Aktualności
13 Maj 2021

MIDAS Meshfree - Nowe oblicze symulacji komputerowych

Meshfree to program, stworzony przez koreańską firmę Midas, właściciela takich marek jak NFX, GEN Civil, itd. W znakomitej większości jest to oprogramowanie inżynierskie służące do obliczeń wytrzymałościowych i ogólnie pojętych analiz obliczeniowych, które korzystają z założeń klasycznej Metody Elementów Skończonych.

Szeroko dostępne programy obliczeniowe, zarówno wyżej wymienione, jak i konkurencyjne, są przeznaczone raczej dla doświadczonej kadry inżynierskiej, która potocznie mówiąc, dobrze czuje się w zakresie ogólnej wiedzy z matematyki czy fizyki, a w szczególności ich działów, takich jak np. statyka i dynamika konstrukcji budowlanych lub maszyn (w zakresie mechaniki ośrodków ciągłych), mechaniki płynów, termodynamiki, itd. Tak zwana (używając kalki z języka angielskiego) „ekskluzywność” tych programów – chodzi tutaj wcale nie, nomen omen, o ich cenę – tylko raczej o próg wejścia związanego z wiedzą i przygotowaniem merytorycznym na różnych poziomach kształcenia lub nawet o, w pewnym stopniu wrodzonej, umiejętności widzenia przestrzennego i rozwiązywaniu problemów geometrii wykreślnej.
W klasycznych programach MES warunkiem niezbędnym, ale niezupełnie koniecznym, jest poprawne dobranie parametrów siatki elementów skończonych, ich wygenerowanie i zespolenie w taki sposób, aby ta siatka w jak najwierniejszy sposób odzwierciedliła symulowaną pracę rzeczywistego ustroju. Każdy kto się tym zajmuje lub ma ogólne wyobrażenie na czym taka praca polega, wie, że jest to zadanie ekstremalnie żmudne i powyżej pewnego progu umiejętności i biegłości jest najzwyczajniej w świecie nudne i frustrujące.

Czy nie da się inaczej?

