффективных характеристик материалов при конечных деформациях и их перераспределении (включая наноструктурированные материалы)
    • расчетный модуль на основе принципов молекулярной динамики позволяет определять механические свойства материала, необходимые для расчетов наноразмерных  образцов.
Особенности технологии

Уникальность данного программного комплекса[1] определяется возможностью решения задач, в которых в процессе нагружения происходит образование новых граничных поверхностей (полостей) в теле или изменение свойств материала в некоторой части тела, что ведет к перераспределению конечных деформаций в теле. Комплекс позволяет явным образом учитывать перераспределение конечных деформаций и, в отличие от схем, связанных  «убийством элементов» или заменой свойств материала внутри элемента (без точного учета граничных условий), использует подход, основанный на точной записи аналитических соотношений полной постановки задачи, в том числе учитывающей принудительное удаление части тела.

Кроме того, при решении задач при конечных деформациях не используется метод последовательного догружения. Использование этого метода в ряде случаев может привести к получению решения, не соответствующего общей нелинейной постановке задачи, и не позволяет (в частности) находить зоны разгрузки при решении при больших деформациях задач в точной постановке теории пластичности.

В комплексе использован подход прямой замены системы нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных системой нелинейных алгебраических уравнений с помощью МКЭ или МСЭ с последующим их решением. Кроме того,  комплекс позволяет при необходимости решать задачи для несжимаемых материалов, не заменяя их слабосжимаемыми.

Для решения задач для вязкоупругих материалов комплекс позволяет использовать интегральные определяющие соотношения со слабосингулярными ядрами.

Кроме того, комплекс позволяет (в том числе и при конечных деформациях):

-         моделировать процесс разрушения с учетом возникновения и развития  зон предразрушения;

-         решать связанные задачи, включая твердотельные фазовые переходы;

-         при решении задач прочности решать задачи вязкого развития трещины (ненулевого раскрытия) с последовательным поглощением основной трещиной вторичных;

-         учитывать как локальные, так и нелокальные критерии прочности;

-         решать задачи по определению первоначальной формы удаленной части нагруженного тела при задании формы тела после удаления и последующего деформирования;

-         при конечных деформациях оценивать эффективные свойства материала (включая пористые материалы).

Увеличение расчетных возможностей комплекса осуществлено  за счет:

  1. Уточнения моделей, расчетных схем и методов, в частности,

1.1. более точной оценки нелинейных эффектов, возникающих при конечных деформациях и их перераспределении;

1.2. возможности учета при больших деформациях принудительного изменения формы тела (элемента конструкции) при нагружении, возникновения новых поверхностей в нагруженном теле;

1.3. возможности учета при больших деформациях изменений свойств материалов при нагружении (в том числе фазовые твердотельные переходы), включая расчеты для наноразмерных объектов;

1.4. учета современных представлений об определяющих соотношениях; включая необходимые расчеты с использованием подходов молекулярной динамики.

1.5. возможности решения различных типов связанных задач, в том числе и при конечных деформациях;

1.6. применения новейших численных схем решения задач математической физики, например, полностью явного метода спектральных элементов, разрывного метода Галеркина.

  1. Использования современных вычислительных, программных и аппаратных подходов и методов. 

2.1. Использование современных программных библиотек и средств, позволяющих значительно упростить разработку и ускорить вычислительный процесс.

2.2. Распараллеливание вычислительных процессов. Использование систем с общей памятью. Массивно-параллельные системы. Кластерные вычисления.

2.3. Применение новейших технологий, использующих дополнительные ресурсы ПК, например, технологии СUDA.

 

Программный  комплекс «FIDESYS» дополнен программным комплексом «НАЛОЖЕНИЕ» на базе численно-аналитических и аналитических вычислений на ЭВМ, позволяющим получать при конечных деформациях приближенные аналитические решения плоских задач, которые могут являться проверочными (тестовыми) для пакетов на основе МКЭ для конечных деформаций и их перераспределения.

В промышленных пакетах для сложных нелинейных задач крайне мало тестовых возможностей (проверочных задач) для проверки правильности полученных результатов. Данное дополнение к пакету в  большом числе случаев до определенного уровня деформаций (особенно для несжимаемых материалов) дополняет возможности тестирования. Данный комплекс позволяет получить приближенные решения для сложных задач нелинейной упругости в виде аналитических выражений, зависящих от координат, параметров материала и т.п., что значительно упрощает дальнейший анализ и применение полученных результатов.


