Функционал Autodesk Inventor Nastran In-CAD (Nastran In-CAD)
Линейные задачи
Для полноценной оценки деталей и конструкций инженерам необходим полный набор средств для вычисления линейных задач, позволяющих рассчитывать постоянные и изменяемые с течением времени нагрузки.
С помощью системы Autodesk Inventor Nastran (Nastran In-CAD) можно выполнять сложные расчеты линейных задач:
Нелинейные задачи
Не все результаты воздействия внешних факторов, действующих на конструкцию в реальной жизни, можно вычислить с помощью линейных задач. Для проектирования сложных изделий, в которых используются современные материалы, инновационные технологии и методы изготовления, требуется проведение расчетов в области нелинейных задач, а именно:
Теплообмен
Любая конструкция подвергается воздействию температурных колебаний. При использовании этой расчетной системы инженеры могут рассчитать:
Учет контактных взаимодействий при расчете
Повышение уровня точности получаемых результатов возможно за счет включения в расчет контактного взаимодействия деталей, участвующих в задаче. В Autodesk Inventor Nastran (Nastran In-CAD) можно учитывать самые распространенные типы контактного взаимодействия:
УСКОРЕНИЕ РАБОТЫ
Специалисты компании Autodesk постоянно изучают опыт пользователей при проведении расчетов, что позволяет им выявить круг повторяющихся, рутинных задач. Большинство функций и методов работы, заложенных в Autodesk Inventor Nastran (Nastran In-CAD), учитывают особенности работы специалистов-расчетчиков и ориентированы на сокращение времени их работы.
Проектирование и расчеты в одной программе
Взаимная интеграция систем CAD и CAE дает пользователям мощные средства для разработки и проверки изделий. Поскольку больше нет необходимости переключаться между разными программами и конвертировать данные из одного формата в другой, инженер может больше времени уделить своей непосредственной работе по разработке и оптимизации конструкций.
Наглядность результата
Если пользователю необходимо проанализировать результаты расчета только для конкретного элемента или области детали, то он может это сделать с помощью инструментов частичной загрузки результатов с возможностью их отображения и на наглядной диаграмме.
Средства автоматической генерации сеток
Использование инструментов автоматического наложения сеток на поверхностях и срединных плоскостях дает инженерам возможность сократить по времени подготовительный этап, предшествующий вычислениям. Autodesk Inventor Nastran (Nastran In-CAD) при генерации сеток использует элементы в форме тетраэдров, которые обеспечивают приемлемую точность при решении подавляющего числа расчетных задач.
Работа с сеткой конечных элементов
Имея под рукой удобные средства контроля и изменения свойств сетки конечных элементов, пользователи могут легко и быстро управлять уровнем точности расчета и влиять на скорость работы системы.
Библиотека элементов конструкций
Поставляемая вместе с системой база элементов конструкций позволяет использовать уже готовые объекты при создании силовой схемы. В библиотеке широко представлены модели, схемы и описания свойств таких элементов, как пружины, кабели, жесткие тела, крепежные соединения и многое другое.
Подготовка к расчетам (идеализация моделей)
Сократить время, затрачиваемое на создание расчетной модели, позволяют автоматические средства идеализации, которые заменяют детали необходимыми плоскостями, а соединения представляют как соответствующие им конечные элементы.
Работа с моделями из разных САПР
Autodesk Inventor Nastran (Nastran In-CAD) обеспечивает возможность проведения расчетов в едином установленном формате за счет поддержки ассоциативности с CAD-системами Creo, Solidworks и Pro/Engineer. При необходимости проведения расчетов моделей, выполненных в разных САПР, вы можете использовать один и тот же программный продукт.
5 причин полюбить Inventor Nastran
В этой статье будут представлены основные новинки в инструменте Inventor Nastran для расчёта на прочность. Опытным пользователям этот инструмент может быть известен под старым названием Nastran In-CAD, которое изменилось в 2019 году.
