Simcenter Femap — это автономный пре/постпроцессор для проведения инженерного анализа методом конечных элементов. Решение не зависит от CAD-систем и позволяет импортировать геометрию из большинства систем автоматизированного проектирования. Кроме того, Simcenter Femap совместим с широким набором решателей для инженерного анализа методом конечных элементов, включая наиболее популярный в отрасли Simcenter Nastran.

Simcenter Femap предоставляет конструкторам и инженерам интуитивно понятные средства выполнения конечно-элементного анализа для точного и быстрого решения самых сложных задач в привычной среде Windows.

Инженерный анализ в Simcenter Femap

Для решения задач механики деформируемого твердого тела, механики жидкостей и газов, механики теплопереноса в Simcenter Femap в качестве базового используется метод конечных элементов (МКЭ). Применение МКЭ требует создания математической и дискретной (конечно-элементной) моделей. Simcenter Femap предоставляет необходимый набор инструментов для построения КЭ-сеток на основе исходной геометрии, прямого создания и редактирования расчетной сетки, работы с геометрическими данными, создания расчетного случая, обработки и анализа полученных результатов.

Области и отрасли применения Simcenter Femap

• Машиностроение, тяжелое машиностроение, энергомашиностроение;
• приборостроение;
• авиационно-космическая промышленность;
• судостроение;
• металлоконструкции и строительство;
• потребительская электроника и бытовая техника;
• упаковка;
• моделирование технологических процессов.

Основные возможности Simcenter Femap
Simcenter Femap обладает мощным функционалом для автоматического и ручного создания КЭ-моделей, содержит удобные инструменты приложения условий нагружения и граничных условий, предоставляет возможность проверки разработанной расчетной модели по многим критериям. Средства визуализации позволяют анализировать, просматривать и обрабатывать несколько типов результатов. Simcenter Femap поддерживает широко используемый в промышленности решатель NX Nastran.

При моделировании в Simcenter Femap происходит автоматическая организация расчетной модели по логическим признакам, например, по типу конечных элементов с созданием соответствующей группы в дереве модели. Simcenter Femap создает КЭ-модели высокого класса с экономией количества элементов и позволяет использовать полный набор существующих типов конечных элементов (0D, 1D, 2D и 3D) при больших возможностях контроля КЭ-разбиения.

Ускорение создания расчетной модели
Simcenter Femap в ходе пре- и постпроцессинга предоставляет инженерам-расчетчикам следующие преимущества.

• Высокая эффективность создания моделей

Поскольку весь расчет зависит от построения конечно-элементной сетки, в Simcenter Femap введены новые инструменты для ее создания. Новейшая версия автоматизирует существующую технологию построения сеток и предоставляет новое интерактивное средство создания КЭ-сетки с мгновенной визуализированной проверкой качества конечных элементов. Новые средства повторной генерации и управления качеством сетки объединены в пользовательском интерфейсе. Это упрощает рабочие процессы и упрощает создание адекватных моделей для расчетов методом МКЭ.

• Ускорение построения оболочечных КЭ-моделей

Новый метод построения на основе срединной поверхности упрощает и ускоряет создание расчетных моделей тонкостенных конструкций.

• Работа с большими моделями

Система Simcenter Femap интегрирована с NX Nastran, при этом оба приложения поддерживают 64-разрядную версию Windows, что обеспечивает больший доступный объем оперативной памяти при препроцессинге и гарантирует расчет больших моделей, состоящих из многих миллионов конечных элементов.

Подготовка геометрической модели

Для конечно-элементного анализа конструкции используются геометрические данные, созданные не только в Simcenter Femap, но и в других CAD-системах, а также импортированные данные на основе стандартных форматов IGES, STEP, Parasolid и JT.

Simcenter Femap тесно интегрирован с Solid Edge: расчетчик имеет возможность передавать модель в среду Simcenter Femap непосредственно из Solid Edge либо открывать модель Solid Edge из Simcenter Femap.

В Simcenter Femap доступен набор инструментов для редактирования геометрических данных вне зависимости от способа формирования геометрии. Для создания эффективной расчетной модели зачастую необходимо изменять исходную геометрию путем удаления или упрощения элементов конструкции, а также добавлять дополнительные геометрические элементы для контроля КЭ-разбиения или вследствие особенностей граничных условий и нагружений. Инструменты Simcenter Femap по работе с геометрией построены на базе математического ядра Parasolid и позволяет инженеру использовать широкий набор инструментов обработки геометрии.

