¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

23 декабр€ 2012

¬ научном парке ћ√” при поддержке Ђ—колкової разработана перва€ промышленна€ верси€ CAE-пакета нового поколени€ ‘идесис дл€ прочностного анализа

¬ладимир Ћевин, јнатолий ¬ершинин

¬ладимир Ћевин јнатолий ¬ершинин

Ћевин ¬ладимир јнатольевич, член совета директоров »  ‘идесис, профессор, доктор физико-математических наук, профессор кафедры вычислительной механики ћ√” им. ћ.¬. Ћомоносова, автор более 250 научных работ, включа€ 4 монографии (ћосква, ‘изматлит), по прочностным расчетам при конечных деформаци€х и численным методам, член –оссийского национального комитета по теоретической и прикладной механике, член јSME (American Society of Mechanical Engineers).

¬ершинин јнатолий ¬икторович, член совета директоров »  ‘идесис, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры вычислительной механики ћ√” им. ћ.¬. Ћомоносова, автор более 35 научных работ, включа€ 1 монографию (ћосква, ‘изматлит), по прочностным расчетам при конечных деформаци€х и численным методам.

ќт редакции isicad.ru: »нжинирингова€ компани€ ‘идесис была создана учеными ћосковского государственного университета им. Ћомоносова при поддержке ведущих лиц отечественной —јѕ–-отрасли - в —овет директоров ‘идесис вход€т такие "зубры" как јрсений “арасов, генеральный директор Adobe Systems по –оссии и —Ќ√, в прошлом занимавший аналогичные посты в компани€х Siemens Enterprise Communications и PTC, и ћарина  ороль, за плечами которой ключевые посты в Autodesk и Consistent Software. »  ‘идесис разрабатывает одноименный программный пакет дл€ анализа (на этапе проектировани€) прочности изделий, которые в процессе эксплуатации будут подвергатьс€ механическим нагрузкам и другим воздействи€м. » хот€ тема эта довольно хорошо изучена как с научной, так и с прикладной точек зрени€, специалисты ‘идесис утверждают, что нашли новые подходы к ее решению. ћы решили предоставить им слово на страницах нашего сайта. Ќадеемс€ на активное обсуждение этого материала нашими читател€ми.


— момента выхода на рынок основных универсальных пакетов CAE прошло более 25 лет, что соответствует обычному периоду в науке и технике не только модернизации имеющейс€ продукции, но и созданию вариантов нового поколени€.

Ќа сегодн€шний день, есть несколько «за€вок» к универсальным —ј≈ от высококвалифицированных пользователей в области прочностного инженерного анализа. ѕеречислим три наиболее нагл€дных, на наш взгл€д, из них.

  1.  омпозиты1. ќсновные потребности:
    1. ћоделирование эффективных характеристик, включа€ тканые с учетом нелинейных свойств матрицы (в том числе и в€зкоупругих). ѕричем необходимы не только статические, но и динамические эффективные характеристики.
    2. ќценка остаточной прочности композита. –еализаци€ моделей на микроуровне, а в р€де случаев и на наноуровне (когда необходимо использовать аппарат молекул€рной динамики).
  2. —верхбольшие задачи. ѕри решении задач активной и пассивной сейсмики в геофизике одной из основных проблем, с которой сталкиваютс€ исследователи, €вл€етс€ необходимость выполнени€ колоссального объема вычислений. ƒанна€ проблема выходит на первый план в случае решени€ обратных задач геофизики, задач неразрушающего контрол€, мониторинга Ќƒ—, когда по данным на приемниках акустических сигналов требуетс€ восстановить сейсмический портрет среды, через которую прошли акустические волны с излучател€ — задача интерпретации данных акустического каротажа или сейсмического профилировани€. ƒл€ решени€ такого рода задач необходимо многократное решение серии пр€мых задач о распространении сейсмических волн в геопластах при заданных параметрах среды. ¬ зависимости от типа выполн€емого каротажа и частот излучател€, решение задач может требовать построени€ расчетной сетки, состо€щей из сотен миллионов вычислительных €чеек. ясно, что большинство современных CAE пакетов не в состо€нии не только решить данную проблему в разумные сроки, но элементарно загрузить ее в расчетные €дра, в св€зи с упом€нутыми выше гигантскими объемами данных.
  3. –ешение задач при конечных деформаци€х с учетом изменени€ скачкообразно или непрерывно в процессе нагружени€ свойств материала части элемента конструкции, границ (включа€ нагрузки) и граничных условий (образование полостей, включений), массы тела. —лучай, когда часть границы тела известна до начала нагружени€, а часть после (например, анализ катастрофической ситуации). —лучаи, когда необходим точный учет несжимаемости материала (например, резина). —лучаи развити€ и взаимовли€ни€ дефектов при конечных деформаци€х. Ќапример, учет вли€ни€ трещин, присутствующих вблизи раздела геослоев, на результаты сейсмического зондировани€. Ѕолее того сейсмический отклик растущей трещиноватости может быть использован в задачах пассивной сейсмики, когда отсутствует искусственный генератор волн, а все наблюдени€ ведутс€ за неоднородност€ми (трещины, каверны и т.п.) в геопластах. ƒл€ этого необходимо использовать корректную математическую модель, позвол€ющую моделировать распространение сейсмических волн в трехмерных неоднородных анизотропных (с возможным наличием анизотропной в€зкоупругости) средах, в том числе содержащих системы трещин и трещиноватостей, в которых наблюдаютс€ значительные локальные концентрации напр€жений и конечные деформации.
1 ѕричем данное моделирование осуществл€етс€ модулем «композит», надстроенным над расчетными €драми —ј≈


