Cae технологии. Современные CAE системы автоматизации инженерных расчетов

CAD - компьютерная помощь в дизайне, проще говоря, программа черчения.
CAM - компьютерная помощь в производстве.
CAE - компьютерная помощь в инженерных расчетах.
GIS - географическая информационная система.
Большую помощь при подготовке данного материала оказала статья Сергея Котова из Томского Политехнического Университета "Обзор рынка САПР и информационных ресурсов сети Интернет" , предоставленная им самим.

Поиск по сайту www.сайт:

Пользовательский поиск

Для начала немного статистики:


Распределение влияния компаний-разработчиков на рынок САПР


Распределение влияния участников рынка систем автоматизированной подготовки производства

T-FLEX CAD

Система параметрического проектирования и черчения T-FLEX CAD является разработкой российской фирмы "Топ Системы". Система обладает следующими основными возможностями: параметрическое проектирование и моделировании; проектирование сборок и выполнение сборочных чертежей; полный набор функций создания и редактирования чертежей; пространственное моделирование, базирующееся на технологии ACIS; параметрическое трёхмерное твёрдотельное моделирование; управление чертежами; подготовка данных для систем с ЧПУ; имитация движения конструкции.
Система T-FLEX CAD попала в обзор за 1997 год лучших САПР.
Разработчик - Топ-Системы, Москва
http://www.tflex.com
http://www.topsystems.ru
- страница о Tflex на моем сайте.

bCAD

bCAD - программный проект, направленный на разработку новых технологий 3D графики и САПР, а также программ для 2D эскизирования и точного черчения, 3D моделирования и фотореалистичного тонирования, программная система 3D моделирования и визуализации для PC. bCAD спроектирован и разработан как универсальное рабочее место проектировщика, позволяющее производить широкий спектр работ в сквозном режиме - от чертежа к объёмной модели и наоборот - от трёхмерного представления к плоским проекциям: для исполнения технической документации, соответствующей требованиям стандартов, для получения реалистичных изображений, подготовки данных для расчётных систем. Сочитает в себе CAD, 3D моделирование и фотореалистичную визуализацию.
Разработчик - ProPro Group, Новосибирск.
http://www.propro.ru

КОМПАС

Один из лидирующих российских продуктов. CAD-система, предназначенная для широкого спектра проектно-конструкторских работ, лёгкая в освоении, удобная в работе и при этом имеющая стоимость, приемлемую для комплексного оснащения российских предприятий, в том числе средних и малых. Позволяет осуществлять двумерное проекти-рование и конструирование, быструю подготовку и выпуск разнообразной чертёжно-конструкторской документации, создание технических текстово-графических документов.
Разработчик - Аскон, Россия.
http://www.asсon.ru/

CADMECH

CADMECH - система проектирования деталей и сборочных единиц на базе AutoCAD.
CADMECH Desktop - трехмерная система проектирования деталей и сборочных единиц на базе Mechanical Desktop.
Разработчик - НПО "Интермех", Минск.
http://www.intermech.host.ru

CADRA

Система двумерного проектирования и черчения для машиностроения.
Разработчик - SofTECH, Inc., США.
http://www.softech.com

CADkey

3D графический пакет для проектирования, твёрдотельного, поверхностного и каркасного моделирования, визуализации и документирования простых и сложных деталей и сборочных единиц. 250000 инсталляций в разных странах.

Разработчик - Baystate Technologies, США.
http://www.cadkey.com
http://www.cadkey.de
http://www.cadkey.lv/ http://www.colla.lv

DesignCAD Pro

Система двумерного и трёхмерного проектирования и моделирования для профессиональных конструкторов и проектировщиков.
Разработчик - ViaGrafix, США.
http://www.viagrafix.com

IronCAD

Система автоматизированного проектирования для машиностроения. Обеспечивает двумерное проектирование и трёхмерное твердотельное моделирование.

Разработчик - Visionary Design Systems, Inc., США.
http://www.ironcad.com

BlueCAD

BlueCAD является 2D/3D CAD - системой для работы на персональных компьютерах.
Разработчик - CADWare, Италия.
http://www.cadware.it

Surface Express

Система поверхностного моделирования.
Разработчик - MCS, Inc., США.
http://www.mcsaz.com

RhinoCeros

Распространённая система NURBS - моделирования.
Разработчик - Robert McNeel & Associates, США.
http://www.rhino3d.com

CADdy

Система CADdy по функциональным возможностям занимает промежуточное положение между системами низкого и высокого уровней. Предназначена для решения комплексных интегрированных технологий от стадии проектирования до стадии производства в таких областях, как:
- архитектура;
- проектирование промышленных установок;
- машиностроение;
- электроника;
- оборудование зданий (отопление, вентиляция, сантехника, электротехника);
- инженерные сети и дороги;
- геодезия, картография.

Разработчик - фирма ZIEGLER-Informatics GmbH, Германия.
http://www.caddy.de
http://www.plaza.ch
http://www.caddy.ru

OmniCAD

Система двумерного проектирования, черчения и трёхмерного поверхностного моделирования.

SolidWorks

Мощный машиностроительный CAD пакет для твёpдотельного пapaметpического моделиpовaния сложных деталей и сборок. Системa констpуиpовaния сpеднего клaссa, бaзиpующaяся нa пapaметpическом геометpическом ядpе Parasolid. Создaнa специaльно для использовaния нa пеpсонaльных компьютеpaх под упpaвлением опеpaционных систем Windows 95 и Windows NT.
Разработчик - SolidWorks Corporation, США.
http://www.solidworks.com
http://www.uscad.com
http://www.delcam.ru ,
http://www.ascon.ru ,
http://www.intersed.kiev.ua/ ,
www.delcam-ural.ru ,
http://www.colla.lv ,
http://www.solidworks.lv/

SolidEdge

SolidEdge является принципиально новой системой автоматизированного конструирования, которая предназначена для разработки сборочных узлов и геометрического моделирования отдельных деталей. Solid Edge разработан специально для конструирования изделий машиностроения. Является системой среднего уровня, которая обеспечивает эффективное объектно-ориентированное параметрическое моделирование в среде Windows. Базируется на ядре геометрического моделирования Parasolid.
Разработчик - Unigraphics Solutions, США.

