Московский офис MSC 2005 г. Суперэлементы в MSC.Nastran С.А. Сергиевский MSC.Software Corporation

Московский офис MSC 2005 г. MSC.Nastran: Метод суперэлементов Использование метода суперэлементов MSC.Nastran: Решение больших задач на ЭВМ с ограниченными ресурсами Обеспечение конфиденциальности разработок

Московский офис MSC 2005 г. Идея метода суперэлементов Конструкция разделяется на подконструкции – суперэлементы (СЭ) Каждый суперэлемент обрабатывается отдельно Узлы на границах суперэлементов включаются в остаточную структуру (нулевой суперэлемент) Уравнения остаточной структуры решаются с учётом матриц масс, демпфирования и жёсткости суперэлементов, присоединённых к граничным узлам

Московский офис MSC 2005 г. Идея метода суперэлементов Остаточная структура Суперэлемент Отдельные компоненты модели (например, люки, двери) могут представляться в виде суперэлементов, характеристики которых получаются экспериментально

Московский офис MSC 2005 г. Что дает использование суперэлементов Преимущества: Возможность решения очень больших задач Эффективное взаимодействие предприятий-партнёров Эффективное моделирование повторяющихся компонентов конструкции Сокращение затрат времени на выполнение вариантных расчетов Возможность глобально- локального анализа Недостатки: Необходимость затрат времени на дополнительные вычисления (заметно на небольших задачах) Все суперэлементы должны быть линейными Приблизительный характер динамических расчетов (погрешность оцениваема иуправляема) Использование предполагает разумный подход квалифицированного пользователя

Московский офис MSC 2005 г. Суперэлементы – редуцирование модели Статическое и динамическое редуцирование Статическое редуцирование: –внутренние динамические эффекты супер элемента игнорируются Динамическое редуцирование (в дополнение к статическому редуцированию) – учёт внутренних динамических эффектов супер элемента –метод Крейга-Бамптона

Московский офис MSC 2005 г. Метод Крейга-Бамптона Степени свободы СЭ: внешние (перемещения граничных узлов) и внутренние (формы колебаний) Внешним степеням свободы соответствуют статические моды деформации Внутренним степеням свободы соответствуют моды собственных колебаний, вычисленные при закрепленных граничных узлах Вычисленные моды (статические моды и моды собственных колебаний) используются при динамическом анализе Размерность вектора q – регулятор точности модели

Московский офис MSC 2005 г. Использование метода Крейга-Бамптона Метод Крейга-Бамптона широко используется при разработке сложных изделий, содержащих коммерческую конфиденциальную информацию и государственную тайну (в том числе, в международных проектах)

Московский офис MSC 2005 г. Метод Крейга-Бамптона в MSC.Nastran Реализация метода Крейга-Бамптона в MSC.Nastran Специальные alterы, дополняющие стандартный MSC.Nastran Суперэлементы Part с ручным формированием файла для подключения супер элемента костаточной структуре – доступны начиная с MSC.Nastran версия 70 Суперэлементы Part с полуавтоматическим формированием файла для подключения супер элемента к остаточной структуре – доступны начиная с MSC.Nastran версия 2004

Московский офис MSC 2005 г. Формат суперэлементов В MSC.Nastran начиная с v2004 доступны следующие форматы представления суперэлементов: MATRIXDB – формат базы данных MSC.Patran DMIGDB – аналог MATRIXDB с модификацией представления граничных матриц DMIGOP2 – формат OP2 DMIGPCH – граничные матрицы выводятся в файл.pch в виде операторов DMIG

Московский офис MSC 2005 г. Пример анализа собственных колебаний модели с применением технологии суперэлементов

Московский офис MSC 2005 г. Модель Задача: анализ собственных колебаний изделия в сборе Часть 1 Часть 2 Часть 3

Московский офис MSC 2005 г. Суперэлементы Суперэлемент 1 Суперэлемент 2 Суперэлемент 3 Граничные узлы

Московский офис MSC 2005 г. Шаг 1 – редуцирование супер элемента Входной файл MSC.Nastran SOL 103 CEND SET 1 = THRU SET 2 = 19001,19011 THRU SUBCASE 1 METHOD = 1 VECTOR(SORT1,REAL)=2 EXTSEOUT(ASMBULK,EXTID=1,DMIGPCH) BEGIN BULK PARAM AUTOSPC YES PARAM GRDPNT 0 EIGRL 1 4. $ Description of the model PBAR CBAR PSHELL CQUAD PLOTEL MAT GRID $ Superelement SPOINT,100001,THRU, QSET1,0,100001,THRU, ASET1,123456,19001,THRU,19022 ENDDATA Суперэлемент 1, вывод – файл.pch Диапазон учитываемых частот собственных колебаний – до 4 Гц Резерв размерности вектора q - 40 Граничные узлы и их степени свободы

Московский офис MSC 2005 г. Шаг 1 – редуцирование супер элемента Результаты расчёта: Файл.pch (или.op2 или.db) – редуцированные матрицы супер элемента Файл.asm – заготовка для подготовки входного файла MSC.Nastran для последующего расчёта изделия в сборе SEBULK 1 PRIMARY MANUAL SECONCT 1 0 NO $ BOUNDARY GRID DATA GRID Заготовка оператора для подсоединения СЭ костаточной структуре Описание граничных точек супер элемента

Московский офис MSC 2005 г. Шаг 2 – расчёт изделия в сборе Входной файл MSC.Nastran SOL 103 CEND SUBCASE 1 SUPER = 1 METHOD = 1 K2GG = KAAX M2GG = MAAX SUBCASE 2 SUPER = 2 METHOD = 1 K2GG = KAAX M2GG = MAAX SUBCASE 3 SUPER = 3 METHOD = 3 K2GG = KAAX M2GG = MAAX SUBCASE 10 METHOD = 10 VECTOR(SORT1,REAL)=ALL Ввод матриц супер элемента 1 Ввод матриц супер элемента 2 Ввод матриц супер элемента 3 Расчёт для остаточной структуры

Московский офис MSC 2005 г. Шаг 2 – расчёт изделия в сборе Входной файл MSC.Nastran (продолжение) BEGIN BULK PARAM AUTOSPC YES PARAM,POST,-1 EIGRL $ Description of residial structure PLOTEL GRID $ Description of connectivity between $ superelements and residial structure INCLUDE 'n_01.asm' INCLUDE 'n_02.asm' INCLUDE 'n_03.asm' $ Superelement 1 INCLUDE 'n_01.pch' $ Superelement 2 INCLUDE 'n_02.pch' $ Superelement 3 INCLUDE 'n_03.pch' ENDDATA Интересуемся частотами в диапазоне до 2 Гц Описание сопряжения суперэлементов с остаточной структурой Подключение файлов с граничными матрицами суперэлементов

Московский офис MSC 2005 г. Результаты расчёта Без деления модели на суперэлементы С использованием суперэлементов E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E+00

Московский офис MSC 2005 г. Результаты расчёта Без деления модели на суперэлементы С использованием суперэлементов

Московский офис MSC 2005 г. Эффективность метода суперэлементов Анализ влияния характеристик опор двигателя на вибрации автомобиля Полная КЭ модель автомобиля: более сотни тысяч узлов Время расчета – десятки часов Редуцированная КЭ модель автомобиля: сотни узлов. По сути, моделируются только опоры двигателя и места расположения пассажиров (чувствительных элементов), остальные узлы – только для визуализации колебаний Время расчета – десятки секунд