С радостью сообщаем о запуске онлайн ресурса Autodesk Simulation Workshop. Ресурс содержит ряд модулей, предназначенных для оказания помощи в подготовке нового поколения инженеров. Модули были составлены на основании отзывов фокус-группы, обучающейся у влиятельных преподавателей из Северной Америки и Европы.
Разработанные курсы обучения основаны на теории и методологии конструирования, включая решение проблем с помощью современных CAE, и иллюстрированы на примере программного обеспечения Autodesk.
Перейти к Autodesk Simulation Workshop>>>
Более подробно о ресурсе можно прочитать в блоге Антона Васильева - преподавателя Харьковского политехнического института, который подготовил обзор workshop'a в нескольких частях:
Инженерные исследования. Вариант Autodesk. Часть 0
Эффективная маркетинговая политика компании Autodesk привела к тому, что ее программный продукт AutoCAD стал в какой-то мере синонимом вообще всего автоматизированного проектирования. Однако эта же политика привела к тому, что у многих специалистов отраслей машиностроения, архитектуры и строительства сложилось мнение, что кроме AutoCAD"а у Autodesk вообще нет ничего более. Однако портфель ПО Autodesk расширяется с каждым годом и все большее количество этапов жизненного цикла изделия (PLM) все шире охватывается инструментарием Autodesk.
Впрочем, задача правильного маркетинга состоит не только в создании бренда или информировании потенциальных покупателей о новых инструментах. Не менее важным является первичное обучение основам работы. Особенно это важно для программ, базирующихся на серьезной теории - такой, как прочность или газодинамика.
С этой целью компания Autodesk создала специализированный портал Engineering exploration. В русском языке по смыслу больше всего подходит термин "инженерные исследования". Данный портал содержит базовые сведения о работе Autodesk Simulation Multiphysics (ранее Algor). Все они представлены в виде ряда "обучалок" под названием workshop. На данный момент на портале размещено 42 таких урока разбитых по пяти направлениям:
- Working with Imported Geometry (Работа с импортированной геометрией)
- Linear Material Analysis (Расчеты на базе линейно-упругих моделей материалов)
- Nonlinear Material Analysis (Расчеты на базе нелинейных моделей материалов)
- Dynamic Simulation (Динамика механизмов)
- Fluid Flow (Динамика потоков, Гидро-газодинамика)
- Thermal Analysis (Термический анализ)
Каждая из обучалок (можно сказать уроков, если так будет привычнее) содержит видео, слайды презентации с ключевыми моментами, текст "лекции" и файлы для самостоятельной работы. Как и на многих порталах Autodesk, видео работает через Microsoft Silverlight. Презентации выложены в формате Microsoft Office 2007-2010 (*.pptx). Текст лекций - в формате Adobe Acrobat (*.pdf). Файлы для самостоятельной работы представляют собой архивы, содержащие необходимые файлы с геометрией (в различных форматах) или файлами Autodesk Simulation (*.ach). Все материалы представлены на английском языке, что может представлять некоторую трудность для нашей русскоязычной аудитории. Однако следует заметить, что произношение "лекторов" в видео достаточно четкое, а тексты отличаются простотой и неплохо читаются даже с автоматическим переводом. Впрочем, при наличии интереса к данному направлению для сообщества не станет проблемой перевод материалов на русский язык.
В среднем длительность видео, сопровождающих "уроки", не превышает 10 минут. Это положительно сказывается на восприятии информации. При хорошем знании английского этого вполне достаточно. В некоторых случаях "урок" разбит на несколько частей. И сами уроки, и их части имеют логически завершенную форму. Благодаря этому уроки можно смотреть в любой последовательности (особенно если Вы имеете опыт работы с инженерными расчетами на компьютере). Однако предпочтительным все же является последовательное знакомство с материалами. В случае необходимости ускорения знакомства с определенным типом задач рекомендуется изучить модули из первого раздела и далее можно переходить к интересующему Вас разделу. Структура уроков это позволяет.
