Кто сказал "стракчурал инжиниринг"?

Наш сегодняшний гость – Рупиндер Тара, автор Cad Insider и популярного сайта-каталога ссылок Tenlinks.

Статья в оригинале называется “Autodesk SIM Squad – Serious About CAE” и рассказывает о том, что Автодеск собирается делать со своими недавними покупками в области численного анализа. Написана она во время очень серьёзного, поверьте мне, шабаша мероприятия в этой области – конгресса NAFEMS, о котором я как-нибудь расскажу отдельно.

Публикуется очень литературный перевод.

***

Бостон, 25 мая 2011 года, Мировой конгресс по численному анализу НАФЕМС. – Чтобы на этом конгрессе приняли к публикации вашу статью, нужно обладать немыслимыми способностями в численном анализе. Здесь собераются сверхчеловеческих умений аналитики со всего света. Он организован британским Национальным агентством по конечно-элементным методам и стандартам (НАФЕМС) и проходит возле набережной Бостона, а в прошлом году был в Греции. Место проведения ежегодно меняется между Старым и Новым светом.

Один взгляд на программу конгресса подтверждает мистическую, доступную только посвящённым природу конечно-элементного анализа. В названих публикаций попадаются такие темы, как погрешности контактных напряжений, собственные формы, нелинейная анизотропия, взаимодействие конструкций с текучей средой… не думаю, что здесь можно наткнуться на залётного пользователя чертёжных программ.

Так какого же чёрта тут вообще делает Autodesk? Ой, я ляпнул это слишком громко, и меня услышал Боб Вильямс, участник вновь сформированной бригады Autodesk по симуляционному моделированию. И я жду от него рассказа о том, как СиМ-бригада возьмет отрасль САПР за белы руки и поведёт её в поднебесное царство численного анализа. И ожидаю злоупотреблений словом “демократизация”.

Но я, оказывается, ошибаюсь.

- Autodesk специализируется в численном анализе, – заявляет он. – Мы закупились технологиями численной симуляции на полмиллиарда долларов*.

Мало того: Autodesk даже публикует две статьи на конгрессе НАФЕМС. Поначалу кажется, что Autodesk завербовала себе целую маленькую армию. СиМ-бригада состоит из 61 члена, одиннадцать из которых присутствуют на конференции. Правда, только Боб и ещё один участник занимаются этим на полной ставке (остальные заняты “на полном рабочем дне” в Autodesk). И работа впереди предстоит большая.

Боб рассказывает, что СиМ-бригада была создана не только для пользователей (а такое впечатление складывается после посещения их сайта), но и для того, чтобы просветить отдел сбыта и… даже самих автодескитов.

Ой, рассказывай это кому-нибудь другому. Боб не подозревает, что это моя самая болючая мозоль. Я видел слишком много презентаций, в которых вендоры (и не только Autodesk) проявляют потрясающую безответственность в своём стремлении вооружить проектантов инструментами аналитиков-расчётчиков. Я видел, как в них игнорировались очевидные режимы разрушения, как неправильно или непонятно применялись теории разрушения… Так что не надо начинать.

Думается, что СиМ-бригада могла бы достигнуть большего уже только тем, что сбавила бы эту риторику про “анализ в руки каждому” и учить пользователей ценить качественный и аккуратный численный анализ. Так можно действительно убедить мир аналитиков в том, что время для ваших решений пришло. А отношение всегда нужно ещё заработать, особенно в тусовке аналитиков.

И для этого понадобится нечто большее, чем раздача фирменных футболок.

Другие источники по теме:

• Официальный сайт СиМ-бригады: www.autodesk.com/simsquad;
• Интервью Роба Кои с Бобом Вильямсом из СиМ-бригады на YouTube.

___________
* В основном было заплачено за ALGOR, Moldflow и Blue Ridge Numerics, а остальное пошло на Plassotech, Solid Dynamics и другие вложения.

Пост для тех, кто ещё помнит, что мы тут ещё иногда и расчетами занимаемся.

Если вы интенсивно используете совмещённые узлы (compatible nodes), то, может оказаться, Robot будет рассматривать ваши расчеты как нелинейные даже в том случае, если нелинейности в модели неоткуда взяться.