Компания Autodesk приобрела решатель Nastran у компании NEI Software. Nastran In-CAD был представлен в 2014 году. Как и все новые продукты, он изначально имел свои технические недоработки и был холодно принят пользователями, которые не понимали необходимость нового инструмента, ведь в Autodesk Inventor уже существовал стандартный расчётный модуль. В последствии разработчикам удалось исправить серьёзные недоработки и показать пользователям, насколько высок потенциал нового расчётного инструмента. Постепенно Nastran In-CAD стал основным инструментом для расчёта прочности и превзошёл стандартный расчётный модуль Autodesk Inventor. С каждым релизом Nastran In-CAD становился более удобным и наглядным, именно на эти особенности Autodesk сделал ставку, вводя новый продукт. Время расчёта сокращалось, инструментом могли пользоваться рядовые инженеры. Изначально Nastran In-CAD приобретался отдельно, но для удобства его включили в часть машиностроительной коллекции. Новый расчётный инструмент является связующим звеном программ для анализа и взаимодействует с такими программами, как Autodesk CFD (анализ потоков), Autodesk Moldflow (литьё пластмасс) и Helius Composite (композитные материалы).
Таким образом, NastranIn-CAD постепенно преобразовался в Inventor Nastran, в его последнем релизе было представлено несколько новых возможностей:
Сходимость конечных элементов
Во время выполнения расчёта для начала надо разбить исследуемый элемент. У начинающих инженеров встаёт вопрос: какой размер конечных элементов выбрать? Анализ сходимости должен ответить на этот вопрос. На этапе создания сетки конечных элементов программа сама производит ряд расчётов, которые автоматически анализируются и сравниваются между собой, далее выбирается оптимальная сетка. Сетка конечных элементов задаётся с помощью функции Mesh Settings, после нажатия на кнопку функции появится диалоговое окно, в котором генерируется сетка.
Для выполнения расчёта сетки нужно кликнуть Convergence Settings.
При выполнении расчёта появляется окно Convergence Settingsю, в котором задаётся ряд параметров:
При каждом расчёте происходит изменение размера конечного элемента. Расчёты сравниваются между собой, и если разница не превышает заданную разницу, то будет найдена сходимость и размер конечного элемента. Программа останавливает поиск, если превышается количество итераций. Поиск сходимости идёт до тех пор, пока не достигается выполнение одного из условий.
В результате программа представляет график анализа. На графике изображена зависимость напряжений от номера расчёта. Для каждого расчёта указан уровень сходимости и возможная ошибка в результате данного анализа.
Гидростатическая нагрузка
Ранее нагрузки от жидкостей определялись следующим образом:
Этот способ расчёта требовал дополнительных действий и вычислений, что увеличивало время работы. В новой версии программы появляется отдельный тип нагрузки – Hydrostatic Load. Для выполнения анализа необходимо задать:
Затем достаточно кликнуть кнопку «ОК», и расчёт будет выполнен.
Новые типы граничных условий
Для того чтобы воспроизвести поведение штифта в отверстии, назначается новый тип контакта Pin, который применяется к цилиндрическим поверхностям для предотвращения перемещений в радиальных, осевых или тангенциальных направлениях. Ранее для воспроизведения штифта пользователь самостоятельно определял степени свободы, которые необходимо закрепить, что могло привести к ошибке. В новом обновлении пользователем фиксируются только виды перемещения, а степени свободы закрепляются программой автоматически.
Применяется для предотвращения перемещения плоских и цилиндрических поверхностей в направлении, перпендикулярном плоскости, на которую они опираются.
Новый контакт – «Посадка с натягом» (Shrink Fit)
Существует два типа контакта «Посадка с натягом»:
Взаимодействие через PDM-систему Vault
Актуален вопрос управления результатами проекта. После выполнения расчётов пользователю необходимо сохранить, поделиться или переместить результаты анализа, они хранятся в определённых папках, поиск которых займёт большое количество времени.
Новая версия Inventor Nastran получила возможность работать с данными анализа. Результаты расчётов формируются в один файл, который отображается в дереве проекта. Для этого необходимо в дереве проекта кликнуть правой кнопкой мыши Analyze и в появившемся списке выбрать пункт Create Updated Vault Package.
В итоге инструмент Inventor Nastran серьёзно обновился и сменил название, а пользователи получили ряд удобных нововведений:
Inventor Nastran является уникальным инструментом для решения задач прочности, который входит в большую машиностроительную коллекцию.
Digitrode
цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы
Что такое Autodesk Inventor Nastran и Autodesk VRED
Несколько лет назад Autodesk приобрела NEi Software, небольшую компанию, которая разработала независимый анализатор конечных элементов (FEA), который тесно имитировал традиционную структуру ввода и вывода Nastran. С тех пор Autodesk внедрила большую часть решающей технологии в свою среду Autodesk Inventor, как Autodesk Nastran In-CAD. Возможность полного решения также по-прежнему доступна в качестве отдельного продукта, Autodesk Nastran.