Все видео вместе взятые - это шесть с половиной часов (или 9 академических), что достаточно много. Характерно, что в рамках уроков рассказывается не только об азах использования Autodesk Simulation, но и основах теории, необходимой для понимания сути задач и методов их решения. Таких подробных и хорошо документированных уроков посвященных инженерным расчетам в сети еще нужно поискать. А в исполнении разработчика ПО и в открытом доступе - вообще считанные единицы.
Материалы поданы таким образом, чтобы был выдержан баланс между объемом материала, с которым пользователь может ознакомиться без особых проблем, но в то же время не в ущерб подаваемому материалу. С такой точки зрения 6 часов - это достаточно немного. Если уделить время не только просмотру видео, но и чтению текстовых материалов и выполнению описанных в них практических занятий, на знакомство с ПО у Вас уйдет от двух до пяти дней. Таким образом, за рабочую неделю можно освоить базовые принципы работы с Autodesk Simulation Multiphisics и познакомиться с основами теории.
Инженерные исследования. Вариант Autodesk. Часть 1
Для того чтобы было проще понять, что из списка уроков опубликованных на портале Engineering exploration (про который шла речь в прошлом сообщении) Вам нужно, в данной серии будет дан короткий обзор разделов и уроков. Первое, что следует отметить - все уроки записаны с использованием Autodesk Simulation Multiphisics (ранее Algor) версии 2012. С точки зрения интерфейса новая версия 2013 отличается не принципиально, и практически все, что продемонстрировано в уроках без изменений и проблем повторяется в последней версии.
Первый раздел посвящен знакомству с интерфейсом Autodesk Simulation Multiphisics (ASM) и вопросами связанными с импортом и модификацией геометрии.
Первый урок раздела посвящен импортированию геометрии непосредственно в ASM. На примере однотипной по форме геометрии, но созданной в различных системах (Autodesk Inventor и SolidWorks) демонстрируется, что могут быть различия. В данном конкретном случае вся разница заключается исключительно в ориентации детали относительно базовой системы координат (это связано с тем, что в Inventor по умолчанию вверх смотрит ось 0Z, а в SW - 0Y). Тем не менее в действительности на более сложных примерах разница может быть и более существенной. Так, как будет показано в других уроках, при импортировании из некоторых систем есть возможность получения геометрических параметров модели и даже физических (свойства материала). Есть и другие отличия, но об этом уже в уроках не рассказывается, впрочем, любой, кто сталкивался с импортом-экспортом и обменом информацией между различными системами САПР понимает это.
Также в уроке показано как задавать свойства материалов и как "разбить" геометрию на конечно-элементную (КЭ) сетку. В данном случае используются параметры по умолчанию, но в других уроках рассказано как ее модифицировать под нужды пользователя.
Второй урок раздела посвящен редактированию "неродной" геометрии. В данном случае любая геометрия, которая была создана вне ASM, для него является не родной. Autodesk прикладывает все усилия, чтобы её форматы (DWG, фалы Inventor, Revit) воспринимались ASM, как можно лучше. Однако пока что это все равно происходит через импорт-экспорт со всеми вытекающими отсюда последствиями. Данное мое голословное утверждение хорошо демонстрируется в самом уроке. После импорта геометрии из Inventor в ASM цилиндрические поверхности, которые в первом были цельными в ASM приходят как две полуповерхности. Это связано с особенностями работы геометрических ядер и ничего страшного в этом нет. Даже в самом CAD, на самом деле все тоже самое, просто для удобства пользователя многие CAD системы этот факт "прячут". Впрочем основная цель урока отлична от данного утверждения и заключается она в том, что геометрию можно импортировать в ASM не только напрямую, как в первом уроке, но и через Inventor Fusion. При этом можно работать с большим количеством типов геометрических данных, и также можно внести некоторые модификации в геометрию, для улучшения дальнейшей работы с ней в ASM. В качестве таких модификаций выступают удаление мелких элементов (фасок, скруглений, отверстий), которые усложняют процесс создания сетки и увеличивают время счета, но при этом не всегда влияют на конечный результат. Также, средствами Fusion можно модифицировать некоторые геометрические размеры конструкции, даже без использования "родного" ПО, в котором была создана данная геометрия. Или, как в уроке - разделит поверхности на дополнительные части, для того, чтобы стало возможным задание необходимых граничных условий и параметров нагружения.