Эта беда, которая мне болела голову больше недели, будет исправлена в шестом сервиспаке к Роботу, который выйдет тогда, когда будет готов, а именно скоро.

И ещё, насчет знаменитой ошибки 5000.
(Тема на форуме: http://forum.dwg.ru/showthread.php?t=62091)
Я оказался и прав и крут. Многопоточный решатель действительно нельзя использовать в сейсмическом анализе. У него случается сердечный приступ.

All hail best structural FEA tool EVER

CalculiX III. Колода и карты: очень маленький комментарий по вводу данных в солвер Calculix.

Начало серии смотри CalculiX I.

Требуемые материалы:
[1] – Установленный CalculiX.
[2] – Русский перевод мануала Getting started with CalculiX.
[3] – Руководство пользователя к солверу Calxulix CrunchiX.

До сих пор мы, занимаясь по мануалу [2], разобрались с вводом пользовательских данных через CalculiX GraphiX – графический препроцессор для солвера CalculiX CrunchiX, и в первом приближении рассмотрели, как технически взаимодействует препроцессор с солвером.
В руководстве пользователя подробно расписан пример, в котором рассчитывается простая консольная балка.
Из руководства нам становится известно, что, как и у любого МКЭ солвера, у CalculiX есть свой простой формат, который позволяет задать расчетную модель в виде текстового файла. Такие файлы с расширением *.inp в терминологии программы называются вводными колодами (input deck) – по традиции, оставшейся от ЭВМ, принимавших ввод в виде перфокарт.
Вводные колоды набираются, в свою очередь, из карточек, разделяемых ключевыми словами с астериском:

*HEADING
Model: beam   
*NODE, NSET=Nall
       1, -1.49012e-08,  0.00000e+00,  0.00000e+00 
       2,  1.00000e+00,  0.00000e+00,  0.00000e+00 
       3,  5.00000e-01,  0.00000e+00,  0.00000e+00 
       4,  2.00000e+00,  0.00000e+00,  0.00000e+00 
       5,  1.50000e+00,  0.00000e+00,  0.00000e+00 
*ELEMENT, TYPE=B32, ELSET=Eall
     1,      1,      3,      2
     2,      2,      5,      4
*BOUNDARY
1,1,6
4,1,6
*MATERIAL,NAME=EL
*ELASTIC
210000.,.3
*ELSET,ELSET=SET1
1
*ELSET,ELSET=SET2
2
*BEAM SECTION,ELSET=SET1,MATERIAL=EL,SECTION=RECT
0.05, 0.08
0.d0,1.d0,0.d0
*BEAM SECTION,ELSET=SET2,MATERIAL=EL,SECTION=CIRC,OFFSET1=0.5,OFFSET2=.5
0.05, 0.08
0.d0,0.7071d0,0.7071d0
*STEP,NLGEOM
*STATIC
*CLOAD
2,3,0.0025
*NODE PRINT,NSET=Nall
U
*EL PRINT,ELSET=Eall
S
*NODE FILE,output=3d
u
*END STEP

Карточками называются, собственно, и сами эти ключевые слова.
Система достаточно простая и, что, важно, подобный .inp-файл можно легко генерировать любыми подручными программными средствами. У меня вырисовывается такая схема работы с CalculiX через собственный препроцессор:

По всей видимости, полный, имеющий инженерный смысл расчет будет проводиться с многократной генерацией вводых колод для различных целей – учета разных загружений и сочетаний, учета начальных несовершенств, вероятностного анализа (ой, мечты, мечты отставного аспиранта!) и так далее.

Будем смотреть, насколько это окажется трудоёмким.

Тема следующего поста: возможность инженерного применения CalciliX. Нагружения и сочетания нагрузок.

Начало серии, требуемые умения смотри CalculiX I.

Требуемые материалы:
[1] – Установленный CalculiX.
[2] – Русский перевод мануала Getting started with CalculiX.