Создание конечно-элементных моделей

Наличие высокоэффективных технологий работы с геометрией и генерирования конечно- элементных сеток позволяет создавать КЭ-модели высокого качества с использованием 2D, 3D конечных элементов для тел и 1D-элементов для кривых или ребер. Богатый набор средств позволяет связывать разные КЭ-сетки, применяя средства связи типа «точка-точка», «ребро-ребро», «точка-ребро», «точка-грань», «ребро-грань», «грань-грань». Кроме того, существует способ задания связей непосредственно между конечными элементами.

Возможности генератора сеток Simcenter Femap позволяют создавать КЭ-модели с использованием разных типов элементов:

• 3D тетраэдральные и гексаэдральные;
• 2D плоские, оболочечные и осесимметричные (2D½);
• 1D и 0D стержневые, упругодемпферные, массовые и т.д.

При разбиении модели на конечные элементы в Simcenter Femap предусмотрено большое количество параметров для контроля и улучшения КЭ-сетки.

Обширная библиотека конечных элементов позволяет быстро и эффективно выполнять различные типы анализов. Доступно более 120 стандартных типов элементов, включая линейные и параболические твердотельные, оболочечные, композитные, осесимметричные, стержневые, упругие, демпферные, массовые, жесткие связи, зазоры с контактом. Существующие инструменты задания сечений стержневых элементов не только позволяют работать со стандартными видами профилей, но и обеспечивают возможность определять произвольный вид сечения на основе CAD-геометрии.

Для сокращения времени и избегания ошибок при решении поставленной задачи в Simcenter Femap имеются средства для проверки КЭ-модели на дублирование узлов и элементов, а также на искажение формы элементов. Интерактивная визуальная шкала позволяет в соответствии с заданными настройками пороговых значений проводить визуализированный анализ качества построенной КЭ-модели. При необходимости изменения КЭ-сетки в локальных проблемных областях можно воспользоваться соответствующими операциями с элементами и узлами: создание, перемещение, удаление узлов; создание и изменение элементов и их физических свойств.

Создание материалов в Simcenter Femap

В поставку Simcenter Femap входит стандартная библиотека материалов, которая содержит набор их физико-механических характеристик. Стандартная библиотека материалов Simcenter Femap может быть дополнена материалами таких типов, как:

• изотропные, ортотропные и анизотропные материалы с учетом/без учета температурной зависимости свойств или зависимости характеристик от частоты с учетом физической нелинейности материала и эффекта ползучести;
• гиперупругие материалы;
• композитные материалы;
• материалы жидкостей и газов;
• специализированные типы материалов для таких решателей, как Abaqus, Marc, LS-Dyna.

Наглядное представление результатов

Simcenter Femap предоставляет пользователю обширные графические возможности и способы анализа и обработки результатов, что, в свою очередь, помогает четко представить картину поведения моделируемой конструкции.

Основные инструменты постпроцессорной обработки результатов:

• вывод анимации, динамических плоскостей сечения, динамических изоповерхностей;
• отображение распределений в виде контурных рисунков, изолиний, линейчатых диаграмм;
• экспорт в файлы разных форматов (JT, PNG JPEG, GIF, TIFF, BMP, анимированный GIF);
• построение графиков и вывод данных в табличном представлении;
• импорт результатов из различных систем КЭ-анализа (Nastran, Abaqus, Ansys, LS-Dyna).

Основными видами анализов, поддерживаемых в Simcenter Femap с NX Nastran, являются:

• анализ механики деформируемого твердого тела;
• линейный статический с линейным контактом;
• определение собственных частот и форм колебаний;
• анализ устойчивости;
• нелинейный статический;
• частотный (гармонический) анализ;
• динамический анализ;
• модальный гармонический анализ;
• модальный динамический анализ;
• линейный и нелинейный динамический анализ;
• расширенный нелинейный анализ;
• расширенный нелинейный анализ на основе явной схемы интегрирования;
• стационарный анализ теплопереноса.