Cimatron

Cimatron - интегрированная CAD/CAM - система, предоставляющая полный набор средств для конструирования изделий, разработки чертёжно-конструкторской документа-ции, инженерного анализа, создания управляющих программ для станков с ЧПУ. Cimatron удовлетворяет запросам и требованиям самого широкого круга пользователей, работает на различных платформах, в том числе на персональных компьютерах. Пользователями сис-темы в мире являются около 6000 компаний.
Разработчик - Cimatron Ltd., Израиль.

VISI - Series

Развитая CAD/CAM - система. Обеспечивает двумерное проектирование и черче-ние, трёхмерное поверхностное и твердотельное моделирование, генерацию программ для станков с ЧПУ, визуализацию обработки детали.
Разработчик - Vero International, Inc., США.
http://www.veroint.com
http://www.verosoftware.com

HELIX

HELIX Design System - развитая САПР для двумерного и трёхмерного проектирования в машиностроении, дизайне и других отраслях. Позволяет осуществлять двумерное проектирование, трёхмерное каркасное, поверхностное и твердотёльное моде-лирование.
Разработчик - MicroCADAM Ltd., Великобритания.
http://www.microcadam.co.uk

Form-Z

Система двумерного проектирования и черчения, трёхмерного поверхностного и твёрдотельного моделирования, визуализации и анимации для профессионального дизайна, визуализации и проектирования.
Разработчик - Autodessys, Inc., США.

Alias¦Wavefront

Распространённые программные продукты двумерного и трёхмерного эскизирования и черчения, трёхмерного поверхностного и твёрдотельного моделирования, визуализации и анимации, для профессионального дизайна и проектирования.
Разработчик - Alias¦Wavefront, Канада.
http://www.aw.sgi.com
http://aliaswavwfront.com

CoCreate

Серия продуктов для проектирования и управления данными проекта: ME10 - проектирование и черчение; SolidDesigner - твердотельное моделирование и управление данными проекта.
Разработчик - CoCreate Software, Inc., Германия.
http://www.cocreate.com

VX VISION

CAD/CAM/CAE система среднего уровня.
Разработчик - Varimetrix Corp., Ltd., США.
http://www.vx.com

CADMAX

CADMAX SolidMaster - система автоматизированного проектирования, обеспечивающая двумерное проектирование, трёхмерное поверхностное и твердотельное моделирование.
Разработчик - CADMAX Corp., США.

BRAVO

Семейство продуктов для проектирования, подготовки конструкторской документации, подготовки производства и управления проектом в машиностроении. Продукты: Bravo XL, Bravo Sheet Metal Fabricator, Bravo NCG, Bravo Frame.
Разработчик - Applicon, Inc., США.
http://www.applicon.com

MicroStation

MicroStation - это профессиональная, высоко производительная система для 2D/3D - автоматизированного проектирования при выполнении работ, связанных с черчением, конструированием, визуализацией, анализом, управлением базами данных и моделированием. Обеспечивает практически неограниченными возможностями проектировщиков и конструкторов на платформах DOS, Windows и компьютерах различных типов.
MicroStation 95 - система коллективной работы, дающая всем участникам группы гарантию взаимного согласования независимо от аппаратного развития платформ.
Разработчик - Bentley, США.

Genius

Продукты Genius являются программным обеспечением для конструирования в машиностроении и создания чертежей с применением Автокада.

Genius Desktop - Объектно-ориентированная система трёхмерного проектирования машиностроительных деталей и сборок на базе Mechanical Desktop. Пакет предлагает дополнительные удобные инструменты для нанесения типовых конструктивных элементов, наполнения конструкции стандартными изделиями в виде твёрдотельных моделей и значительно облегчает работу конструктора при управлении компонентами сборки. Располагает библиотеками стандартных деталей в виде готовых параметрических деталей по целому ряду стандартов.
Genius 14 - это продукт, обеспечивающий высокопроизводительное двумерное автоматизированное проектирование и черчение в области машиностроения в среде AutoCAD R14.
Genius LT 97 - система двухмерного автоматизированного проектирования, предназначенная для создания и оформления машиностроительных чертежей и конструкторской документации на базе AutoCAD LT 97. Genius LT 97 включает в себя стандартные компоненты, автоматизированный интерфейс пользователя, а также ряд функциональных возможностей, повышающих производительность работы в среде AutoCAD LT 97.

Разработчик - Genius CAD-Software GmbH, Германия.

Power Solutions

Семейство продуктов Power Solutions охватывает все этапы производственного цикла:
- PowerShape - Система трёхмерного моделирования.
- PowerMILL - Мощнaя и пpостaя в использовaнии aвтономнaя системa aвтомaтической подготовки упpaвляющих пpогpaмм для 3/4 кооpдинaтной фpезеpной обpaботки нa любом стaнке с ЧПУ изделий, спpоектиpовaнных в любой CAD-системе.
- CopyCAD - система преобразования данных, полученных с координатно-измерительной машины, в компьютерную поверхностную модель.
- PowerINSERT - пакет для контроля точности с помощью 3-координатных измерительных машин.
- ArtCAM Pro - пакет для создания объёмного рельефа на базе плоского рисунка и создания управляющих программ для его мехобработки.
- DUCT 5 - CAD/CAM - система, позволяет проводить моделирование, черчение и подготовку управляющих программ для станков с ЧПУ.

