Příprava a zpracování dat
Pre/Postprocesor GFEM - kinematické mapované sítě
Program zajišťuje tvorbu sítě výpočtového modelu, generování problémově orientovaných dat úlohy (modelování fyzikálních veličin a jejich přiřazování konečným prvkům, jejich stěnám, hranám a uzlům pro jednotlivé zatěžovací stavy), zobrazování a tisk výsledků výpočtů. Jeho součástí je i řada pomocných programů (maker) pro zefektivnění tvorby modelu či zpracování výsledků a je vybaven hypertextovým souborem GFEM-Help, zajišťujícím podporu při:
- generování výpočtových sítí z prostorových, skořepinových i rovinných prvků,
- zadávání okrajových podmínek,
- zobrazování výsledků na modelech z masivních nebo skořepinových prvků,
- aplikacích pomocných programů (maker),
- výběru materiálů (obsahuje knihovnu s možností doplňování a editování).
Plochy a hrany prvků pro prostorovou diskretizaci mohou být zakřiveny; plochy mohou mít obecně dvě křivosti. Pomocí prvků těchto tvarů lze výstižně modelovat jak masivní prostorové objekty (skříně a rotory turbin, kompresorů, tlustostěnné tlakové nádoby, tělesa armatur, přírubové spoje a části potrubí, komponenty letadel, silničních a kolejových vozidel), tak tenkostěnné skořepinové a stěnodeskové konstrukce (různé aparáty v energetickém, chemickém a potravinářském průmyslu, tepelné výměníky) nebo příhradové a roštové konstrukce event. potrubní systémy a jejich větve s koleny, odbočkami atd. Analýzu objektů, charakterizovaných přítomností masivních a tenkostěnných partií (radiální kola turbin, kompresorů, čerpadel nebo trupy letadel a lodí event. skelety staveb) umožňují speciální spojovací prvky.
Procesor GFEM je založen na kinematické formulaci tvorby sítě. Kinematicky vygenerovaná síť má řadu výhod nejen při samotném výpočtu, ale i při hodnocení výsledků. Samotný postup tvorby sítě lze popsat následovně.
Prostředí preprocesoru GFEM
Každá úloha (nová síť) začíná vytvořením jednoho bodu. Z tohoto bodu se vytáhne úsek, který se rozdělí na segmenty - tím vznikly liniové konečné prvky. Aplikací kinematické funkce např. rotace vznikají z liniových objektů plošné prvky, které jsou využity k vytvoření prostorových konečných prvků. Kinematický přístup k tvorbě sítí lze charakterizovat sekvencí - bod - linie - plocha - objem.
V každé fázi generování sítě lze využívat množství nejrůznějších funkcí k transformaci stávající sítě, jedná se, mimo jiné, o projekci na nejrůznější geometrické útvary, či využití zobecněných posunutí. Vzniklé útvary konečných prvků lze skládat dohromady a vytvářet tak složité technické konstrukce, které si zachovávají příznačné a vhodné vlastnosti geometrických submodelů.
Vstupem programu GFEM může být i hotová síť konečných prvků, která se načítá v podobě textových souborů s daným formátem.Vstupní soubory mají charakter incidenční tabulky, která s sebou nese veškeré údaje o geometrickém uspořádání uzlů a elementů. Tyto soubory jsou dva - jeden s příponou .NOD a druhý s příponou .ELE, oba s velmi jednoduchou strukturou. Načítat lze geometrii sítě z libovolného konečnoprvkového programu pomocí jednoduše zřízeného komunikačního protokolu. Každá úloha, ať již nově zpracovaná, načtená nebo upravená se uloží ve formě binárního souboru .TSK, který nese informaci o celé úloze (geometrii, materiálech, zatížení a zatěžovacích stavech) a slouží k další práci s úlohou.
Výstupem programu GFEM jsou soubory, které používá soubor PMD k samotnému výpočtu a řízení úlohy. Jsou to soubory s příponou .I1 až .I5, .IB pro nejčastěji využívanou lineární-termoelastickou analýzu. Pro ostatní typy výpočtu, např. určení vlastních frekvencí, seizmické odezvy, nelineárního či dynamického chování konstrukce přibývají další vstupní soubory např. .IM, .IE, .IF, .ID. Vstupní soubory systému PMD jsou generovány automaticky programem GFEM pomocí přednastaveného uživatelského rozhraní.
Sítě obecných geometrií
Významné rozšíření aplikačních možností souboru PMD představuje programově zabezpečené rozhraní FEMAP - PMD. Umožňuje použít PMD jako řešiče úloh, jejichž výpočtové modely byly v rámci FEMAPu diskretizovány objemovými a/nebo skořepinovými prvky. Hlavní předností tohoto rozhraní je možnost tvorby sítě konečných prvků na základě čistě geometrické představy tělesa (CAD geometrický model) jako objektu vymezeného hraničními plochami (křivkami) nebo množinovými operacemi nad doménami (liniovými, plošnými či masivními). Tento přístup není v PMD-GFEM k dispozici. FEMAP (Finite Element Modeling And Postprocessing system) je univerzální program pro modelování sítě a analýzu výsledků elastostatických, teplotních a dynamických úloh řešených metodou konečných prvků. Umožňuje generovat síť konečných prvků, definovat na ní okrajové a event. počáteční podmínky a tak vytvořit (universální/neutrální) výpočtový model úlohy. Neutrální model úlohy lze transformovat na vstupní soubory více než dvaceti nejrozšířenějších “řešičů” (NASTRAN, ANSYS, ABAQUS, MARC, DYNA apod.), které tak mohou být přímo použity pro zpracování dané úlohy. Výsledky numerických řešení lze pak importovat do prostředí FEMAPu, kde se po transformaci na neutrální soubor detailně analyzují a graficky interpretují.