Aktualności
27 Maj 2021

Midas NFX - implementacja solvera NASTRAN na miarę XXI wieku

Pierwszym i najpopularniejszym oprogramowaniem inżynierskim umożliwiającym rozwiązywanie problemów dotyczących zagadnień z zakresu wytrzymałości materiałów z wykorzystaniem metod numerycznych był (i nadal jest) program NASTRAN.

Opracowany na zamówienie Narodowej Agencji Aeronautyki i Przestrzenia Kosmicznej (NASA) na potrzeby rozwoju amerykańskiego programu kosmicznego, od momentu powstania (1968 r.) bezpowrotnie zmienił metodykę prowadzenia weryfikacji wytrzymałości skomplikowanych konstrukcji, a co za tym idzie - proces projektowania maszyn, urządzeń i pojazdów.

Należy jednak zwrócić uwagę, że solver Nastran (czy też każdy inny solver MES dostępny na rynku) służy jedynie do rozwiązywania skomplikowanego układu równań, których wyniki umożliwiają interpolację rzeczywistego zachowania analizowanego obiektu. Jest to zaledwie „szczyt góry lodowej” numerycznej analizy wytrzymałościowej. Otrzymane wyniki są jedynie następstwem wprowadzonych danych wejściowych - modelu dyskretnego oraz warunków brzegowych.

Proces prowadzenia obliczeń wytrzymałościowych z wykorzystaniem mocy obliczeniowej elektronicznych maszyn cyfrowych (pot. komputerów) można podzielić na 3 odmienne etapy:

  1. Preprocesing

  • Import lub tworzenie geometrii

  • Upraszczanie geometrii

  • Generacja siatki elementów skończonych (dyskretyzacja)

  • Definicja danych materiałowych

  • Definicja warunków brzegowych

  1. Procesing

  • Wybór typu analizy ( statyka liniowa lub nieliniowa, termika, analiza modalna)

  • Poszukiwanie przybliżonego rozwiązania problemu poprzez aproksymację funkcji kształtu w skończonej liczbie podobszarów

  1. Postprocesing

  • Wizualizacja wyników (np.: deformacje geometrii, mapy rozkładu przemieszczeń, naprężeń, temperatury)

Efektywność każdego programu MES mierzona jest łatwością jego użytkowania, która zależy od efektywności każdego z tych modułów.  Midas NFX, powstały na bazie solvera NASTRAN łączy ze sobą 3 nierozłączne etapy analizy wytrzymałościowej Metodą Elementów Skończonych, będąc jednym z wiodących programów wspierających proces projektowania. W prosty i przystępny sposób umożliwia przeprowadzanie profesjonalnych symulacji i obliczeń numerycznych bez konieczności korzystania z  odrębnych programów inżynierskich odpowiedzialnych za każdy z trzech wyżej wymienionych modułów. Pięćdziesiąt lat po publicznym udostepnieniu kodu źródłowego solvera NASTRAN, program MIDAS NFX udostępnia użytkownikowi przejrzyste, interaktywne środowisko pozwalające na import gotowych geometrii stworzonych w popularnych oprogramowaniach takich jak CATIA, Inventor, Pro-E/Creo, Solidworks czy Solid Edge lub też budowę modelu geometrycznego od podstaw oraz jego edycję włącznie z upraszczaniem lub naprawianiem. Wbudowane narzędzia pozwalają na  ręczne lub automatyczne tworzenie siatek elementów skończonych, zarówno 3D, 2D jak i 1D, z wykorzystaniem algorytmów takich jak: Delaunay   Mesher,   Loop   Mesher,   GridMesher,   Map   Mesher,   dla   elementów   powierzchniowych   oraz   TetraMesher,   High-Speed   Tetra   Mesher,   Hybrid   Mesher   czy   Map-Solid   Mesher   dla elementów bryłowych. Program pozwala również  na weryfikację jakości siatki elementów skończonych oraz poprawności utworzonego modelu dyskretnego. Moduł służący do wprowadzenia niezbędnych danych wejściowych (właściwości materiałowych) pozwala odwzorować liniowe zachowanie materiału, ale również wprowadzanie charakterystyk materiałów elastoplastycznych, hiperelastycznych, nieliniowych elastycznych oraz takich, których parametry zależą od temperatury.  Odwzorowanie układu podpór i obciążeń działających na rzeczywisty obiekt nie stanowi większego problemu, dzięki wykorzystaniu intuicyjnej wizualizacji graficznej na modelu numerycznym. Wszystkie przedstawione kroki prowadzą do finalnej weryfikacji analizowanego obiektu, poprzez wybranie odpowiedniego typu analizy. Wyniki pracy solvera przedstawiane są w przystępnej formie graficznej, z możliwością ukierunkowania formy wyświetlania rezultatów w zależności od potrzeb użytkownika.

Dynamiczny rozwój współczesnej techniki oprogramowania MES przyczynił się do skrócenia czasu potrzebnego do weryfikacji konstrukcji i pewności założeń, doboru odpowiedniego materiału lub geometrii, zmniejszenia kosztów produkcji, a przede wszystkim - zwiększenia bezpieczeństwa. To co jeszcze 50 lat temu zajmowało miesiące lub lata pracy wykwalifikowanych ekspertów, w wielu dziedzinach inżynierii staje się dziś codziennością, dzięki programom inżynierskim takim jak MIDAS NFX, które pozwalają otrzymać wymagane rezultaty o wiele prościej i szybciej.