Третий урок раздела, как раз освещает некоторые преимущества работы с геометрией созданной "сводным братом". Речь идет о том, что из Autodesk Inventor в Autodesk Simulation можно передать все параметры, которые были в модели. При этом их можно модифицировать напрямую в интерфейсе ASM, без привлечения Inventor или Fusion. Следует отметить, что при этом инструментарий работы с параметрами визуально не отличается от привычного тем, кто работает в Inventor. Кроме собственно "ручной" модификации параметров, данный функционал может быть использован для решения задачи оптимизации. Это обычно требует итерационного изменения некоторых параметров в определенных пределах. В конечном итоге получается конструкция, которая в соответствии с выбранными методами лучше всего соответствует целевой функции (минимизация веса, или напряжений etc.) Результирующий набор параметров может быть "передан" в Inventor, для модификации родительских файлов в соответствии с оптимальным дизайном.
Однако тут следует заметить, что автоматическое варьирование параметров в широких пределах нередко приводит к появлению ошибок в геометрии, связях между элементами, как в детали, так и в сборке. В случае, если это находится под постоянным контролем пользователя, это легко исправить в ручном режиме. Автоматическое изменение лишено данной возможности, о чем следует помнить при использовании функционала изменения параметров в ASM. Также следует помнить, что каждая новая геометрия проходит через автоматический импорт-экспорт, и дополнительные модификации в ASM, что также может добавить головной боли, если это не учитывать. К сожалению, об этом в уроке нет ни слова… Также в уроке есть спорное утверждение, что "тетры" всегда хуже чем "брики" (это типы элементов, которые отличаются количеством узлов и формой. Тетры - пирамиды о четырех узлах, "брики", или на русском "кирпичи", это элементы с 8 узлами и 6 сторонами). Впрочем данная тема требует отдельной публикации.
Следующий по счету - четвертый урок раздела. В нем рассказывается про основные типы контактов в ASM. Их не так уж и много, но они позволяют промоделировать практически все варианты взаимодействий. Основным типом контакта является Bonded ("склейка"). Основным я его называю, потому что это тип контакта по умолчанию. Подобный тип контакта заставляет разные детали вести себя как единое тело. Т.е. по сути как будто они были полностью склеены между собой по некоторым поверхностям. При этом не всегда является обязательным даже касание деталей как таковое. В случае наличия зазора - между ними просто "влепят" "жесткую связь". Suface - наиболее общий тип контакта. Чаще всего встречается в природе. Два тела взаимодействуют между собой по контактирующим поверхностям. Одно тело может быть спокойно "оторвано" от другого, но не может влезть внутрь. В первом случае контакта нет, во втором тела начинают совместно деформироваться. Welded - похож на первый, т.е. bonded, но "склеен" не по всем заданным поверхностям, а по границе контакта. По сути моделирует работу сварного шва для нескольких деталей. Free/No Contact - самый легкий для компьютера, ибо контакта нет, а значит никаких дополнительных телодвижений на проверку соприкасаемости и совместное деформирование тел ASM"у совершать не надо. Sliding/No Separation - когда у нас два тела спокойно скользят друг по другу, но оторваться друг от друга не могут. Separation/No Sliding - обратный вариант. Коэффициент трения так высок, что скольжение е возможно, а вот отрыву ничто не мешает. Так как не всегда тела контактируют целыми поверхностями есть контакт Edge - для кромок.
В уроке, кроме освещения основных типов контактов и разницы между ними, рассказывается об инструментарии создания контактов между телами и настройках контактов и решателя.
В пятом уроке раздела освещается работа с библиотекой материалов. Не смотря на то, что в уроках ранее было немного рассказано о задании свойств, данный урок посвящен подробному описанию состава библиотеки и принципам работы с библиотекой. Рассказывается ка можно создавать новые материалы, в том числе и специфичные, например композиционные. Единственное, что тут следует заметить, что библиотека материалов едина для всех приложений Autodesk, что достаточно удобно.