Кроме того, доступен ряд дополнительных решателей Simcenter Femap:

• Simcenter Femap Thermal Solver

Simcenter Femap Thermal Solver содержит новейшие решатели для температурного анализа в среде Simcenter Femap и позволяет быстро и точно решать сложные тепловые задачи. Simcenter Femap Thermal Solver использует метод конечных объемов на базе построенной сетки конечных элементов, упрощая при этом моделирование процессов теплопереноса (включая нелинейные нестационарные процессы) с учетом как теплопроводности, так и лучистого теплообмена, а также фазовых переходов. Передовые технологии решателя гарантируют надежность и высокую скорость решения даже самых сложных задач. С помощью Simcenter Femap можно быстро и эффективно осуществить температурный анализ, что, в свою очередь, гарантирует профессиональный подход и ускорение прохождения стадий рабочего проектирования.

• Simcenter Femap Advanced Thermal Solver

Simcenter Femap Advanced Thermal Solver предоставляет пользователю дополнительные возможности для температурного анализа, в том числе моделирование одномерных сетей охлаждения (обвязки трубопроводов), а также свободную и вынужденную конвекцию. Расширенный набор инструментов для теплового моделирования позволяет пользователю проводить более сложные виды теплового моделирования, например, моделирование теплового состояния космических кораблей, включая солнечный и орбитальный нагрев, моделирование и визуализацию орбиты космического полета, нагрев вращающихся объектов. Эти расширенные возможности моделирования дополняются такими специализированными инструментами, как пользовательские подпрограммы, упрощение моделей, интерфейс к ведущим решателям для температурного анализа.

• Simcenter Femap Flow Solver

Simcenter Femap Flow Solver предоставляет дополнительные улучшенные возможности для гидрогазодинамического анализа в среде Simcenter Femap, обеспечивая быстрое, точное и эффективное решение сложных задач гидрогазодинамики. Современный решатель, являющийся основой полноценного инструмента для гидрогазодинамического анализа, позволяет осуществлять моделирование как ламинарного, так и турбулентного течений, быстрых или медленных сжимаемых потоков, вынужденных течений, естественной конвекции и смешанных потоков, с множеством впускных, выпускных отверстий и граничными условиями внутри потока. Решатель требует наличия сравнительно небольшого объема оперативной памяти, что позволяет получать решения быстрее. Возможность построения как структурированной, так и неструктурированной сетки обусловливает дополнительное удобство в использовании. Simcenter Femap Flow Solver является мощным дополнением к Simcenter Femap Thermal Solver: вместе они позволяют решать задачу моделирования связанного тепломассопереноса.

Модификация в соответствии с требованиями заказчика
Неограниченные возможности кастомизации позволяют получить полный доступ к функциональным возможностям Simcenter Femap посредством интерфейса API на основе объектно-ориентированной технологии OLE/COM, которая использует стандартные, открытые языки программирования. Доступ к API-интерфейсу осуществляется через собственную среду программирования, встроенную в пользовательский интерфейс. В ней вы сможете создавать пользовательские подпрограммы, автоматизирующие рабочие процессы. Кроме того, данная среда может взаимодействовать и обмениваться данными с другими программами, например, с Microsoft® Word и Excel.

Усовершенствования Simcenter Femap версии 2019.1
В последнем выпуске появилось сразу несколько улучшений, помогающих повысить продуктивность рабочего процесса численного моделирования. Улучшения, связанные с созданием модели, затрагивают самые разные аспекты — от выбора объектов и разбиения геометрии до построения сетки, включая протягивание и переход элементов. Кроме того, появилось несколько обновлений, касающихся интеграции решателей Nastran®, Ansys® и Abaqus®, а также новые возможности просмотра результатов в постпроцессоре.

Пользовательский интерфейс и визуализация

• Выбор объектов

Методы выбора объектов были расширены: с помощью новой кнопки Select Visible в диалоговом окне выбора объектов Entity Selection можно выбирать только те объекты, которые видны на экране во время выбора. Кроме того, элементы можно выбирать на основе ссылки на узловую ориентацию. Эти дополнения расширяют текущий набор инструментов, делая выбор объектов более универсальным и гибким. Также вы заметите, что поля идентификаторов в выборе объектов и других диалоговых окнах в Femap стали шире.

• Предыдущий вектор

Simcenter Femap 2019.1 включает возможность вызова ранее определенного вектора при выполнении любой операции, которая требует задание вектора направления. Доступ к ранее определенным данным ускоряет процесс создания модели и повышает общую производительность.