Разработчик - DELCAM Plc., Великобpитaния.

hyperMILL

Пакет, позволяющиё реализовать завершающее технологическое звено в сквозной CAD/CAM/CAE-технологии - подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ и изготовление изделий.
Разработчик - Open Mind Software Technologies GmbH, Германия.
http://www.openmind.de
http://www.acad.co.uk
http://www.autodesk.com

EdgeCAM

CAM - система. Решения для фрезерной, поверхностной, токарной и электроэрозионной обработки деталей.
Разработчик - Pathtrace, Великобритания.
http://www.pathtrace.com

ESPRIT

CAD/CAM - система на базе ядра Parasolid.
Разработчик - DP Technology, США.
http://www.dptechnology.com

SolidCAM

Пакет генерации управляющих программ для станков с ЧПУт при обработке деталей, содержащих сложную поверхностную или твердотельную геометрию. Обеспечивает 2,5 и 3-осевую фрезерную обработку, токарную обработку, визуализацию процесса обработки.
Разработчик - CADTECH, Израиль.

MasterCAM

CAD/CAM - система, занимающая лидирующее положение в мире по количеству продаж и инсталляций пакета среди CAD/CAM систем. Обеспечивает каркасное и поверхностное моделирование деталей, визуализацию и документирование простых и сложных деталей и сборочных единиц, разработку управляющих программ для токарной, фрезерной, электроэрозионной обработки на станках с ЧПУ.
Разработчик - CNC Software, США.

PEPS

CAM - система, автоматизированная подготовка фрезерной, токарной, лазерной, электроэрозионной обработки деталей.
Разработчик - Camtek Ltd., Великобритания.
http://www.camtek.co.uk

СПРУТ

Система технологического проектирования.
Разработчик - АО "Спрут-Технология", г.Набережные Челны, Россия.
http://www.sprut.ru

EUCLID3

САПР высокого уровня EUCLID, охватывающая все этапы проектирования, разработана фирмой MATRA DATAVISION, с оборотом более 10 миллиардов долларов США. Фирма занимается разработкой, продажей и сопровождением программного обеспечения CAD/CAM/CAE/PDM и программной среды для создания приложений. Основные продукты фирмы имеют торговые марки: EUCLID, PRELUDE, CAS.CADE. Они предназначены для таких областей, как авиация, космос, автомобилестроение, оборона, электромеханика, промышленный дизайн, атомное машиностроение, инжиниринг, производство товаров широкого потребления и др.
Разработчик - MATRA DATAVISION, Франция. В связи со входом компании MATRA Datavision в консорциум EADS (контрольный пакет акций которого имеет владелец MATRA Datavision Жан-Люк Лагардер) компания стала называться EADS MATRA Datavision

CATIA

CATIА/CADAM Solutions - это полностью интегрированная универсальная CAD/CAM/CAE система высокого уровня, позволяющая обеспечить параллельное проведение конструкторско-производственного цикла CATIA, являясь универсальной системой автоматизированного проектирования, испытания и изготовления, широко применяется на крупных машиностроительных предприятиях во всем мире для автоматизированного проектирования, подготовки производства, реинжиниринга. Число фирм-пользователей CATIA превышает 8 тысяч.

Функции, поддерживаемые CATIA/CADAM Solutions :
- администрирование - планирование, управление ресурсами, инспектирование и документирование проекта;
- самый совершенный моделлинг;
- описание всех механических связей между компонентами объекта и приведение их в состояние пространственного взаимопозиционирования;
- автоматический анализ геометрических и логических конфликтов
- анализ свойств сложных сборок;
- разработанный инструментарий трассировок систем коммуникаций с соблюдением заданных ограничений;
- специализированные приложения для технологической подготовки производства.

Компании DASSAULT SYSTEMES (Франция) и IBM (США) являются совместными разработчиками и распространителями системы автоматизированного проектирования. В последние три года параллельно сосуществуют две CATIA: версии 4 и 5, причем версия 4 - только на рабочих станциях и на ядре DASSAULT SYSTEMES, а версия 5 - и для РС на ядре CASCADE разработки MATRA (http://www.opencascade.com).

Unigraphics

Система Unigraphics является CAD/CAM/CAE - системой высокого уровня. Unigraphics позволяет осуществлять полностью виртуальное проектирование изделий, механообработка деталей сложных форм, имеет полностью ассоциативную базу данных мастер-модели, Unigraphics Solutions , одна из самых быстроразвивающихся компаний, производящих системы автоматизированного проектирования, производства и управления проектами, занимается разработкой, продажей и технической поддержкой программного обеспечения для автоматизации проектирования, производства, инженерного анализа и управления проектами для всех областей промышленности, включая автомобилестроение, авиационную и космическую промышленности, станкостроение, производство товаров народного потребления и т.п.
Серия продуктов Unigraphics Solutions, Inc.: Unigraphics Solutions, Parasolid, Solid Edge, Unigraphics, IMAN, ProductVision, GRIP .
Разработчик - Unigraphics Solutions, Inc., США.

MSC/InCheck

3D QuickFill

Программа, позволяющая на ранних стадиях проектирования изделия провести анализ литья по трёхмерной твёрдотельной модели. Предоставляет конструктору возможность наблюдать процесс заполнения литьевой формы с предоставлением результатов следующим параметрам: временя заполнения пресс-формы; время охлаждения летали; распределение температуры; наличие "раковин"; масса готового изделия.
Разработчик - Advanced CAE Technologies, Inc., США.

