Московский офис MSC 2005 г. Суперэлементы в MSC.Nastran - 2004 С.А. Сергиевский MSC.Software Corporation. - презентация

1 Московский офис MSC 2005 г. Суперэлементы в MSC.Nastran С.А. Сергиевский MSC.Software Corporation

2 Московский офис MSC 2005 г. MSC.Nastran: Метод суперэлементов Использование метода суперэлементов MSC.Nastran: Решение больших задач на ЭВМ с ограниченными ресурсами Обеспечение конфиденциальности разработок

3 Московский офис MSC 2005 г. Идея метода суперэлементов Конструкция разделяется на подконструкции – суперэлементы (СЭ) Каждый суперэлемент обрабатывается отдельно Узлы на границах суперэлементов включаются в остаточную структуру (нулевой суперэлемент) Уравнения остаточной структуры решаются с учётом матриц масс, демпфирования и жёсткости суперэлементов, присоединённых к граничным узлам

4 Московский офис MSC 2005 г. Идея метода суперэлементов Остаточная структура Суперэлемент Отдельные компоненты модели (например, люки, двери) могут представляться в виде суперэлементов, характеристики которых получаются экспериментально

5 Московский офис MSC 2005 г. Что дает использование суперэлементов Преимущества: Возможность решения очень больших задач Эффективное взаимодействие предприятий-партнёров Эффективное моделирование повторяющихся компонентов конструкции Сокращение затрат времени на выполнение вариантных расчетов Возможность глобально- локального анализа Недостатки: Необходимость затрат времени на дополнительные вычисления (заметно на небольших задачах) Все суперэлементы должны быть линейными Приблизительный характер динамических расчетов (погрешность оцениваема иуправляема) Использование предполагает разумный подход квалифицированного пользователя

6 Московский офис MSC 2005 г. Суперэлементы – редуцирование модели Статическое и динамическое редуцирование Статическое редуцирование: –внутренние динамические эффекты супер элемента игнорируются Динамическое редуцирование (в дополнение к статическому редуцированию) – учёт внутренних динамических эффектов супер элемента –метод Крейга-Бамптона

7 Московский офис MSC 2005 г. Метод Крейга-Бамптона Степени свободы СЭ: внешние (перемещения граничных узлов) и внутренние (формы колебаний) Внешним степеням свободы соответствуют статические моды деформации Внутренним степеням свободы соответствуют моды собственных колебаний, вычисленные при закрепленных граничных узлах Вычисленные моды (статические моды и моды собственных колебаний) используются при динамическом анализе Размерность вектора q – регулятор точности модели

8 Московский офис MSC 2005 г. Использование метода Крейга-Бамптона Метод Крейга-Бамптона широко используется при разработке сложных изделий, содержащих коммерческую конфиденциальную информацию и государственную тайну (в том числе, в международных проектах)

9 Московский офис MSC 2005 г. Метод Крейга-Бамптона в MSC.Nastran Реализация метода Крейга-Бамптона в MSC.Nastran Специальные alterы, дополняющие стандартный MSC.Nastran Суперэлементы Part с ручным формированием файла для подключения супер элемента костаточной структуре – доступны начиная с MSC.Nastran версия 70 Суперэлементы Part с полуавтоматическим формированием файла для подключения супер элемента к остаточной структуре – доступны начиная с MSC.Nastran версия 2004

10 Московский офис MSC 2005 г. Формат суперэлементов В MSC.Nastran начиная с v2004 доступны следующие форматы представления суперэлементов: MATRIXDB – формат базы данных MSC.Patran DMIGDB – аналог MATRIXDB с модификацией представления граничных матриц DMIGOP2 – формат OP2 DMIGPCH – граничные матрицы выводятся в файл.pch в виде операторов DMIG

11 Московский офис MSC 2005 г. Пример анализа собственных колебаний модели с применением технологии суперэлементов

