Моделирование краш-тестов и прочих задач нелинейной динамики в ANSYS

Моделирование краш-тестов и прочих задач нелинейной динамики в ANSYS

Недавнее поглощение компании Livermore Software Technology Corporation (LSTC) компанией ANSYS, безусловно, станет очень полезным для инженеров, которые используют программное обеспечение как одной, так и другой компании. Прежде всего, речь идёт об интеграции продуктов, предназначенных для решения линейных и нелинейных задач динамики.

Так, программный продукт ANSYS Mechanical может использоваться для расчёта линейных либо нелинейных деформаций конструкции на протяжении длительных периодов времени. Что же касается продукта LS-DYNA, он заточен на нелинейные процессы деформирования, происходящие на протяжении миллисекунд. Совместное использование двух подходов имеет большие перспективы в задачах автомобилестроения, авиаракетостроения, оборонной отрасли, разработке электроники и моделировании технологических процессов.

Моделирование краш-тестов и прочих задач нелинейной динамики в ANSYS

Интеграция программных продуктов позволяет гибко использовать их сильные стороны для решения практических задач. Партнёрство между LSTC и ANSYS продолжалось несколько десятилетий. В частности, LS-DYNA была интегрирована ещё под интерфейсом Mechanical APDL, а современный продукт ANSYS LS-DYNA позволяет работать с моделью в рамках платформы ANSYS Workbench. С поглощением компании LSTC интеграция станет, безусловно, ещё более тесной.

Пользователи LS-DYNA должны ощутить упрощение доступа к продуктам ANSYS и улучшения в области совместимости форматов данных. При этом они по-прежнему будут иметь доступ к продуктам LSTC:

  • LS-OPT – оптимизация конструкции и вероятностные расчёты;
  • LS-PrePost – подготовка моделей и обработка результатов;
  • LS-TaSC – топологическая оптимизация;
  • LSTC Models – стандартные модели манекенов, барьеров и шин для моделирования краш-тестов.

Пользователи ANSYS получат преимущества от новых возможностей в области моделирования нелинейных динамических задач, явного метода интегрирования по времени (explicit) и связанных расчётов (multiphysics). Прежде всего, речь идёт о моделировании событий, в которых объекты испытывают большие нагрузки в течение очень маленького периода времени.

Что такое нелинейная динамика?

 

ANSYS - Соударение автомобилей не может быть смоделировано только линейными уравнениями, так как в конструкции присутствует остаточная деформация, не исчезающая после снятия нагрузки. Это один из факторов, который приводит к нелинейности в задаче

 

При решении линейных задач усилия являются прямо пропорциональными перемещениям. Для выражения этой линейной зависимости используется закон Гука, который упоминается в школьном курсе физики применительно к пружинам. Но закон Гука справедлив и для любых малых объёмов материала, поэтому он является одним из фундаментальных оснований механики.

Использование закона Гука предусматривает, что любой объект после снятия нагрузки возвращается к своей первоначальной форме. Но есть много задач, в которых такое допущение принять невозможно. Речь идёт о необратимых пластических деформациях, с которыми знаком каждый, кто когда-нибудь растягивал пружину выше некоторого предела.

Нелинейная динамика изучает системы, поведение которых невозможно описать линейными уравнениями. Это может быть как моделирование деталей из резины (в которой наблюдается нелинейное упругое поведение), так и моделирование краш-теста (где после снятия нагрузки конструкция остаётся в деформированном состоянии).

Для решения задач нелинейной динамики хорошо подходит метод явного (explicit) интегрирования по времени. Усилия на каждом временном шаге определяются на основе предшествующего состояния системы, а затем используются для расчёта следующего шага.

Как моделируют задачи нелинейной динамики

Программный продукт LS-DYNA специализируется на задачах нелинейной динамики: соударения, штамповка металла, попадание птицы в турбореактивный двигатель, разрушения при землетрясениях, взрывах и столкновениях. Такие расчёты производят при разработке автомобилей, самолётов и вертолётов, космических аппаратов, производственных линий, электронных приборов и продукции военного назначения.

LS-DYNA позволяет инженерам моделировать самые разные задачи нелинейной динамики – например, посадку космического аппарата Orion на воду

LS-DYNA позволяет инженерам моделировать самые разные задачи нелинейной динамики – например, посадку космического аппарата Orion на воду

LS-DYNA также позволяет производить связанные расчёты различных физических процессов, расчёты моделей с различными размерностями и различной детализацией. В LS-DYNA решаются как небольшие задачи на настольных компьютерах, так и сложные задачи на кластерах с задействованием нескольких тысяч ядер. При этом LS-DYNA показывает очень хорошую масштабируемость при распараллеливании вычислений.

LS-DYNA позволяет моделировать следующие физические процессы:

  • вычислительная гидрогазодинамика (CFD – computational fluid dynamics);
  • потоки гранулированных частиц;
  • электромагнетизм;
  • взаимодействие потоков и конструкции;
  • расчёт шума и вибраций (NVH – noise, vibration and harshness)
  • теплопередача;
  • зарождение и развитие трещины;
  • композиционные материалы.

Этот список не описывает все возможности LS-DYNA, он дан для понимания того, насколько они широки.

В LS-DYNA довольно много инструментов, настроек и моделей, поэтому грамотная подготовка модели может представлять довольно сложную задачу. Расчётная платформа ANSYS Workbench позволяет автоматизировать этот процесс, дав пользователям доступ к возможностям решателя LS-DYNA без глубокого погружения в детали и тонкости моделирования. Это обеспечивает высокую эффективность при решении задач нелинейной динамики даже при ограниченном курсе обучения.

От моделирования краш-тестов – к смежным технологиям компьютерного моделирования!

 

ANSYS - LS-Dyna активно используется в автомобильной отрасли для моделирования краш-тестов с целью сокращения количества физических испытаний, необходимых для сертификации автомобиля

 

Проведение компьютерного моделирования краш-теста в LS-DYNA позволяет существенно сократить количество физических прототипов, необходимых для проведения испытаний в процессе разработки и сертификации автомобиля. В итоге, в настоящее время подавляющее большинство разработчиков автомобильной техники пришли к активному использованию компьютерного моделирования.

Объединение продуктов LS-DYNA и ANSYS открывает новые возможности в автомобильной отрасли. К примеру, продукты ANSYS уже активно используются для разработки систем автономного вождения, электрических систем, аэродинамики автомобиля, оценки шумов и вибраций, разработки встраиваемого программного обеспечения и прочих задач. Добавление в портфолио ANSYS продукта для моделирования краш-тестов предоставит большему числу инженеров доступ к более широкому спектру продуктов и технологий ANSYS, позволяя наладить эффективные рабочие процессы в рамках экосистемы одного разработчика.

Также приглашаем ознакомиться с описанием продукта ANSYS LS-DYNA (на английском языке).

Больше информации о поглощении компании LSTC компанией ANSYS вы можете найти (на английском языке) по ссылкам: здесь и здесь.

Источник: www.ansys.soften.com.ua


Печать   Электронная почта