DEFCAR

CAD/CAM- система для проектирования и подготовки производства в кораблестроении.
Разработчик - Defcar Ingenieros, S.L., Испания.
http://www.defcar.es
http://www.defcar.com

VUTRAX

Vutrax PCB CAD - система автоматизированного проектирования электронных схем и печатных плат.
Разработчик - Computamation Systems Limited, Великобритания.
http://www.vutrax.co.uk

Protel

Protel PCB CAD - развитая система автоматизированного проектирования электронных схем и печатных плат.
Разработчик - Protel Technology Inc., США.
http://www.protel.com

UNICAM

UNICAM - система автоматизированного проектирования и изготовления электронных схем и печатных плат.
Разработчик - Unicam Software, Inc., США.
http://www.unicam.com

CAD STAR

Развитая система автоматизировации проектирования и изготовления электронных схем и печатных плат.
Разработчик - Zuken-Redag Group, Ltd., Великобритания.
http://www.redac.co.uk

SoftCAD

САПР для двумерного и трёхмерного проектирования в архитектуре и строительстве. Серия продуктов: ArchiTECH.PC, SoftCAD.3D, SoftCAD.2D.
Разработчик - SoftCAD International, США.
http://www.softcad.com

Design WorkShop

Система фотореалистичного трёхмерного моделирования и проектирования в архитектуре.
Разработчик - Artifice, Inc., США.
http://www.artifice.com

REBIS

Серия продуктов автоматизированного 2D/3D проектирования промышленных предприятий.
Разработчик - Rebis, Inc., США.
http://www.rebis.com

CADVANCE

Профессиональная CAD - система для архитекторов, инженеров, проектировщиков в строительстве и архитектуре.
Разработчик - Fit, Inc., США.
http://www.cadvance.com

Planit

Система автоматизированного двумерного и трёхмерного проектирования для профессиональных дизайнеров.
Разработчик - Planit Millenium, США.
http://www.planit.com

LS-DYNA

Разработчик LSTC (Livermore Software Technology Corp.) , коммерческое подразделение всемирно известного ядерного центра LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory http://www.llnl.gov), США. Развивается с 1976г. Универсальный расчетный программный комплекс, ориентированный на численное моделирование высоконелинейных и быстротекущих процессов в термомеханических задачах механики деформируемого и жидкого тела. Среди гражданских приложений - краш-тесты, обработка металлов давлением, общие задачи динамической прочности, разрушения, взаимодействия деформируемых консткуций с жидкостями и газами и пр.
http://www.lsdyna.com
http://www.feainformation.com/ - Новости и много ссылок на проблемно-ориентированные сайты по приложениям пакета
http://www.cadfem.ru/ - Сайт генерального дистрибьютора LS-DYNA в СНГ

STAR-CD

Разработчик CD-adapco group , Великобритания. Развивается с 1987г. Многоцелевой тяжелый пакет для решения задач механики жидкостей и газов (CFD), ориентированный на промышленные задачи любой сложности.
http://www.cd.co.uk
http://www.adapco-online.com - Подборка материалов пользовательских конференций, полезных советов
http://www.cfd-online.com/Forum/starcd.cgi - Форум по практическим аспектам применения пакета
http://www.cadfem.ru/ - Сайт генерального дистрибьютора STAR-CD в СНГ

AutoSEA

Разработчик VASCi (Vibro Acoustic Sciences) , США. Тяжелый расчетный пакет виброакустического анализа в области средних и высоких частот.
http://www.vasci.com
http://www.cadfem.ru/ - Сайт генерального дистрибьютора AutoSEA в СНГ

LVMFlow

профессиональная CAM-система компьютерного 3D моделирования литейных процессов позволяющая автоматизировать рабочее место технолога – литейщика и снизить затраты времени и средств на подготовку новых изделий.
http://www.cadinfo.net/ .

По электронным САПР можно порекомендовать следующую страницу: http://www.rodnik.ru/htmls/f_main.htm . Здесь также можно загрузить документацию по этим САПР.

CAE (англ. Computer-aided engineering) - общее название для программ и программных пакетов, предназначенных для решения различных инженерных задач: расчётов, анализа и симуляции физических процессов. Расчётная часть пакетов чаще всего основана на численных методах решения дифференциальных уравнений (метод конечных элементов, метод конечных объёмов, метод конечных разностей и др.).

Современные системы инженерного анализа (или системы автоматизации инженерных расчётов) (CAE) применяются совместно с CAD-системами (зачастую интегрируются в них, в этом случае получаются гибридные CAD/CAE-системы).

Численные методы

CAE системы могут использовать в своей работе следующие математические методы:

  • Метод конечных элементов (МКЭ, Конечно-элементный анализ, КЭ анализ) - численный метод решения дифференциальных уравнений с частными производными, а также интегральных уравнений, возникающих при решении задач прикладной физики. Метод широко используется для решения задач механики деформируемого твёрдого тела, теплообмена, гидродинамики и электродинамики.
  • Метод конечных разностей - численный метод решения дифференциальных уравнений, основанный на замене производных разностными схемами. Является сеточным методом.
  • Метод конечных объемов (Метод контрольных объемов) - численный метод интегрирования систем дифференциальных уравнений в частных производных.