–ешение таких задач подразумевает использование, особенно дл€ сверхбольших динамических задач, новых современных численных методов, помимо метода конечных элементов. Ёто метод спектральных элементов и разрывный метод √алеркина. Ёти методы хорошо зарекомендовали себ€ в научной практике за последнее дес€тилетие. Ёти же методы могут быть использованы при оценке эффективных динамических характеристик композитов.

ћоделирование на наноуровне требует использовани€ методов молекул€рной динамики, причем не дл€ всей конструкции или ее элемента, а только в опасных зонах, например, в которых изменились механические свойства материала (или могут изменитьс€).

ƒл€ моделировани€ поведени€ элемента конструкции при конечных деформаци€х, когда при нагружении происходит их перераспределение, и (или) задани€ граничных условий в разных конфигураци€х (п. III) необходима промышленна€ реализаци€ новой (хорошо апробированной в научной практике) модели — теории многократного наложени€ больших деформаций.

¬ CAE ‘идесис изначально были заложены данные модели, в том числе €вл€ющиес€ ноу-хау компании. ¬еро€тно, часть из этого можно реализовать в имеющихс€ —ј≈ путем дописани€ отдельных модулей и интеграции через партнерские программы. Ќо следует обратить внимание, что, с одной стороны, такие дополнительные модули не всегда поддерживаютс€, не всегда корректно оттестированы, достаточно часто €вл€ютс€ результатом разового заказа или научной разработки и €вл€ютс€ «черным €щиком» дл€ —ј≈. — другой стороны их разработчики, естественно не имеют доступа к внутренним структурам данных и методам —ј≈, что затрудн€ет или делает невозможной эффективную реализацию требуемого функционала.

ƒл€ эффективного решени€ указанных задач требуетс€ задействовать современные возможности параллельных вычислений, включа€ технологию CUDA, причем с распараллеливанием на графических ускорител€х не только решени€ —Ћј” (систем линейных алгебраических уравнений), а всех этапов конечноэлементного решени€ задачи. ¬ имеющихс€ на рынке CAE в насто€щее врем€ распараллеливаетс€ на GPU только решатель —Ћј”, что €вл€етс€ узким горлышком дл€ эффективности системы в целом ввиду известного закона јмдала. ¬ CAE ‘идесис изначально заложена реализаци€ и распараллеливание на CUDA всех основных этапов конечноэлементного анализа.

 роме того, при распараллеливании существующего кода, возникает проблема «возраста» расчетного €дра, числа его разработчиков и т.п., что приводит к невозможности (без переработки €дра) распараллелить отдельные его части, с одной стороны, и «унификации» €дра дл€ всех технологий параллельного программировани€ с другой.

–азработка —ј≈ ‘идесис сразу проектировалась (со стадии “«) как универсальна€ —ј≈ дл€ прочностного инженерного анализа при малых и конечных деформаци€х и их перераспределении. Ѕыли заложены дополнительные расчетные €дра, по отношению к универсальным —ј≈ имеющимс€ на мировом рынке:

  1. –асчетное €дро на основе метода спектральных элементов.
  2. –асчетное €дро на основе разрывного метода √алеркина и его объединени€ с методом спектральных элементов (ноу-хау компании ‘идесис).
  3. ядра на основе методов молекул€рной динамики дл€ определени€ механических характеристик материала.
  4. »спользование механических моделей материала на основе теории многократного наложени€ больших деформаций.
  5. ¬озможность моделировани€ процесса возникновени€ и развити€ дефектов с учетом возникновени€ и развити€ зон предразрушени€ при конечных деформаци€х с учетом их перераспределени€.
  6. ќценка эффективных свойств материала (включа€ пористые и наноструктурированные материалы).
  7. ‘идесис содержит функционал, как дл€ создани€ расчетных сеток, так и дл€ перестроени€ уже имеющихс€. ¬ ‘идесис имеетс€ функционал дл€ работы с неструктурированными треугольными и четырехугольными (на плоскости и на поверхности) и с тетраэдральными и гексаэдральными (в трехмерном пространстве) конформными сетками, с многокомпонентными и многосв€зными област€ми, как с дискретным, так и с аналитическим представлением областей.
ќдним из генераторов сеток, адаптированных под CAE ‘идесис, €вл€етс€ генератор, разработанный группой под рук. проф. ¬асилевского ё.¬. из института ¬ычислительной математики –јЌ, позвол€ющий автоматически строить адаптивные к решению анизотропные неструктурированные сетки. Ёто позвол€ет улучшать качество элементов в начальной сетке, а также перераспредел€ть плотность узлов сетки в пространстве, что удобно, например, при отслеживании фронта волны в динамической задаче, в задачах о росте трещины с учетом зон предразрушени€ и поглощени€ основной трещиной вторичных (например, в задачах мониторинга при эксплуатации элемента конструкции). ‘ункци€ многоуровневого иерархического измельчени€/разгрублени€ в данном генераторе позвол€ет быстро перестраивать сетки на каждом шаге в динамической задаче. »меющийс€ в CAE ‘идесис функционал позвол€ет строить сетки дл€ областей с геометрией любой сложности. Ёто отличает ‘идесис от других CAE пакетов.

ћодель детали. а) представление в —јѕ–; б) поверхностна€ сетка; в) срез объемной сетки.

ќдной из ключевых проблем дл€ современных CAE €вл€етс€ резкое повышение производительности расчетных €дер. ¬ CAE ‘идесис изначально заложена реализаци€ и распараллеливание на CUDA всех основных этапов конечноэлементного анализа. ѕриведем анализ производительности CAE ‘идесис.

Ќа схеме ниже показано распределение времени по составным част€м работы конечноэлементного солвера (размер расчЄтной сетки: cells = 1 172 195, points = 285 241) дл€ задачи трехмерной статики:

»з представленной схемы видно, что основное врем€ расчЄта занимает составление матрицы жЄсткости и решение —Ћј” с этой матрицей. ѕоэтому в цел€х оптимизации необходимо ускорить данные части за счЄт распараллеливани€ на GPU.

Ќиже приведены распределение времени после распараллеливани€ на CUDA и сравнение времени работы на GPU и CPU.

ѕриведем несколько примеров расчетов, выполненных в CAE ‘идесис.
–асчет Ќƒ— боковины вагона подвижного состава
Ѕыл произведен расчет дл€ боковины тележки. ƒл€ расчета на прочность была использована трехмерна€ модель конструкции литой боковой рамы, представленна€ на рисунке ниже.
ƒл€ расчета статической прочности боковой рамы тележки была разработана конечно-элементна€ модель.  онечноэлемента€ сетка представлена на рисунке ниже.
–асчет произеден с использованием технологии CUDA на Tesla C2050. –асчетна€ сетка 4 млн. узлов. ¬рем€ расчета 10 мин.

√раничные услови€ и нагрузки, действующие на боковую раму, приведены на рисунках ниже.

–исунок 3 — —хема задани€ кинематических и силовых граничных условий дл€ расчета боковой рамы на статическую прочность

¬ качестве результатов расчета методом конечных элементов были получены эпюры распределени€ эквивалентных напр€жений в боковой раме при первом расчетном режиме (первое сочетание нагрузок), представленные на рисунках ниже.

–асчет Ќƒ— пневматических шин с учЄтом нелинейных определ€ющих соотношений, описывающих свойства резинокордного композита
÷елью решени€ данной задачи был расчЄт напр€жЄнно-деформированного состо€ни€ (Ќƒ—) наиболее нагруженных деталей пневматических шин с целью прогнозировани€ их долговечности и теплообразовани€ в процессе эксплуатации. ”казанна€ проблема весьма актуальна как в научном, так и в прикладном отношени€х. Ќаучный аспект обусловлен необходимостью понимани€ св€зей между конструктивными параметрами армированных эластомеров, в€зкоупругими свойствами составл€ющих их элементов и услови€ми эксплуатации, с одной стороны, и напр€жЄнно-деформированным состо€нием (Ќƒ—) наиболее нагруженных элементов, с другой.

¬ прикладном отношении актуальность состоит в том, что впервые при расчЄте пневматической шины были использованы определ€ющие соотношени€, с высокой степенью точности воспроизвод€щие нелинейное поведение резины при конечных деформаци€х.

«адача решалась методом конечных элементов. »спользовались элементы второго пор€дка на разнесенной сетке. ѕри расчете использовалс€ полностью несжимаемый материал.


ћатериалы:

—хема закреплений и нагружени€:

ѕеремещени€ всех точек на закрепл€емых поверхност€х равны нулю. Ќа нагружаемых поверхност€х задан тензор истинных напр€жений в конечном состо€нии: Ϭxx = Ϭyy = Ϭzz = 0.1% от G среднего материала.