• Поиск объектов в дереве проекта (Locate in Model Info)

Новый переключатель Locate in Model Info добавлен на панель инструментов Select, которая выделяет выбранный объект (Solid, Csys, Property, Material или Layup) в дереве проекта Model Info. Новый режим выбора объектов облегчает поиск выбранного объекта в дереве проекта. Это особенно полезно, когда в модели много объектов подобного типа.

• Предварительный просмотр и подсказки modfem

Прежде чем запускать Femap, в Проводнике можно просмотреть изображение модели файла modfem. Используя всплывающие подсказки, можно также просмотреть основные данные по модели, включая версию, размер, дату сохранения и количество объектов конечно-элементной модели и геометрии. Это помогает найти и выбрать модель быстрее, не запуская Femap.

Улучшения препроцессора

• Системы координат материала для объемных тел

Simcenter Femap 2019.1 поддерживает систему определения координат материала Nastran для элементов, что позволяет каждому элементу ссылаться на отдельный идентификатор системы координат. Также была добавлена поддержка чтения и записи идентификатора системы координат объемного элемента (MATCID).

• Библиотеки

Версия 2019.1 повышает гибкость использования библиотек для сохранения и загрузки данных моделирования, в том числе материалов и свойств. В дополнение к стандартным библиотекам Femap теперь можно создавать персональные библиотеки в любой удобной папке, не обязательно в папке установки. Кроме того, можно задать библиотеку для совместного использования с другими пользователями. Путь к общей библиотеке задается в диалоговом окне Preferences.

• Тиражирование данных при разбиении и разрезании геометрии

Любые существующие определения нагрузок, ограничений и регионов на основе геометрии автоматически тиражируются во время операций разбиения геометрии. Таким образом сохраняется первоначальное назначение граничного условия и условия нагрузки(LBC), и больше нет необходимости перестраивать определения после разбиения геометрии. Все данные объемных объектов также сохраняются после операций разрезания геометрии. Все определения нагрузок, ограничений, регионов, цветов, слоев и атрибутов тиражируются. Эти усовершенствования также добавляют гибкости рабочим процессам настройки модели, делая эти операции независимыми.

• Усилие подшипника и крутящий моментна кривой

Появились новые команды: усилие подшипника (Bearing Force) и крутящий момент (Torque) на кривой, аналогичныесуществующим командам усилие подшипника и крутящий момент на поверхности.

• Проекции точек и узлов

Команды проецирования точек и узлов позволяют проецировать эти объекты радиально вокруг оси и сферически вокруг точки.

Построение сетки

• Протягивание элементов, граней элементов и кромок

В команде протягивания элементов (Sweep) появился новый параметр протягивания вдоль кромок элементов. Грани элемента образуют путь для операции протягивания, которая действует на ряд выбранных элементов или граней элементов. Требуется выбрать только одну кромку элемента, и операция протягивания будет продолжаться до тех пор, пока сетка не опишет круг (например, вокруг круглого профиля) или не достигнет конца. Также есть возможность указать остановочный узел. По мере того как элементы протягиваются, сетка трансформируется, чтобы поддерживать соответствие с существующими краями сетки, вдоль которых происходит протягивание. Наряду с протягиванием плоских элементов и граней объемных объектов для создания твердых тел можно также протягивать кромки элементов и балки для создания 2D-пластин.

• Переход от гегсаэдральной к тетраэдральной сетке

Simcenter Femap 2019.1 теперь может автоматически генерировать элементы пирамиды для перехода между элементами hexa и tetra в сетке объемного тела. Для упрощения этой операции также доступныновые варианты выбора соединения узлов и возможность выбора дополнительных областей для создания элементов пирамиды.Помимо автоматического создания переходной сетки, Simcenter Femap 2019.1 также будет управлять соединением узлов между линейными гексаэдрами и параболическими тетраэдрами, удаляя средние узлы для обеспечения корректного соединения элементов. Это значит, что можно использовать пирамиды для перехода от любойповерхностной четырехугольной сетки в объемную тетра-сетку. Используя этот метод, можно также определять гексаэдральные области внутри объемного тела, что будет способствовать уменьшению количества степеней свободы в модели.

• Инструмент для соединения линейных и параболических элементов

В Femap 2019.1 есть инструмент длясоединения линейных и параболических элементов. Чтобы корректно соединить элементы, нужно удалить промежуточный узел на параболическом элементе или добавить промежуточный узел к линейному элементу. Инструмент работает с элементами оболочки и смешанными сетками, состоящими из балок, оболочек и объемных элементов.