Примеры CAE

  • ABAQUS - универсальная система КЭ анализа с встроенным пре-/постпроцессором;
  • ADAMS - система моделирования и расчёта многотельной динамики;
  • ANSYS - универсальная система КЭ анализа с встроенным пре-/постпроцессором;
  • APM WinMachine 2010 - отечественная универсальная система для проектирования и расчета в области машиностроения, включающая КЭ анализ с встроенным пре-/постпроцессором;
  • APM Civil Engineering 2010 - отечественная универсальная система КЭ анализа с встроенным пре-/постпроцессором для проектирования и расчета металлических, железобетонных, армокаменных и деревянных конструкций;
  • Autodesk Simulation - комплекс универсальных систем КЭ анализа со встроенными пре-/постпроцессорами (в комплекс входят Autodesk Simulation CFD - программа вычислительной гидрогазодинамики, Autodesk Simulation Mechanical - программа для механического и теплового анализа изделий и конструкций, Autodesk Simulation MoldFlow - программа моделирования процесса литья пластмассовых изделий под давлением);
  • ESAComp - программная система конечно-элементных расчетов тонкостенных многослойных пластин и оболочек;
  • EULER (Эйлер) - программный комплекс автоматизированного динамического анализа многокомпонентных механических систем;
  • FEM-models - программный комплекс для моделирования и анализа методом конечных элементов. Специализация программы - геотехнические расчеты, совместные расчеты систем здание-основание;
  • Femap - независимый от САПР пре- и постпроцессор для проведения инженерного анализа методом конечных элементов;
  • АСОНИКА - Автоматизированная система обеспечения надёжности и качества аппаратуры (комплекс подсистем моделирования радиоэлектронной аппаратуры методом МКЭ и МКР);
  • CAE Fidesys - универсальная система КЭ анализа с встроенным пре-/постпроцессором;
  • HyperWorks (HyperMesh, RADIOSS, OptiStruct, AcuSolve и др.) - универсальная программная платформа систем конечно-элементного анализа;
  • Moldex3D - программная система конечно-элементного моделирования литья армированных пластмасс под давлением;
  • MSC.Nastran - универсальная система КЭ анализа с пре-/постпроцессором MSC.Patran;
  • NEiNastran - универсальная программная система конечно-элементного анализа;
  • NX Nastran - универсальная система МКЭ анализа;
  • OpenFOAM - свободно-распространяемая универсальная система КО пространственного моделирования механики сплошных сред;
  • QForm 2D/3D - специализированный программный комплекс для моделирования и оптимизации технологических процессов объёмной штамповки;
  • SALOME - платформа для проведения расчётов МСС (подготовка данных - мониторинг расчёта - визуализация и анализ результатов);
  • SolidWorks Simulation - семейство расчетных пакетов в среде SolidWorks (прочность, динамика, тепло, частотный анализ, газо-гидродинамика и пр.);
  • SAMCEF - универсальная система КЭ анализа с пре-постпроцессором SAMCEF Field;
  • Simmakers CAE Platform - программная платформа для выполнения численного моделирования физических и технологических процессов со встроенным пре-/постпроцессором.
  • SimulationX - программный комплекс для моделирования и анализа динамики и кинематики автомобилей, индустриального оборудования, электро-, пневмо- и гидроприводов, ДВС, гибридных двигателей и т. д.
  • STAR-CD - универсальная система МКО анализа с пре-/постпроцессором;
  • STAR-CCM+ - универсальная система МКО анализа с пре-/постпроцессором;
  • T-FLEX Анализ - универсальная система КЭ анализа с встроенным пре-/постпроцессором;
  • CAElinux - дистрибутив операционной системы Линукс, включающий в себя ряд свободных САЕ-программ, в том числе OpenFOAM и SALOME.
  • Универсальный механизм (UM) - программный комплекс предназначен для моделирования динамики и кинематики плоских и пространственных механических систем;
  • ФРУНД - комплекс моделирования динамики систем твёрдых и упругих тел;
  • MBDyn - система комплексного анализа и расчётов нелинейной динамики твёрдых и упругих тел, физических систем, «умных» материалов, электрических сетей, активного управления, гидравлических сетей, аэродинамики самолётов и вертолётов. * Распространяется на условиях лицензии GNU GPL 2.1.;

Категории задач, для решения которых чаще всего применяются САЕ (computer aided engineering) системы. Архитектура и принцип работы стандартного САЕ-пакета, основные примеры систем: Salome, ANSYS (Swanson Analysis Systems) и MSC.Nastran, их характеристики.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Появление и последующее развитие технологий высокопроизводительных вычислений было вызвано необходимостью выполнения математических расчетов для различных исследований. Несмотря на то, что методы и алгоритмы этих расчетов не отличаются особой сложностью, объем самих вычислений настолько значителен, что небольшой группе исследователей практически невозможно выполнить их в приемлемые сроки и с должным качеством.

Первые инженерные пакеты были созданы в конце 60-х, начале 70-х годов именно для автоматизации рутинных вычислений. В англоязычной литературе такие пакеты обозначаются аббревиатурой CAE (computer aided engineering), а в России это понятие входит в состав САПР (системы автоматизированного проектирования). Задачи, для решения которых чаще всего применяются CAE-системы, можно разделить на следующие категории:

· прочностные расчеты различных деталей и узлов (расчет упругопластических деформаций и напряжений);

· гидродинамические расчеты (расчет характеристик различных одно- и многофазных течений, а также их эволюция во времени);

· термодинамические расчеты (расчет нагрева и остывания деталей и узлов);

· расчет электрических, магнитных и электромагнитных полей;

· различные комбинации предыдущих типов задач.

архитектура система принцип работа

1. Архитектура и принцип работы стандартного CAE-пакета

В основе большинства CAE-пакетов лежит метод конечных элементов. Идея этого метода заключается в замене непрерывной функции, описывающей изучаемое явление или процесс, дискретной моделью, которая строится на базе множества кусочно-непрерывных функций, определенных на конечном числе подобластей. Каждая такая подобласть конечна и представляет собой часть (элемент) всей области, поэтому их называют конечными элементами . Исследуемая геометрическая область разбивается на элементы таким образом, чтобы на каждом из них неизвестная функция аппроксимировалась пробной функцией. Такое разбиение называется расчетной сеткой .

В качестве примера можно рассмотреть стальной цилиндрический прут, один конец которого помещен в огонь. Фрагмент прута, подверженный действию пламени, активно нагревается. То есть, на его цилиндрической поверхности действует источник тепла. Остальная часть прута нагревается только за счет явления теплопроводности - переноса тепла от горячих участков к более холодным. В самом грубом случае можно разделить прут на две части: с источником тепла на цилиндрической поверхности и с источником тепла в сечении цилиндра, параллельном основанию. Таким образом, одна комплексная (сложная) задача разбивается на две более простые.