—етка: узлов 1 225 720, элементов 4 099 624.


–аспределение напр€жени€ Ϭxx:

–аспределение напр€жени€ Ϭyy:

–аспределение напр€жени€ Ϭzz:

«аключение
¬ ближайший год в дальнейшем развитии CAE ‘идесис планируетс€ реализаци€ следующего основного функционала:
  • интеграци€ с интерфейсом имеющихс€ расчетных €дер дл€ задач пластичности при конечных деформаци€х, что наиболее адекватно отражает катастрофический сценарий,
  • оболочки и стержни при конечных деформаци€х,
  • MPI-верси€ расчетных €дер дл€ гибридных —уперЁ¬ћ,
  • модуль на основе разрывного метода √алеркина дл€ решени€ задач геомеханики и т.д.

CAE ‘идесис доступен также в виде облачного сервиса (online.cae-fidesys.com) дл€ запуска в том числе на тонком клиенте, планируетс€ его дальнейшее развитие.

Ќад проектом работают 35 программистов-алгоритмистов и 11 профессоров-консультантов из ћ√”, ћ»‘», учреждений –јЌ.

 омментариев: 9
id 9417     27 декабр€ 2012, 15:40
 “урта ¬.√.
¬ы пишите:
" » хот€ тема эта довольно хорошо изучена как с научной, так и с прикладной точек зрени€, специалисты ‘идесис утверждают, что нашли новые подходы к ее решению."
„то это за подходы? ¬ чем уникальность разработки?
≈сть ли превосходство над западными системами? ≈сли есть, то в чем оно?
 аковы рыночные перспективы? Ёкспанси€ на запад возможна?

ќтветить   ÷итировать выделенное

id 9418     27 декабр€ 2012, 15:47
 ƒмитрий ”шаков

÷итата из “урта ¬.√., id 9417:
„то это за подходы? ¬ чем уникальность разработки?
≈сть ли превосходство над западными системами? ≈сли есть, то в чем оно?
 аковы рыночные перспективы? Ёкспанси€ на запад возможна?


ћы сейчас готовим большое интервью с руководител€ми ‘идесис, в рамках которого хотим про€снить эти и р€д других вопросов. —ледите за публикаци€ми на isicad.ru!

ќтветить   ÷итировать выделенное

id 9419     27 декабр€ 2012, 15:52
 “урта ¬.√.

÷итата из ƒмитрий ”шаков, id 9418:
ћы сейчас готовим большое интервью с руководител€ми ‘идесис, в рамках которого хотим про€снить эти и р€д других вопросов. —ледите за публикаци€ми на isicad.ru!


OK!

ќтветить   ÷итировать выделенное

id 9848     23 €нвар€ 2013, 14:11
 KOPEHEB

÷итата из ƒмитрий ”шаков, id 9418:

ћы сейчас готовим большое интервью с руководител€ми ‘идесис, в рамках которого хотим про€снить эти и р€д других вопросов.

ƒмитрий, а интервью еще готово или € пропустил?

ќтветить   ÷итировать выделенное

id 9849     23 €нвар€ 2013, 14:24
 ƒмитрий ”шаков
ќтвет KOPEHEB

¬опросы подготовлены и переданы руководител€м ‘идесис еще в декабре. ∆дем ответы.

ќтветить   ÷итировать выделенное

id 9851     23 €нвар€ 2013, 14:57
 “урта ¬.√.

÷итата из ƒмитрий ”шаков, id 9849:
¬опросы подготовлены и переданы руководител€м ‘идесис еще в декабре. ∆дем ответы.


ћне, как отказавшемус€ от возможности получить грант —колкова интересно было прочитать, что ¬. ћатвиенко в —ћ» сказала, что отдачи от этого проекта дл€ страны нет никакой. “ак сделали что то разработчики этой системы уникальное? —ейчас на CAD.RU представитель €понской станкостроительной компании завер€ет, что он тоже смог создать
в среде известной британской —јћ вариант автоматической генерации обработки с одной кнопкой. Ўуму много. Ќу создал и создал. ѕрототип
интеллектуальной системы висит уже 7 лет. «а это врем€ давно уже можно изучить, как там все устроено. ј в этой разработке что то уникальное
есть? »ли у нас вообще уже никто и ничего не может создавать
ценного, как об этом написал недавно известный шведский экономист?

ќтветить   ÷итировать выделенное


ѕол€, помеченные * об€зательны дл€ заполнени€

  »м€ *

  e-mail

  web

¬ы можете ввести не более 3000 символов, осталось:

¬ведите
первые 3 символа:

 *

ќбновить



    

„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора:  огда доходы Bright Machines превыс€т доходы Autodesk?
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2018 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.