Nacházíte se zde: Rhino3D.cz > Články > Zásuvné moduly > Scan&Solve - konečně MKP analýza přímo v Rhinu!


Scan&Solve - konečně MKP analýza přímo v Rhinu!

Publikováno: 13.8.2010 | Autor: Jan Slanina | Rubrika: Zásuvné moduly | Komentáře: 1 - Doporučit

ikonaPokud si v Rhinu pouze nehrajete, ale modelujete reálné namáhané výrobky či konstrukce, tak jistě víte, že nedílnou součástí návrhu je také napěťově deformační analýza. Dosud jste museli modely z Rhina převádět na polygonové síte a exportovat je do závratně drahých programů pro výpočet metodou konečných prvků. To se ale nyní mění - přichází k vám novinka z Kalifornské univerzity v Berkeley...

Scan&Solve™ pro Rhino je nový zásuvný modul od společnosti Intact Solutions, který plně automatizuje základní strukturální analýzy těles v Rhinu. Není nutné provádět žádné zjednodušování těles, odstraňování prvků, léčení, překlady ani převody na polygonové sítě. V závislosti na složitosti vašeho modelu a zvoleném rozlišení může výpočet trvat i několik minut, ale výsledky za to stojí!

Modul je zatím ve stadiu betaverze a může si ho stáhnout kdokoliv zdarma (odkaz na domovskou stránku je pod článkem).

Současná podoba pluginu je teprve začátek - výrobce bude postupně doplňovat další analýzy (přenosy tepla, proudění kapalin atd) a modul se bude rozvíjet také ve smyslu definice materiálů a působícíh sil a zatížení (gravitace, vítr, dynamické síly...). Mluví se i také o interakci mezi objekty s různými materiály a do budoucna i o anizotropických materiálech.

Jak se tedy modul obsluhuje? Neuvěřitelně jednoduše. Vyberete objekt, spustíte modul, vyberete materiál z knihovny, zvolíte vetknutí (uchycení) a specifikujte zatížení ploch objemového modelu:

Scan and solve 01 

Klikněte na tlačítko Go a vypočítá se prognóza vlastností (stabilita, slabá odolnost) vašeho modelu:

Scan and solve 02 

Není vyžadována žádná předchozí zkušenost se strukturální analýzou nebo s metodou konečných prvků!

Scan&Solve™ - konečné prvky bez převodu na sítě

Software Scan&Solve™ pro inženýrskou analýzu od firmy Intact Solutions je založen na patentované bezsíťové technologii, která osvobozuje metodu konečných prvků (MKP, angl. FEA) od závislosti a omezení při převodu na polygonové sítě. Toto řešení bylo aplikováno prakticky na všechny typy FEA problémů a inženýrských analýz; mezi ukázkové apliakce patří přenosy tepla, pružnost, plate bendingohyb deky a přirozené kmitání, hydrodynamika, kroucení, nelineární a časově proměnné problémy, geometrický návrh (vyhlazování a mnohé další. Výjimečným rysem této technologie je oddělené zpracování a řízení geometrických a fyzikálních výpočetních modelů, které jsou hladce zkombinovány během řešení.

Mezi výhody tohoto přístupu patří nebývalá pružnost při nakládání s chybami v geometrii, malými prvky a složitými okrajovými podmínkami a rozhraními při současném zachování většiny přínosů klasické MKP. Scan&Solve™ lze aplikovat na jakýkoliv geometrický model a lze jej využít v jakémkoliv geometrickém modelovacím systému, který podporuje dva základní dotazy: test příslušnosti bodu a a výpočet vzdálenosti od hranice.

Scan&Solve - dvacet let výzkumu

Ano, tak dlouho trvalo převedení jednoduché myšlenky okamžité bezsíťové analýzy do podoby fungujícího komerčního produktu. Základní princip je jednoduchý: jakmile máte geometrickou reprezentaci, víte o objektu vše co potřebujete vědět a měli byste z jeho přirozené reprezentace spočítat cokoliv bez nutnosti převodu na polygonové sítě. Proč by se kdokoliv měl zabývat opravou, zjednodušováním, odstraňováním přebytečných a nepodstatných prvků, nepřesnostmi a špatnými sítěmi... a to ještě pokud se heuristická metoda převodu na sítě vůbec ukončí. Je samozřejmě pravda, že při práci s nativní reprezentací platí, že výsledky jsou tak dobré, jak dobrá je daná reprezentace. Naštěstí mají uživatelé Rhina k dispozici skvělou reprezentaci těles! A nyní navíc Scan&Solve dokazuje, že je dostatečně dobrá nejen pro výpočet geometrických, ale také všech fyzikálních vlastností reprezentovaných tvarů

Co tedy Scan&Solve umí?

Aktuální verze provádí nejběžnější typy strukturálních testů. Specifikujte vetknutí a zatížení ploch tělesa v Rhinu, stiskněte tlačítko Go a vypočítá se prognóza stability nebo slabin vašeho modelu.

Co se přitom děje pod kapotou?

Jedná se o dvoustupňový proces, při kterém je nejprve vstupní geometrie "naskenována" do vhodné formy pro vyjádření fyzikálních vlastností a poté následuje fáze řešení, která je víceméně stejná jako analýza metodou konečných prvků.

Je to skutečně "bezsíťové"?