/>

[1] Имеющиеся пакеты этими свойствами не обладают

Коммерческая информация
Конкурентные преимущества

1) Одними из типичных проблем для пользователя таких пакетов являются получение решения «сверхбольших задач» (от 100 млн. расчетных узлов на РС), что требуется в различных отраслях промышленности (например, при учете твердотельного фазового перехода под действием механических напряжений и (или) немеханических воздействиях при конечных деформациях в тонких пленках, включая оценку эффекта «выпучивания», геофизические задачи) и проблемы точности расчета, например при выделении фронта волны. Эти проблемы связанны частично с использованием в САЕ метода конечных элементов (МКЭ). В настоящее время прошли научную апробацию методы спектрального элемента (МСЭ), разрывный метод Галеркина (discontinuous Galerkin method-DG), но в САЕ-системах эти методы не используются, т.к. эти методы получили развитие после создания основных универсальных САЕ-систем.

Группа разработчиков САЕ Фидесис использует в пакете два ядра: одно на основе МКЭ, полностью повторяя функциональность расчетных ядер универсальных САЕ-систем, а второе на основе МСЭ, DG и комбинации МСЭ и DG (последнее ноу-хау группы разработчиков), что повышает точность, производительность САЕ в задачах динамики (при малых и конечных деформациях, в сверхбольших динамических задачах), в частности, за счет использования явных схем.

2) Проблемы, которые следует учитывать при использовании универсальных САЕ для расчетов при конечных деформациях, более существенны, т.к. в этом случае нет общих математических доказательств, позволяющих говорить о сходимости и единственности решения, для МКЭ (как и для других методов) в задачах механики деформируемого твердого тела. Крайне мало число проверочных (тестовых) задач, точных решений, позволяющих «надеяться» на правильность (достоверность) полученных с помощью САЕ-систем результатов решения. Например, в пакете ANSYS, одном из основных на рынке прочностных расчетов, в разделе Help для задач прочности при конечных деформациях их менее10.

Группа разработчиков САЕ Фидесис увеличила число таких примеров за счет решения серии задач при конечных деформациях, обобщающих задачу Ламе-Гадолина для несжимаемых упругих материалов (использованы классические универсальные решения), на случай перераспределения конечных деформаций при вставке предварительно деформированного цилиндра в недеформированный и на случай плоского напряженного состояния, решения задачи Ламе для сжимаемого упругого материала типа Блейтца и Ко, а также за счет получения приближенных аналитических решений плоских задач с использованием авторского программного комплекса на основе численно-аналитических вычислений на ЭВМ (задачи о напряженно-деформированном состоянии бесконечно протяженных нелинейно-упругих и вязкоупругих тел при образовании полостей различной формы и круговых упругих включений).

3) Одной из частных проблем, возникающих перед пользователем, решающим задачи для вязкоупругих материалов, является использование при расчетах слабосингулярных ядер для более точного описания свойств материала. Эти ядра находят применение в последнее время при решении ряда задач.В универсальных САЕ это не предусмотрено.

Группа разработчиков САЕ ФИДЕСИС за счет использования в расчетном ядре метода Прони  и других методов решила эту проблему для разных типов представления слабосингулярного ядра.

4) При формулировке определяющих соотношений при конечных деформациях за счет использования в них аффинора «собственных» деформаций пользователь может решать задачи о фазовых твердотельных переходах  (например, для материалов с памятью формы), задавать свои типы определяющих соотношений пластичности. Такая возможность отсутствует в универсальных САЕ  для случая конечных деформаций.

5) При решении динамических задач, задач об изменении свойств материала тела, развития в нем дефекта требуется использовать автоматическое адаптивное перестроение расчетной сетки в процессе решения, причем в зависимости от свойств материала и типа нагружения может требоваться анизотропная расчетная сетка .

В универсальных пакетах автоматическое построение анизотропной адаптивной сетки не предусмотрено. Группа разработчиков САЕ ФИДЕСИС за счет модификации и использования генератора сеток, разработанного под руководством Ю.В. Василевского решила эту проблему.