Предполагается, что по мануалу [2] мы разобрались с базовыми функциями построения модели в CalculiX.
Интерфейс препроцессора CGX, безусловно, для инженерной работы чудовищен. Его надо будет улучшать либо заменой на Gmsh (см. файлы на dwg.ru), либо, что было бы идеально, дополнить его собственными разработками, которые использовали бы самое естественное решение для моделирования расчетной схемы – имеющуюся у пользователя CAD-программу (AutoCAD или его клон).

Интереснее разобраться с тем, что из себя представляет солвер CalculiX (CCX) и препроцессор (CGX) с точки зрения ввода-вывода.

Для пользовательского вывода используется команда

save

Она позволяет сохранять расчётную модель. Она не требует имени файла в случае работы с новой моделью, поскольку это имя мы уже задавали, когда входили в препроцессор CGX в режиме построения модели:

I:\_CALCULIX\CJobs>cgx -b test.fdb
CalculiX for Windows standard version: 1.8 build 002
on a WinXP machine, nodename DEVONSHIRE, release 5, version 5.1 Service Pack 2 2
600, machine 600
parameters:3 arguments:2
 ERROR: The input file "test.fdb" could not be opened.

GL_MAX_EVAL_ORDER:40

Препроцессор не смог найти файл test.fdb, поэтому он сохранит нашу модель в новый файл по команде save.

Разоберемся с рабочей средой CalculiX. Этот небольшой экскурс нужен, чтобы понять, как организовать передачу на выполнение данных расчетной схемы из внешних программ (например, препроцессора, который желательно написать).

Окно командной строки на заднем плане принимает все команды, направленные в проепроцессор CGX. В случае, когда мы только открыли CalxuliX по иконке “CalculiX Command”, никакой программы на самом деле не загружается. На самом деле обрабатывается командный файл %CALCULIX_ROOT%\сommon\site\cmdStartup.bat, в котором прописаны значения необходимых переменных, только и всего. Когда из окна CalculiX мы вызываем команды ccx и cgx, их на выполнение принимает оболочка ОС, как при работе с обычной консолью, выхываемой по команде cmd в Windows.
Эти команды запускают на выполнение исполняемые файлы солвера CCX и препроцессора CGX с требуемыми параметрами – все как в большинстве программ академической разработки.
Короче говоря, задача пользовательского препроцессора, если мы соберемся его создавать, крайне проста – сформировать на базе модели, построенной в CAD-программе, исполняемый файл, и передать его на выполнение исполняемому файлу CalculiX.

Ещё препроцессор должен уметь генерировать разные описания расчетной схемы и нагрузок и потом собирать результаты нескольких расчетов в удобную для обработки инженером форму. Например, это нужно для вариантного проектирования, моделирования последовательности возведения, разных расчетных сочетаний – того, чем сильны специализированные пакеты класса “Лиры”.
Не знаю еще пока, как в CalculiX решается вопрос с несколькими загружениями и особенно коэффициентами по нагрузке.

Тема следующего поста: формат текстовых файлов CalculiX и продолжение мечтаний о создании стоящего препроцессора.

Отмечаю начало работы с Calculix, буду для себя записывать забывающиеся моменты. Если всё пойдет хорошо, материалы будут оформлены в виде пособия (надо же когда-то и сотрудников чему-нибудь научать)

CalculiX I. Настройка рабочей среды

Требуемые начальные знания:
Умение работать в командной строке, устанавливать программы, редактировать текстовые файлы.

В файле %CALCULIX_ROOT%\сommon\site\cmdStartup.bat строчку

set HOME=D:\CCWork

можно заменить на желаемое рабочее место.
Своё рабочее место желательно иметь на флэш-накопителе, чтобы был доступ и дома и на работе. Туда же следует перебросить файлы примеров из поставки CalculiX. В cmdStartup.bat прописано:

set HOME=i:\_calculix\cjobs

Рабочее место для упражнений выглядит так:

В директории test держим исходные файлы примеров, перезаписывать или изменять их не рекомендуется.

Для начала упражнений понадобится:
[1] – Дистрибутив CalculiX.
[2] – Русский перевод мануала Getting started with CalculiX.

Замечательный перевод мануала по ссылке [2] тут пересказывать нет нужды. Пока работаем по нему, дополнения следуют.

Тема следующего поста: ввод-вывод в-из CalculiX и некоторые соображения о пре/постпроцессоре.