Ve skutečnosti nic jako bezsíťovost neexistuje. Nicméně proces je osvobozen od sítí - v tom smyslu, že uživatel by sítě nikdy neměl vidět či s nimi manipulovat. Matematicky zdatné uživatele zveme k návštěvě webu www.meshfree.com, kde si mohou prostudovat pojednání s detailními rovnicemi. Pro nás je ale důležité, že použitá procedura je teoreticky prozkoumána, experimentálně ověřena a lze ji použít na veškeré typy fyzikálních analýz a simulačních úloh. Jinými slovy: s modulem Scan&Solve tvoří geometrie a fyzika jeden celek. Žádný jiný produkt se ani neblíží tomu, co nabízí Scan&Solve pokud jde o jednoduchost ovládání a nakládání s komplexní objemovou geometrií. Je tak jiný a tak jednoduchý, že jej může používat každý.

Ovládání programu

Použití Scan&Solve je naprosto jednoduché a zvládne to opravdu každý bez jakékoliv předchozí zkušenosti s analýzou pomocí metody konečných prvků.

Po stažení betaverze ze stránky www.scan-and-solve.com a jejím nainstalování spustíte Rhino a nahrajete nebo vytvoříte model, který chcete analyzovat. Napsáním příkazu SnS spustíte Scan&Solve, který si vyžádá vybrání tělesa (pokud již není vybrané). Objeví se jednoduché dialogové okno se třemi záložkami:

Scan&Solve - hlavní okno programu

V záložce Specify zvolíte postupně materiál (Material), vetknutí (Restrains), zatížení (Loads) a rozlišení (Resolution). Vetknutí definujete kliknutím na libovolné plochy tělesa. Pokud chcete nechat působit zatížení (či vetknutí) pouze na určitou část povrchu tělesa, vyjměte tuto plochu z tělesa, rozdělte ji na požadované části a opět spojte. Příklad uvidíte níže. Po zadání vstupních podmínek kliknete na tlačítko Go a spustí se výpočet. Po jeho dokončení se přepnete do záložky View, kde můžete tlačítkem Deflect zobrazit deformaci tělesa. Pokud kliknete na tlačítko Advanced, zobrazí se další možnosti zobrazení výsledků analýzy.

Scan&Solve - analýza

Následuje velice jednoduchý návod na vyřešení primitivní úlohy - zatížení vetknutého prutu o obdélníkovém průřezu.

Nejprve byl upraven kvádr tak, že z něj byla yvjmuta horní stěna a ta byla příkazem RozdělitIzočarou rozdělena přičně na dva úseky, protože chceme, aby síla působila pouze na krátkém úseku na konci prutu.

Vytvoření prutu

Všechny plochy byly spojeny zpět do tělesa a následně byl příkazem SnS spuštěn modul Scan&Solve. Na následujícím obrázku vidíte dialogové okno modulu Scan&Solve s již nadefinovanými počátečními podmínkami, které si níže postupně projdeme:

Dialogové okno s nadefinovanými počátečními podmínkami

Nejprve v oddílu Material zvolíme materiál prutu, v našem případě slitinu hliníku (Aluminium 6061). Dále v oddílu Restraint klikneme na Add a vybereme levou krátkou stěnu prutu, která bude při analýze považována za vetkuntou (pevně ukotvenou).Vetknuté plochy budou označeny zelenými křižky:

Vetknutá plocha

Nyní budeme definovat zatížení. V oddílu Loads klikneme na tlačítko Add a vyznačíme krátkou plošku na horní straně prutu (na opačném konci než je vetknutí). Zatížení bude statické a bude znázorněno šipkami jako na následujícím obrázku:

Zatížení statickou silou

Kliknutím na tlačítko Go spustíme výpočet a po jeho ukončení se přepneme do záložky View, kde si můžeme prohlédnout výsledky (celkovou deformaci, posuny v jednotlivých osách, von Misesovo napětí atd.

Výsledná deformace prutu

A to je vše - je to tak jednoduché, že analýzu může provádět opravdu každý.

A nakonec se můžete podívat na porovnání klasické MKP založené na analýze předem vytvořených sítí s technologií Scan&Solve.

Porovnání síťových MKP a Scan&Solve™
MKP založené na sítích Scan&Solve™
sítí konečných prvkůGeometrie je aproximována Je použita nativní geometrie
Pre-processing: heuristické zjednodušení a převod na sítě Pre-processing: žádný
Sítě musí vyřešit všechny geometrické chyby a tolerance Geometrické chyby jsou nepodstatné, pokud lze klasifikovat body a vypočítat vzdálenosti k hranici
Velikost sítě je určena velikostí nejmenšího prvku Velikost sítě je určena požadovaným rozlišením analytického modelu (rovnoměrná mřížka)
Malé prvky musí být odstraněny Malé prvky jsou zachovány a řešeny automaticky
Okrajové podmínky: vynucené pouze v uzlech Okrajové podmínky: vynucené ve všech bodech hranice
Derivace: předpočítané Derivace: předpočítané a během řešení
Integrace: Gaussovy body na konečných prvcích Integrace: Gaussovy body jsou určeny během řešení
Bazické funkce: místní podpora Bazické funkce: místní podpora
Řídký lineární systém Řídký lineární systém
Řízení geometrické přesnosti: omezené kvalitou sítě, neměnné Řízení geometrické přesnosti: určeno přesností geometrických výpočtů (test bodů, vzdálenost); adaptivní
Řízení přesnosti analýzy: h-, p- a k- zjemňování Řízení přesnosti analýzy: h-, p- a k- zjemňování

 

Související odkazy

Nahoru ↑

Diskuse k článku

  • [1] Delph – 13. 08. 2010, 20:17

    reagovat

    Tak tohle je jedna z věcí co mi v Rhinu chyběla i když jsem ji nikdy přímo nepotřeboval a asi ani moc potřebovat nebudu, ale tak nějak jsem myslel na ostatní. Možná jednou ji ale budu potřebovat i já :D