6) При решении сверхбольших задач (например, задача о твердотельных фазовых переходах под действием механических напряжений и (или) при немеханических воздействиях при конечных деформациях в тонких пленках, включая оценку эффекта «выпучивания» пленки; или задачи сейсморазведки, акустического каротожа, задачи оценки свойств материала пород по натурному эксперименту) требуется использование параллельных вычислений  и различных вариантов их реализации: на системе с общей памятью, на кластере, на системе с общей памятью с использованием технологии CUDA, на гибридном кластере с использованием технологии CUDA. Универсальные пакеты разрабатывались до возникновения этих технологий,  поэтому в расчетных ядрах этих пакетов современные технологии параллельных вычислений не используются или задействованы недостаточно эффективно. Группа разработчиков САЕ ФИДЕСИС изначально заложила эти возможности при разработке расчетных ядер и использует современные библиотеки для эффективного распараллеливания .

7) Одной из серьезных частных проблем, возникающих перед пользователем универсальной САЕ, является использование САЕ для решения связанных задач при конечных деформациях (например, при моделировании твердотельных фазовых переходов в нанопленках в рамках теории Ландау–Гинзбурга даже для одного параметра порядка; при использовании кинетических уравнений в задачах о нагружении элементов конструкций из полимерных материалов, изменяющих свои свойства при нагружении  ; в задачах о развитии трещины гидроразрыва и о развитии дефекта с учетом образования зон предразрушения). В универсальных САЕ не заложена возможность решения таких комплексных задач.

Группа разработчиков САЕ Фидесис изначально заложила для указанных выше задач такую функциональную возможность, а также возможность использования «собственных» деформаций при моделировании процессов предразрушения (с учетом повреждаемости ).

8) При проектировании и мониторинге поведения изделия и (или) элемента конструкции возникает проблема оценки эффективных свойств материала .

При малых деформациях существует устоявшаяся методика их оценки, но она не заложена в универсальные САЕ-системы, подразумевающие, что пользователь самостоятельно допишет процедуру, позволяющую получить такую оценку на языке пакета. Для конечных деформаций для пористых материалов, армированных конструкционных материалов, наноструктурированных материалов (включая учет наличия поверхностного слоя и его изменения в процессе нагружения и эффект отслоения), такая методика разработана членами группы разработчиков САЕ ФИДЕСИС. Эти методики включены в расчетное ядро САЕ ФИДЕСИС.

9) Серьезной проблемой для имеющихся САЕ систем является невозможность решать задачи, в которых граничные условия сформулированы в конечном состоянии (конфигурации), особенно при описании нагружения тела в несколько этапов. Эта проблема решена в расчетном ядре ФИДЕСИС за счет использования теории многократного наложения (перераспределения) больших деформаций, и это добавляет функциональные возможности коробочному продукту при моделировании задач, необходимых как при проектировании элементов конструкций, анализу поведения их при эксплуатации и повреждении, так и при анализе экспериментальных данных для наноструктурированных материалов.

10) Сравнительно новой проблемой, возникающей при использовании универсальных САЕ систем для моделирования задач ноноиндутрии, является интеграция их с имеющимися или разрабатываемыми программами на основе соотношений молекулярной динамики (в особенности использующих технологию CUDA). Использование таких программ необходимо при моделировании механических свойств элементов конструкции изделия наноиндустрии с последующим использованием этих свойств в прочностных расчетах. CAE ФИДЕСИС позволяет проводить такую оценку механических свойств материала путем прямого численного эксперимента на заданной атомарной структуре материала с использованием методов молекулярной динамики. Данный подход успешно применяется в настоящее время в широко известных на рынке пакетах молекулярной динамики. Наиболее популярными из них являются: AMBER, CHARMM (и коммерческая версия CHARMm), GROMACS, GROMOS, NAMD, HOOMD. В САЕ ФИДЕСИС изначально была заложена возможность проведения молекулярного моделирования на графических ускорителях с использованием технологии CUDA для случая проведения вычислительных экспериментов с целью определения механических характеристик материала (расчет даже в 2D требует использования в модели несколько миллионов атомов для получения репрезентативной модели).

Нормативно-техническое обеспечение
(стандарты, сертификаты, разрешения)
Опыт применения

На основе расчетных ядер (в составе альфа-версии пакета) оказаны научно-технические услуги исследовательской лаборатории университета Айова, компаниям ТРИНИТИ, Т-Сервисы.

Категории классификатора

Продукт заполнен на 80%
Вход в систему Регистрация →
Забыли пароль?