Однако, получившиеся задачи всё равно слишком сложны для решения в общем виде, так как их решения представляют собой сложные экспоненциальные зависимости от координат и времени. Для упрощения можно разделить прут на более мелкие фрагменты (элементы), причем в элементах рядом с поверхностью задать выделение тепла во всем их объеме, а не только на границе (при выполнении определенных условий это оправдано), а в остальных элементах, ввиду их малости, искать приближенное решение в виде более простой зависимости (линейной или квадратичной). В этом случае сложная система дифференциальных уравнений для элемента сводится к более простой системе алгебраических уравнений. При таком подходе найти решение для каждой отдельной задачи будет намного проще.

Сложность подобного подхода заключается в необходимости решения большого количества таких упрощенных задач. В современных задачах используются сетки с десятками и сотнями миллионов элементов. Поэтому инженерные пакеты создаются с использованием технологий параллельного программирования, чтобы обеспечить необходимую вычислительную мощность.

Создание хорошей расчетной сетки также представляет собой нетривиальную задачу. Это связано с тем, что реальные детали машин имеют сложную геометрию и необходимо разделить их на такие элементы, чтобы приближенные решения не сильно отличались от точных. Поэтому, кроме самих CAE-пакетов, существует большое число приложений, выполняющих всего одну важную функцию: построение расчетной сетки. В англоязычной литературе подобные приложения называются mesher .

Модуль, отвечающий за решение системы уравнений, соответствующей сформированной сетке, называется решателем (в англоязычной литературе: solver ). Он получает все исходные данные и обрабатывает их на основе реализованных в нем методов.

В настоящее время компьютерное моделирование при помощи CAE-систем составляет значительную долю работы в любом серьезном научном или инженерном проекте. На рынке CAE-систем присутствуют известные коммерческие решения, например, ANSYS, Deform, Simulia (ранее Abaqus) и другие. Стоимость лицензий этих продуктов исчисляется сотнями тысяч и миллионами рублей, однако существуют и CAE-системы, относящиеся к свободному ПО.

Среди свободных CAE-пакетов наиболее известны: Salome, OpenFoam, Elmer. В качестве основных минусов этих пакетов можно отметить непроработанный интерфейс и отсутствие документации, особенно на русском языке. Впрочем, возможность их использования на любом количестве процессоров без каких-либо финансовых затрат на приобретение делает cвободные CAE-системы весьма привлекательными для использования в небольших компаниях и учебных заведениях.

2. Примеры CAE -систем

Salome

Большинство CAE-пакетов представляют собой законченные программные комплексы, содержащие в себе все, что необходимо для выполнения конечно-элементного моделирования. Salome - это платформа, предоставляющая функции предварительной и окончательной обработки задачи (pre-processing и post-processing ), т.е. есть определения геометрии, построения сеток, определение «траектории» вычислений, визуализацию результатов и т.д. В ней отсутствуют самые важные компоненты - решатели, но платформа Salome может расширяться за счет сторонних свободных или коммерческих модулей.

Основное предназначение платформы Salome - это создать некую унифицированную среду, после изучения которой пользователь сможет выполнять обработку исходных и полученных данных в привычной оболочке, вне зависимости от используемого решателя. Существует возможность подключить к данной оболочке решатели ANSYS и других коммерческих пакетов с помощью написания специальных модулей или управляющих сценариев, которые можно писать на языках Python или C++.

Внутренним языком платформы является Python, причем в самой платформе имеется встроенная консоль Python, которая может использоваться для выполнения пользовательских сценариев и автоматизации обработки множества типовых задач (пакетной обработки).

A NSYS

Конечноэлементный пакет. Фирма ANSYS,Inc. в течение 35 лет является одним из лидерhttp://www.ansys.ru/ов САЕ-рынка, разрабатывает и предлагает широкую линейку программных продуктов для автоматизированного инженерного анализа. Основанная г-ном Джоном Свонсоном, первоначально фирма называлась Swanson Analysis Systems, и предалагала только универсальный конечно-элементный комплекс ANSYS. Позднее программа дала имя и самой фирме. На сегодняшний день фирма является лидером рынка расчётных систем как по объёму продаж, так и по количеству используемых по всему миру рабочих мест её програмного обеспечения, и широте линейки и применимости программных продуктов: ANSYS, AutoDYN, CFX, Fluent, ICEM, Maxwell. Это лишь краткий список.

Линейка продуктов ANSYS широка и обеспечивает все нужды расчётчика на всех этапах его работы, начиная с построения или модификации геометрической и сеточной модели, далее переходя к эффективному решению задачи, и заканчивая обработкой, представлением и документированием результатов. ANSYS решает является инструментом для решения задач прочности, теплофизики, электромагнетизма.

MSC.Nastran

Общая характеристика . Главный продукт компании MSC.Software - MSC.Nastran - это лучшая на рынке конечно-элементная программная система. В сфере, где ненадежные результаты могут обернуться миллионами долларов дополнительных расходов на разработку, MSC.Nastran вот уже более 30 лет доказывает свою точность и эффективность. Постоянно развиваясь, он аккумулирует в себе достоинства новейших методик и алгоритмов и поэтому остается ведущей программой конечно-элементного анализа.

MSC.Nastran обеспечивает полный набор расчетов, включая расчет напряженно - деформированного состояния, собственных частот и форм колебаний, анализ устойчивости, решение задач теплопередачи, исследование установившихся и неустановившихся процессов, акустических явлений, нелинейных статических процессов, нелинейных динамических переходных процессов, расчет критических частот и вибраций роторных машин, анализ частотных характеристик при воздействии случайных нагрузок, спектральный анализ и исследование аэроупругости. Предусмотрена возможность моделирования практически всех типов материалов, включая композитные и гиперупругие. Расширенные функции включают технологию суперэлементов (подконструкций), модальный синтез и макроязык DMAP для создания пользовательских приложений.