12 Московский офис MSC 2005 г. Модель Задача: анализ собственных колебаний изделия в сборе Часть 1 Часть 2 Часть 3

13 Московский офис MSC 2005 г. Суперэлементы Суперэлемент 1 Суперэлемент 2 Суперэлемент 3 Граничные узлы

14 Московский офис MSC 2005 г. Шаг 1 – редуцирование супер элемента Входной файл MSC.Nastran SOL 103 CEND SET 1 = THRU SET 2 = 19001,19011 THRU SUBCASE 1 METHOD = 1 VECTOR(SORT1,REAL)=2 EXTSEOUT(ASMBULK,EXTID=1,DMIGPCH) BEGIN BULK PARAM AUTOSPC YES PARAM GRDPNT 0 EIGRL 1 4. $ Description of the model PBAR CBAR PSHELL CQUAD PLOTEL MAT GRID $ Superelement SPOINT,100001,THRU, QSET1,0,100001,THRU, ASET1,123456,19001,THRU,19022 ENDDATA Суперэлемент 1, вывод – файл.pch Диапазон учитываемых частот собственных колебаний – до 4 Гц Резерв размерности вектора q - 40 Граничные узлы и их степени свободы

15 Московский офис MSC 2005 г. Шаг 1 – редуцирование супер элемента Результаты расчёта: Файл.pch (или.op2 или.db) – редуцированные матрицы супер элемента Файл.asm – заготовка для подготовки входного файла MSC.Nastran для последующего расчёта изделия в сборе SEBULK 1 PRIMARY MANUAL SECONCT 1 0 NO $ BOUNDARY GRID DATA GRID Заготовка оператора для подсоединения СЭ костаточной структуре Описание граничных точек супер элемента

16 Московский офис MSC 2005 г. Шаг 2 – расчёт изделия в сборе Входной файл MSC.Nastran SOL 103 CEND SUBCASE 1 SUPER = 1 METHOD = 1 K2GG = KAAX M2GG = MAAX SUBCASE 2 SUPER = 2 METHOD = 1 K2GG = KAAX M2GG = MAAX SUBCASE 3 SUPER = 3 METHOD = 3 K2GG = KAAX M2GG = MAAX SUBCASE 10 METHOD = 10 VECTOR(SORT1,REAL)=ALL Ввод матриц супер элемента 1 Ввод матриц супер элемента 2 Ввод матриц супер элемента 3 Расчёт для остаточной структуры

17 Московский офис MSC 2005 г. Шаг 2 – расчёт изделия в сборе Входной файл MSC.Nastran (продолжение) BEGIN BULK PARAM AUTOSPC YES PARAM,POST,-1 EIGRL $ Description of residial structure PLOTEL GRID $ Description of connectivity between $ superelements and residial structure INCLUDE 'n_01.asm' INCLUDE 'n_02.asm' INCLUDE 'n_03.asm' $ Superelement 1 INCLUDE 'n_01.pch' $ Superelement 2 INCLUDE 'n_02.pch' $ Superelement 3 INCLUDE 'n_03.pch' ENDDATA Интересуемся частотами в диапазоне до 2 Гц Описание сопряжения суперэлементов с остаточной структурой Подключение файлов с граничными матрицами суперэлементов

18 Московский офис MSC 2005 г. Результаты расчёта Без деления модели на суперэлементы С использованием суперэлементов E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E+00

19 Московский офис MSC 2005 г. Результаты расчёта Без деления модели на суперэлементы С использованием суперэлементов

20 Московский офис MSC 2005 г. Эффективность метода суперэлементов Анализ влияния характеристик опор двигателя на вибрации автомобиля Полная КЭ модель автомобиля: более сотни тысяч узлов Время расчета – десятки часов Редуцированная КЭ модель автомобиля: сотни узлов. По сути, моделируются только опоры двигателя и места расположения пассажиров (чувствительных элементов), остальные узлы – только для визуализации колебаний Время расчета – десятки секунд