Примеры реальных моделей для упругого статического анализа

Расчетные модели

В таблице 9.2.1 приведены примеры верификации на реальных моделях для упругого статического анализа. Формы моделей, за некоторыми исключениями, также показаны на рис. 9.2.1–9.2.5. Для выполнения примеров с типами элементов 731 и 741 требуется отдельный прямой решатель.

Таблица 9.2.1 Примеры верификации на реальных моделях для упругого статического анализа

Имя случая	Тип элемента	Верификационная модель	Число узлов	Число степеней свободы
EX01A	342	Шатун (100 000 узлов)	94,074	282,222
EX01B	342	Шатун (330 000 узлов)	331,142	993,426
EX02	361	Блок с отверстием	37,386	112,158
EX03	342	Лопатка турбины	10,095	30,285
EX04	741	Цилиндрическая оболочка	10,100	60,600
EX05A	731	Бокал (грубая сетка)	7,240	43,440
EX05B	731	Бокал (средняя сетка)	48,803	292,818
EX05C	731	Бокал (мелкая сетка)	100,602	603,612

Рис. 9.2.1 Шатун (EX01A)

Рис. 9.2.2 Блок с отверстием (EX02)

Рис. 9.2.3 Лопатка турбины (EX03, EX06)

Рис. 9.2.4 Цилиндрическая оболочка (EX04, EX09)

Рис. 9.2.5 Бокал (EX05, EX10A)

Результаты анализа

Примеры результатов анализа

Примеры результатов анализа показаны на рис. 9.2.6–9.2.9.

Рис. 9.2.6 Результат анализа EX01A (напряжения по Мизесу и деформированная форма (10×))

Рис. 9.2.7 Результат анализа EX02 (напряжения по Мизесу и деформированная форма (100×))

Рис. 9.2.8 Результат анализа EX03 (деформированная форма (10×))

Рис. 9.2.9 Результат анализа EX04 (деформированная форма (100×))

Результаты проверки характеристик анализа на примере EX02

С помощью универсального коммерческого программного обеспечения был выполнен анализ модели, эквивалентной верификационной модели EX02 «блок с отверстием». На рис. 9.2.10 показано сравнение максимальных и минимальных значений компонент напряжений с результатами FrontISTR. Из рисунка видно, что компоненты напряжений совпадают с очень высокой точностью.

Затем было исследовано влияние разбиения области на распределение напряжений. Разбиение области выполнено методом RCB: модель разделена надвое по каждому из направлений X, Y и Z, всего на восемь областей. Разбиение показано на рис. 9.2.11. На рис. 9.2.12 показаны распределения напряжений для анализа в одной области и для восьми разделенных областей.

Рис. 9.2.10 Сравнение компонент напряжений EX02 с универсальным программным обеспечением

Рис. 9.2.11 EX02, разделенная методом RCB на восемь областей

Рис. 9.2.12 Различие распределения напряжений по Мизесу вследствие разбиения области

На рис. 9.2.12 различий между двумя результатами не наблюдается; они полностью совпадают.

В таблице 9.2.2 сравнивается время выполнения для использованных настроек решателя HEC-MW. На рис. 9.2.13 также показана история сходимости до получения решения.

Таблица 9.2.2 Сравнение времени выполнения при использовании решателей HEC-MW

Решатель	Время выполнения (с)
CGI	38.79
CGscale	52.75
BCGS	60.79
CG8	6.65

Рис. 9.2.13 Сравнение историй сходимости для решателей HEC-MW (порог сходимости: 1.0x10^-8^)

Сравнение времени расчета на верификационном примере EX01A

На верификационном примере EX01A (шатун) оценено ускорение расчета за счет разбиения области. Для расчета использовался 24-узловой кластер с процессорами Xeon 2,8 ГГц. Результаты показаны на рис. 9.2.14. Из рисунка видно, что скорость расчета возрастает пропорционально числу областей.

Также были исследованы различия времени расчета в зависимости от вычислительной среды. Результаты приведены в таблице 9.2.3.

Рис. 9.2.14 Эффект ускорения за счет разбиения области

Таблица 9.2.3 Сравнение времени расчета по компьютерам (1 CPU)

CPU	Частота [ГГц]	ОС	Время CPU [с]	Время решателя [с]
Xeon	2.8	Linux	850	817
Pentium III	0.866	Win2000	2008	1980
Pentium M	0.760	WinXP	1096	1070
Pentium 4	2.0	WinXP	802	785
Pentium 4	2.8	WinXP	738	718
Celeron	0.700	Win2000	2252	2215
Pentium 4	2.4	WinXP	830	804