Предпроцессорная подготовка

Действия, относящиеся к подготовке данных, обобщенно называют моделированием конечных элементов. Выполняются эти действия чаще всего препроцессором, рассчитанным на работу с какой-либо кон­кретной программой анализа методом конечных элементов (FEA).

Типы моделей в инженерном анализе:

· геометрическая;

· расчетная;

· сеточная.

Геометрическая модель обычно представляет собой модель машиностроительного изделия в целом или его детали. Расчетная модель - это упрощенная геометрическая модель, которая используется для анализа. Упрощение или идеализация геометрической модели достигается путем удаления тех ее элементов, которые несущественно влияют на результаты анализа. Сеточная модель представляет собой совокупность узлов и элементов, которая натягивается на расчетную модель. Геометрическая и расчетная модель обычно создаются на этапе конструирования средствами твердотельного и поверхностного моделирования.

Построение сеточной модели.

В различных программах анализа имеются специальные средства генерации произвольной сетки, с помощью которых она может наносится непосредственно на модель достаточно сложной геометрии. Генераторы произвольной сетки обладают широким набором функций управления качеством сетки. Например, в программе ANSYS реализован алгоритм выбора размеров конечного элемента, позволяющий строить сетку элементов с учетом кривизны поверхности модели и наилучшего отображения ее реальной геометрии.

Когда каждой ячейке сопоставляются узлы, она становится конечным элементом. От сложности сетки зависит размер глобальной матрицы жесткости, численная сложность задачи и объем требуемых вычислительных ресурсов. Точность реше­ния можно повысить увеличением количества ячеек или использованием функ­ций формы более высоких порядков. Размерность элементов должна совпа­дать с размерностью области задачи. Для одномерных задач используются одно­мерные элементы, для двумерных — двумерные, и т. д. Наконец, в зонах, где ожидаются резкие изменения неизвестных (напряжения, например, сосредо­точиваются в окрестностях отверстий), плотность узлов и ячеек должна быть выше, чем в областях с плавным изменением параметров.

Толщина оболочек и пластин рассматривается скорее как свойство материала, чем как геометрический параметр, что позволяет избежать перехода к трем измерениям. Разные элементы могут иметь разные свойства, благодаря чему пользователь может анализировать составной объект, о чем уже говорилось выше.