В шестом уроке, как бы в продолжение предыдущего объясняется разница между изотропными и анизотропными материалами.
Седьмой урок целиком и полностью посвящен вопросам работы с сеткой. Основные типы элементов, принципы и инструменты модификации сетки. Причины, по которым необходимо делать сетку крупнее или мельче. Следует отметить, что в новой версии (2013) по сравнению с текущей (2012) есть существенные изменения инструментария работы с сеткой, причем в лучшую сторону.
Последний, восьмой урок первого раздела посвящен вопросам модификации расчетной схемы. На примере расчета шарнирно опертого по краям двутавра (в англ. варианте I-beam) демонстрируется, что для некоторых задач лучше использовать не трехмерные элементы, а балочные или пластинчато-оболочечные. Впрочем людям прошедшим через сопромат, это должно быть близко и понятно. Так как в данном случае пользователю нет необходимости решать уравнения вручную, то может быть непонятным почему обычный расчет на базе геометрии из CAD системы выполненный путем нажатия на пять кнопок, лучше перестроения геометрии в соответствии с новыми правилами. К тому же в самом уроке на этом особо не акцентируют внимание. Чтобы пояснить могу сказать, что расчет металлического моста в балочной постановке вполне может выполнить и человек без привлечения компьютера. Компьютер на подобную задачу потратит от пары секунд до нескольких минут (в зависимости от сложности конструкции). А вот если это ели геометрию брать объемную-твердотельную.... то может не хватить вычислительных мощностей даже у "средней паршивости" кластера из списка российского Топ-50 . Впрочем вместо подробного объяснения данного факта дан пример, как можно создавать расчетную модель в ASM вообще без использования CAD, используя лишь внутренние возможности. Все это на примере уже упомянутого двутавра.
Инженерные исследования. Вариант Autodesk. Часть 2
Скажу честно, по сравнению с первым, да и с остальными разделами, второй существенно проигрывает по многим параметрам. Основная проблема в том, что без хорошего понимания английского языка и без открытых во время видеопрезентации слайдов понять о чем идет речь трудновато. Связано это с тем, что диктор презентации объясняет физику поведения модели и вид разрешающих уравнений исключительно словами и на фоне "голой модели". В смысле без результатов, без расчетов. Максимум по меню пробегается и озвучивает пункты меню отвечающих за типы расчетов. Складывается впечатление, что автор просто забыл переключить мониторы во время презентации, а потом решил не заморачивать типа и так пойдет. Материалы для инструктора тоже обделены теоретической нагрузкой, по сему я утверждаю что без слайдов понять что либо будет достаточно сложно. Раз так, то речь сегодня пойдет не столько о видео, сколько о полной информации по уроку, и базируется преимущественно на докладах.
Итак, во втором разделе 9 уроков. Три первых посвящены теоретическим основам, остальные уже больше ориентированы на практику.
В первом уроке рассказывается об основах Метода Конечных Элеметов (МКЭ). О том, что все у нас базируется на законах сохранения и принципах минимизации функционала. Впрочем для большинства задач, особенно линейных, кучу сложных уравнений можно существенно упростить. Разрешающие уравнения представлены на слайдах. В видео также рассказывается о типах анализа, которые можно совершить в рамках предположения о линейном поведении материалов. К таким расчетам относится линейная статика (впрочем это не совсем точное определение, так как могут считаться задачи с учетом контакта), задачи о собственных частотах и формах (модальный анализ) в том числе и для предварительно нагруженной конструкции, об отклике на гармоническое или случайное воздействие и получение спектрального анализа. Также сюда относится линейная потеря устойчивости (нахождение кртического значения нагрузки при сжатии) и решение задач динамики (в линейной постановке), как путем полного интегрирования динамических уравнений, так и путем разложения решения по собственным формам. Большая часть из данных типов расчетов продемонстрирована в других уроках модуля.
Во втором уроке рассказывается об уравнении Ньютона-Рафсона. Это наиболее часто используемый метод при решении нелинейных задач с помощью МКЭ. Решение получается путем последовательного итерационного приближения к точному. Состоит из линейной и нелинейной части. Требует применения нелинейных моделей материалов (для них нужно иметь большее количество данных для описания физических свойств). В принципе результаты расчета нелинейной статики могут стать основой для расчетов собственных частот конструкции с учетом приложенной нагрузки или для расчета на устойчивость.