Inżynierowie mówią sami o sobie, że są leniwi, ale w pozytywnym sensie. Kiedy tylko mogą, idą na skróty i upraszczają sobie życie do granic możliwości. Taka filozofia zapewne towarzyszy twórcom programu MIDAS Meshfree, który z punktu widzenia użytkownika, całkowicie eliminuje proces dzielenia brył czy powierzchni (tzw. dyskretyzację) na drobne wielokąty i wielościany. Korzystając z metody zanurzonego brzegu i komórek skończonych (zainteresowanych odsyłam do producenta i fachowej literatury) – wcale nie tak już nowej w tej chwili w inżynierii, ale niezbyt popularnej wśród developerów oprogramowania – program daje dostęp do praktycznie wszystkich możliwości innych aplikacji znanych na rynku.
Wyłączając analizy przepływów, solver Meshfree pozwala na przykład na klasykę, w postaci statyki liniowej – z udogodnieniem w postaci iteracyjnego kontaktu typu „general” (według nomenklatury Midas), który uwzględnia możliwość częściowej separacji/docisku, przy uwzględnieniu tarcia – normalnie taka funkcja była zarezerwowana dla zagadnień nieliniowych. Mamy też dostęp do statyki nieliniowej – z uwzględnieniem przyrostowego przykładania obciążenia i aktualizacji macierzy sztywności (w zależności od wymagań użytkownika lub tempa procesu zbieżności) w trybie automatycznym: w każdym dużym „inkremencie” lub w trybie pełnym: w każdej poditeracji, dla której dany krok nie uzyskał zakładanej zbieżności z przewidywaną ścieżką równowagi. Oczywiście można uwzględnić również zmienność geometryczną, czyli w skrócie: stan naprężenia i odkształcenia z poprzedniego kroku obliczeniowego jest stanem wejściowym do następnego kroku. Właściwie ciężko wyobrazić sobie scenariusz, w którym przy rozpatrywaniu jakiegoś wysoce nieliniowego zagadnienia nie warto uwzględniać tej zmienności – Chyba, że zależy nam na sprawdzeniu jak zachowuje się materiał o charakterystykach nieliniowych. Dostępne są tu najczęściej stosowane modele fizyczne i sposoby ich definicji: perfekcyjna półka plastyczna (czyli nieskończona ciągliwość od pewnej granicy naprężenia/odkształcenia), dowolna funkcja S-E („sigma-epsilon”, σ = f(ε)) – warto żeby była monotoniczna i raczej przypominała taką która ma ciągłą pierwszą pochodną lub bardzo podobna do funkcji S-E, funkcja „plastic hardening”, która nie wymaga deklarowania zakresu, w którym uznamy, że mamy do czynienia z idealnie sprężystym zachowaniem (zakresem obowiązywania prawa Hooke’a). Jeśli chodzi o nieliniowość związaną ze zmiennością parametrów w zależności od temperatury, mamy niestety dostęp tylko do modyfikowania ciepła właściwego i przewodności. Odchodząc od omawiania solvera a pozostając przy funkcjonalności ogólnej programu i jego brakach, nie mamy niestety dostępu do narzędzi edycji geometrii, które jak zapewnia producent pojawią się już niedługo w jednej z kolejnych wersji programu firmy Midas. Producent wiąże z programem duże nadzieje i stawia na jego regularny rozwój, co efektywnie skutkuje kilkukrotnymi aktualizacjami w ciągu roku.
Kolejne możliwości solvera i dostępne analizy dotyczą tak zwanej dynamiki liniowej, czyli analiz odpowiedzi konstrukcji na obciążenia dynamiczne, zarówno w domenie czasu jak i częstotliwości. Do omawianej grupy analiz należą też coraz popularniejsze i relatywnie nowoczesne analizy spektrum odpowiedzi i analizy drgań losowych. Pierwsza szczególnie przydatna przy rozpatrywaniu konstrukcji, na którą oddziaływają drgania, które mają bardzo złożone widmo częstotliwościowe, np. przyspieszenia w sejsmice. Druga analiza (z angielskiego „random vibration”) bardzo efektywna w przypadku, gdy chcemy uniknąć zadawania wymuszeń, zależnych od czasu, w postaci bardzo długich przebiegów, pochodzących z pomiarów. Zagadnienia opisane w tym akapicie (nie wspominając nawet o termice, termo-mechanice i optymalizacji topologicznej) nadają się na osobną rozprawkę lub nawet kilka obszernych prac naukowych – a fragmenty tych zagadnień i najważniejsze założenia, w kontekście działania Meshfree, omówione zostały na firmowym kanale YouTube naszej firmy (link).

Dlaczego Meshfree?

Niewątpliwie najważniejszą zaletą programu, jest eliminacja kroku dyskretyzacji – nie znaczy to wcale, że użytkownik jest zwolniony z ingerencji lub ma zablokowaną możliwość dostosowania siatki (w tym przypadku: kartezjańskiej), komórek skończonych. Jest to nawet konieczne w celu uzyskania realistycznych wyników (konieczna jest wiedza w zakresie oceny błędu obliczeniowego energii odkształcenia), ale według producenta programu, w zależności od stopnia skomplikowania modelu geometrycznego lub złożenia nad jakim pracujemy, jesteśmy w stanie zaoszczędzić od 50 do 70% czasu poświęcanego na przygotowanie dobrej siatki elementów skończonych. Trzeba jednak mimo wszystko zadbać o dobrą strukturę pliku złożenia, logiczne nazewnictwo i najlepiej przyzwyczaić się do organizacji pracy i identyfikowania części lub materiałów, w zależności od użytych kolorów, ale każdy użytkownik może przecież i w końcu zawsze wyrabia swój własny, optymalny, „workflow”.

W najnowszej wersji MIDAS MeshFree 2021R1 została dodana funkcja self-contact, pozwalająca tworzyć bazy materiałów ortotropowych (np. drewna). Zaktualizowany został również interfejs CAD. - LINK do MeshFree2021R1 Release Note

Z okazji 10 urodzin firmy KOMES, gwarantujemy rabat na oprogramowanie w wysokości - 20%!

W sprawie zakupu programu lub wypróbowania wersji trial prosimy o kontakt- biuro@komes.pl lub +48 71 305 07 58.