• Новые возможности выдавливания элементов

Добавлены новые параметры, расширяющие возможности выдавливания элементов оболочки.

• Выдавливание элементов вдоль нормали до поверхностей для создания объемных элементов от исходных пластин до выбранных геометрических поверхностей.
• Выдавливание элементов оболочки в обоих направлениях одновременно, чтобы создать объемные элементы с обеих сторон исходных пластин.

Поддержка решателей

Обновления интерфейса включают расширение поддержки Simcenter Nastran для многошаговых нелинейных последовательных решений и улучшение функциональных возможностей оптимизации. Кроме того, новый выпуск содержит дополнительные усовершенствования для трансляторов ANSYS и Abaqus.

• Улучшения Simcenter Nastran

Новые типы подслучаев были введены в многошаговые нелинейные последовательные решения SOL 401 и SOL 402, включая нелинейную динамику, линейную потерю устойчивости и метод длины дуги в статическом анализе (Arc-Length Methods). Предварительное натяжение болтов теперь можно моделировать с использованием одномерных балочных элементов. Также появилась поддержка слоистых композитных свойств PCOMP и PCOMPG. Кроме того, были сделаны различные улучшения для повышения надежности моделирования контактных взаимодействий.

Также появилось несколько улучшений производительности, включая следующие:

• Различные численные улучшения метода Ланцоша с рекурсивной областью (RDMODES)
• Параллельная общая память (SMP) теперь расширяется и включает в себя операции модуля сборки глобальной матрицы элементов (EMA)
• Автоматический выбор численных улучшений частотного отклика

Выпуск Simcenter Femap 2019.1 включает в себя Simcenter Nastran 2019.1.

• Улучшения Nastran

Оптимизация конструкции SOL 200 теперь поддерживает анализ частотной характеристики с настройками, аналогичными настройкам статического и модального анализа. Теперь поддерживается запись контроля подслучая STATSUB, выбирающая статическое решение, которое будет использоваться при определении дифференциальной жесткости для анализа потери устойчивости. В последовательности SOL 105 с решением по линейному анализу потери устойчивости можно определить несколько подслучаев, которые включают записи STATSUB, чтобы обеспечить большую гибкость при настройке анализа подслучаев.

• Транслятор ANSYS
• В выпуск 2019.1 была добавлена дополнительная поддержка для чтения и записи нестандартных определений давления, включая SURF153, SURF154 и SURF156
• Предварительная нагрузка на балку (PRETS179) и предварительная нагрузка на твердую поверхность (PSMESH) теперь поддерживаются и записываются как ANSYS SLOAD
• Для анализа случайных вибрацийдобавлена поддержка чтения и записи различных команд, включая SPOPT, PSDUNIT, PSDFRQ, PSDVAL, PFACT и PSDCOM
• Добавлен контроль вывода KEYOPT (8) для плоских и объемных ламинатов

 

• Транслятор Abaqus

Теперь в Abaqus можно задавать термические параметры для элементов зазора и контакта с помощью кнопки Thermal, которая позволяет редактировать зазор или свойство соединения.

Постпроцессор

• Контурная заливка

Появились новые параметры контурной заливки элементов для просмотра моделей с частичными результатами, такими как контактные силы и напряжения. Ранее все элементы, узлы которых не имели набора выходных результатов, были окрашены в цвет нулевых значений.

• Форматированный вывод данных

Предыдущие стандартные и форматные команды из списка вывода в Femap 2019.1 были объединены в одну команду. При выводе списка форматированных выходных данных можно выбрать выходной формат из личной или стандартной библиотеки Femap либо выбрать пользовательский формат.

• Перемещения аэросетки

Simcenter Femap 2019.1 позволяет отображать перемещение аэросетки из анализа флаттера.

Дополнительные материалы и демо-версия Simcenter Femap

Сведения и материалы по Simcenter Femap на официальном сайте Siemens Digital Industries Software: https://www.plm.automation.siemens.com/global/ru/products/simcenter/Simcenter Femap.html

Пробная 45-дневная версия Simcenter Femap: https://www.plm.automation.siemens.com/store/ru-ru/trial/Simcenter Femap.html