В третьем уроке, на базе стержневого (если я правильно понимаю) элемента объясняется основные принципы расчета и разница между математическими постановками для элементов, а тут все необходимые расчеты можно повторить руками. В ASM присутствуют различные типы материалов, но чем сложнее элемент тем сложнее математика для него, а стержневые элементы - одни из самых простых. Говорится очень важная фраза, о том, что чем лучше студенты (и все кто занимается компьютерным моделированием CAE) понимают математические принципы расчетов, и внутреннюю математику элементов - тем лучших результатов они могут добиться при проведении расчетов.
В четвертом уроке, "наконец-то", переходят от слов к делу. В рамках задачи, на базе аж четырех видео, подробно демонстрируется полный процесс решения - от постановки до анализа результатов. Не смотря на то, что многие вещи уже рассказывались в предыдущих уроках, в данном уроке дана более глубокая проработка. В рамках урока и меняется материал, и настраивается тип элемента, и характеристики решателя. А то, что все это демонстрируется на базе простой консольнозащемленной балки, как по мне так только упрощает понимание. Кроме того, данный урок хорошо демонстрирует, что в рамках ASM, использование линейных моделей материалов не ограничивает результаты исключительно линейной составляющей. Так в данном уроке рассматривается вопрос "больших перемещений", что обычно относят к нелинейностям.
В пятом уроке рассматривается последовательность действий при выполнении модального анализа (задача на собственные частоты и формы), в базовой постановке (без учета нагрузки) в первом из видео, так и с учетом нагружения (во втором видео). Все подробно и хорошо расписано. Единственная претензия - стиль изложения физических законов с помощью математики несколько пляшет от урока к уроку, что может сбивать людей, особенно если их мат. подготовка не соответствует нормам "мехмата" или аналогичных прикладников от математики. Также в презентации коротко рассказывается, что такое частоты и формы зачем их нужно искать, и что это может дать для понимания работы конструкции.
Шестой урок рассматривает вопросы решения задачи динамики методом разложения по формам (ну или путем спуерпозиции форм, это кому как нравится). Преимуществом данного времени является более высокая скорость решения задачи. Недостатком является то, что не все можно решить таким образом. В уроке подробно рассмотрены этапы и настройки задачи динамики.
Седьмой урок построен на аналогичной задаче (по отношению к шестому), но при этом демонстрируется методика решения задачи путем полноценного решения задачи динамики. Также дается пояснение таким моментам как наличие трения и ее влияние на результат.
Восьмой урок посвящен постановке задачи на устойчивость и поиску критических величин нагрузки. Собственно ничего более в уроке нет.
Последний - девятый урок посвящен расчету на долговременную прочность (Fatigue). В уроке рассказывается о работе с мастером. На первом шаге мастер спрашивает на базе чего мы хотим анализировать усталость - на базе напряжений или деформаций. На втором шаге настраиваются физические свойства материала необходимые для подобных расчетов (вплоть до усталостных кривых). Третий шаг посвящен настройкам фактора концентрации напряжений и тип обработки поверхностей (литые, обработка резанием, шлифовка). Следующий (четвертый) шаг посвящен как раз наиболее интересному - заданию кривой циклического нагружения. В данном случае время участвующее в определении кривой - лишь способ определения нагрузки. Никаких динамических эффектов оно не дает и не учитывает. Пятый шаг мастера "спрашивает" что нужно в качестве результата - запас, или количество циклов. Шестой цикл содержит по сути только кнопку отправки поставленной ранее задачи на расчет. И собственно последний - седьмой шаг содержит результатам расчета.
Собственно еще раз напомню, что если Вы хотите не только увидеть на какие кнопки нужно нажать, чтобы получить результат, но и понять что нужно задавать и от чего зависят результаты расчета (физика процесса), крайне желательно кроме видео ознакомиться еще и с дополнительными материалами по интересующим урокам.