Наряду с расчетом конструкций MSC.Nastran может использоваться и для оптимизации проектов. Оптимизацию можно проводить для задач статики, устойчивости, установившихся и неустановившихся динамических переходных процессов, собственных частот и форм колебаний, акустики и аэроупругости. И все это делается одновременно путем вариации параметров формы, размеров и свойств проекта. Благодаря своей эффективности алгоритмы оптимизации обрабатывают неограниченное число проектных параметров и ограничений. Вес, напряжения, перемещения, собственные частоты и многие другие характеристики могут рассматриваться либо в качестве целевых функций проекта (этом случае их можно минимизировать или максимизировать), либо в качестве ограничений. Алгоритмы анализа чувствительности позволяют исследовать влияние различных параметров на поведение целевой функции и управлять процессом поиска оптимального решения.

Широкие возможности функции оптимизации MSC.Nastran позволяют использовать его для автоматической идентификации компьютерной расчетной модели и эксперимента. Целевая функция определяется в виде минимизации рассогласования результатов расчета и эксперимента, варьируемыми параметрами выбираются наименее достоверные расчетные параметры конструкции. Как результат оптимизации MSC.Nastran выдает новую компьютерную модель, полностью соответствующую экспериментальной модели. MSC.Nastran - единственная из конечно-элементных программ, способная делать это автоматически.

MSC.Nastran также включает уникальную функцию оптимизации конструкции с неограниченными изменениями ее геометрической формы (изменение геометрической топологии объекта) при минимизации веса и удовлетворении граничным условиям по прочности. Данная функция позволяет использовать MSC.Nastran для автоматического проектирования силовых схем конструкций, когда на основе объемной массивной заготовки MSC.Nastran автоматически создает ажурную оптимальную конструкцию, максимально удовлетворяющую заданным условиям.

Применяется MSC.Nastran также и для планирования экспериментов (определения мест расположения датчиков) и оценки полноты полученных экспериментальных данных.

С помощью MSC.Nastran решаются также задачи моделирования систем управления, систем терморегулирования с учетом их воздействия на конструкцию.

На основе возможностей автоматического рестарта в MSC.Nastran проводятся сложные многошаговые исследования работы конструкции как при изменении условий нагружения, граничных условий и любых других параметров конструкции, так и при переходе от одного вида анализа к другому.

Основу MSC.Nastran составляют отработанная технология элементов и надежные численные методы. Программа позволяет одновременно применять в одной и той же модели h- и p-элементы для достижения точности расчета при минимальных компьютерных ресурсах. Элементы супер высокого порядка аппроксимации - p-элементы - хорошо отражают криволинейную геометрию конструкции и обеспечивают высокую точность при детальном расчете напряжений. Эти элементы автоматически адаптируются к желаемому уровню точности. Численные методы разреженных матриц, используемые при любом типе расчетов, резко повышают скорость вычислений и минимизируют объем требуемой дисковой памяти, что повышает эффективность обработки данных.

Тесная связь MSC.Nastran с MSC.Patran обеспечивает полностью интегрированную среду для моделирования и анализа результатов. Все ведущие производители пре - и постпроцессоров, а также систем автоматизированного проектирования, учитывая неоспоримое лидерство MSC.Nastran на рынке конечно-элементных программных продуктов, предусматривают прямые интерфейсы с этой системой. В результате MSC.Nastran гибко интегрируется в любую имеющуюся у Вас среду проектирования.

MSC.Nastran работает на персональных компьютерах, рабочих станциях и суперкомпьютерах, предусматривает возможности векторной и параллельной обработки данных на ЭВМ, которые поддерживают эти функции.

MSC.Nastran - это:

Эффективность решения больших задач за счет:

· Применения алгоритма обработки "разреженных" матриц

· Автоматической внутренней перенумерации матриц для уменьшения ширины ленты

· Возможности применения "рестарта" с целью использования уже полученных к этому моменту результатов

· Применения алгоритмов параллельных и векторных вычислений

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

    Внедрение технологии Computer-to-Plate. Образование печатных элементов на формных пластинах с помощью засветки пластин лазерным лучом и химической обработки. Формовыводные устройства для лазерной записи офсетных печатных форм, их характеристики.

    реферат , добавлен 21.01.2010

    Для решения задач теплопроводности применяют аналитические методы и численный метод. Чаще применяются: метод Фурье, метод источников и операторный метод. Уравнение процесса, удовлетворяющее дифференциальному уравнению теплопроводности и краевым условиям.

    учебное пособие , добавлен 05.02.2009

    Инженерные сети и системы. Структура систем автоматического управления. Структура систем телемеханики, основные функции и задачи. Принцип работы висцинового фильтра, регулятора высокого давления прямого действия. Одоризационная установка капельного типа.

    курсовая работа , добавлен 17.10.2013

    Технические характеристики и показатели оформления издания. Основные понятия о плоской офсетной печати. Разновидности ее форм. Классификация формных пластин для технологии Computer-to-Plate. Выбор оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры.

    курсовая работа , добавлен 21.11.2014

    Основные характеристики ротора компрессора К398-21-1Л. Определение собственных частот и форм колебаний. Модальный анализ блочным методом Ланцоша. Статический расчет рабочих колес. Возможности решения контактных задач в программном комплексе ANSYS.

    курсовая работа , добавлен 20.06.2014

    Назначение системы водяного охлаждения. Упаковка и комплектация продукции компании. Внутренняя структура ватерблока. История развития радиаторных систем. Основные характеристики устройства, принцип работы, тестирование. Техническое обслуживание систем.

    курсовая работа , добавлен 13.02.2012

    Основные понятия и определения алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ) как комплексной программы алгоритмического типа, основанной на законах развития технических систем. Классификация противоречий, логика и структура АРИЗ. Пример решения задачи.

    реферат , добавлен 16.06.2013

    Основные виды экономической деятельности, в которых применяются информационные технологии. Особенности технологий мобильного предпринимательства. Роль и место автоматизированных информационных систем в экономике. Информационная модель предприятия.

    контрольная работа , добавлен 19.03.2008

    Системы вытяжной вентиляции с естественным побуждением. Неисправности вентиляционных систем. Схема выпуска канализации из здания. Схема насосной системы отопления, принципы ее работы и причины присоединения расширительного сосуда с обработкой магистрали.

    контрольная работа , добавлен 10.10.2014

    Особливість виготовлення флексографських друкованих форм за технологією Computer to Plate. Аналіз схеми прямого лазерного гравірування. Технологія одержання флексографської друкованої форми при використанні прямого запису зображення на формний матеріал.

Лекция 18. CAE системы

Наименование параметра Значение
Тема статьи: Лекция 18. CAE системы
Рубрика (тематическая категория) Электроника

Комплекс критериев сравнения систем КЭ-анализа

Основные факторы выбора CAE-систем - состав решаемых задач; достоверность результатов расчета; интеграция с CAD; легкость освоения. Этот общий перечень должен быть детализирован для каждой из областей применения систем.

Для систем CAE, как и для CAD-систем, можно выделить общие для всех (стандартные) возможности и дополнительные функции, реализованные лишь в отдельных системах. К общим показателям функциональности можно отнести число типов конечных элементов, число видов граничных условий, производительность как при подготовке модели, так и при решении типовых задач, а к дополнительным возможностям - задание граничных условий для задач КЭ-анализа непосредственно в модуле CAD с передачей в модуль CAE; возможности программирования (например, в ANSYS - язык APDL, в CFX - язык CEL) и т.п.

Пример комплекса критериев сравнения систем КЭ-анализа

Сравнительный анализ систем расчета конструкций, выполненный Советом Международных стратегий и менеджмента (Франция, 1992-1993 гг.), включал тестирование по 352 параметрам, в том числе˸

· удобство подготовки исходной информации;

· скорость автоматического формирования конечно-элементных моделей (плоских и пространственных);

· скорость решения системы линейных уравнений методом КЭ;

· состав библиотеки КЭ;

· возможность вычисления геометрических характеристик (моменты инерции при изгибе, кручении и сдвиге) для сечений произвольной формы;

· контроль расчетной модели для объектов, теряющих устойчивость в процессе нагружения;

В условиях выбора системы КЭ анализа для задач конкретного конструкторского бюро вряд ли возможно подробное исседование по столь большому числу показателей. Пример сокращенного набора тестов для относительно быстрой сравнительной оценки возможностей систем среднего уровня приведен в цикле статей А.Аведьяна и А.Данилина ʼʼПрочность не для прочнистовʼʼ [САПР и графика, 2000, №№ 1, 2, 3, 5].

Сравнительному анализу были подвергнуты системы ʼʼЗолотых партнеровʼʼ SolidWorks, полностью интегрированные в среду CAD-системы. Сравнение выполнено по 10 критериям˸

· Круг решаемых задач.

· Сложность решаемых задач (10 задач различных уровней сложности как в смысле геометрии модели, так и по содержанию анализа).

· Достоверность результатов (сравнение с известными аналитическими решениями нескольких задач - изгиб и колебания балки, прогиб круглой пластинки, растяжение вала с выточкой, нагрев толстостенного цилиндра и др.).

· Возможности задания граничных условий и нагрузок.

· Возможности работы с БД материалов.

· Степень влияния пользователя на точность расчетов.

· Доступность для инжнеров-конструкторов, не обладающих углубленной подготовкой в сфере прочности.

· Качество оформления результатов и удобство работы с отчетом.

Лекция 18. CAE системы - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Лекция 18. CAE системы" 2015, 2017-2018.

CAD-системы (computer-aided design- компьютерная поддержка проектирования) предназначены для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации (более привычно они именуются системами автоматизированного проектирования- САПР). Как правило, в современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной объемной конструкции (детали) и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т.д.) Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных изделий. CAD-системы широко применяются в архитектуре, дизайне мебели и интерьера (системы ARC+ и Deco Design (Франция)), веб-дизайне.

CAМ-системы (computer-aided manufacturing- компьютерная поддержка изготовления) предназначены для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и выдачи программ для этих станков (фрезерных, сверлильных, эрозионных, пробивных, токарных, шлифовальных и д.р.) CAМ-системы еще называют системами технологической подготовки производства. В настоящее время они являются практически единственным способом для изготовления сложнопрофильных деталей и сокращения цикла их производства. В CAМ-системах используется трехмерная модель детали, созданная в CAD-системе.

CAE-системы (computer-aided engineering- поддержка инженерных расчетов) представляют собой обширный класс систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчетную задачу (группу задач), начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья. В CAE-системах также используется трехмерная модель изделия, созданная в CAD-системе. CAE-системы еще называют системами инженерного анализа.

PDM-технология (Product Data Management) предназначена для управления всеми данными об изделии и информационными процессами ЖЦ изделия, создающими и использующими эти данные. Управление информационными процессами ЖЦ представляет собой поддержку различных процедур, создающих и использующих данные об изделии (процедуры изменения изделия), т.е. фактически поддержку электронного документооборота (конструкторского документооборота). Для реализации PDM-технологии существуют специализированные программные средства, называемые PDM-системами (т.е. системами управления данными об изделии; другое название - системы управления проектами).

CAD/CAМ/CAE/PDM системы используются в машиностроении. Комплексная автоматизация проектно-конструкторских и технологических подразделений конструкторских бюро и промышленных предприятий машиностроения на базе современных компьютерных технологий.

CASE-технология (computer-aided software engineering) технология создания и сопровождения информационных систем. Термин CASE сегодня понимается достаточно широко. Первоначальное значение термина, ограниченное вопросами автоматизации разработки программного обеспечения (ПО), в настоящее время приобрело новый смысл