Для этого краткого обзора была создана простая модель кронштейна. Файл доступен для скачивания на autodesknastran. Доступны версии, использующие форматы Parasolid, Autodesk Inventor и SOLIDWORKS. Входные файлы Autodesk Nastran и файлы результатов также доступны для загрузки.
На изображении виден пользовательский интерфейс Autodesk Nastran In-CAD, о котором подробнее можно узнать на https://www.pointcad.ru/product/autodesk-nastran-in-cad. Макет традиционный, с древовидным представлением, графической областью и главным меню, проходящим горизонтально сверху. Autodesk называет это лентой. Выбор вкладки на ленте открывает набор команд и раскрывающихся меню. Здесь показаны выбранные параметры инструментов.
Пользователи могут проверить единицы измерения модели, используя Параметры документа на вкладке Инструменты. Из предоставленного списка материалов можно выбрать материал объекта, например, легированную сталь. Также легко настроить новую библиотеку материалов или определить новый материал. Созданный файл четко обозначен и может быть скопирован или доступен централизованно.
Два режима из результатов анализа показаны на следующем изображении. Графики показывают первый режим изгиба и первый режим кручения. Можно изменить настройки по умолчанию, чтобы дать представление обведенного контура, выключить ребра элемента и отменить выбор максимальных и минимальных маркеров. Здесь легко перемещаться между частотами, сохраняя эту перспективу. Анимация также имеет хорошие элементы управления.
Autodesk Nastran In-CAD представляет собой интересную комбинацию традиционного инструмента FEA, встроенного в среду CAD. Вместе с доступностью полностью автономного продукта этот инструмент будет привлекательным для опытных аналитиков. С другой стороны, дружественная к пользователю CAD-подобная среда привлекательна для новичков.
Теперь вкратце рассмотрим, что из себя представляет Autodesk VRED. Предназначенное для визуализации программное обеспечение Autodesk VRED, о котором можно почитать подробнее на https://www.pointcad.ru/product/autodesk-vred, помогает автомобильным дизайнерам и специалистам по цифровому маркетингу создавать визуализации продуктов, обзоры дизайна и виртуальные прототипы.
Autodesk VRED представляет собой инновационное программное решение для интерактивных обзоров дизайна. Это программное обеспечение, оснащенное различными функциями, позволяет пользователям оценивать и представлять свои дизайнерские идеи. Специалисты по дизайну могут обосновать сложные решения относительно внешнего вида своей модели на ранней стадии процесса разработки.
Новый простой пользовательский интерфейс помогает обычным пользователям быстрее создавать изображения. Здесь можно воспользоваться новыми функциями, такими как модуль сцены, мастер анимации, функция рендеринга и улучшенная панель быстрого доступа.
Wire-файлы из программного обеспечения промышленного дизайна Alias теперь импортируются с соответствующей информацией о слоях, а слои импортируются как теги. Сохранение структуры слоя Alias сокращает время подготовки данных и упрощает рабочий процесс. Теперь вы можете выбирать объекты в соответствии с информацией слоя.
Autodesk VRED доступен на различных условиях как в однопользовательской, так и в многопользовательской лицензии.
Что нового в Inventor Nastran 2021
Как вы относитесь к тематическим обновлениям? Вопрос, наверно, не совсем понятен. Хм… скажем иначе. Представьте, что обновления касаются только определенной области или направления. Нет такого, что немного подправили это, чуть-чуть подкрутили то. Наоборот – значительные изменения по одной теме, всё последовательно и законченно. Неплохо, правда? На наш взгляд, это воспринимается лучше и понятнее. В Inventor Nastran версии 2021 произошло именно так.
Разработчики основательно поработали, и в марте этого года в нашем распоряжении появились два новых родственных типа расчетов:
Данные типы расчетов направленны на анализ очень быстрых явлений и взаимодействий тел при этом. Динамические процессы и ранее рассматривались в Inventor Nastran, но они не были быстротечными. Давайте разберемся, что именно предлагает новая версия продукта.
Чтобы запустить любой из этих расчетов, достаточно спустится вниз списка типов анализов, как показано на рисунке.
Расположение типов расчета
Explicit Dynamics Analysis
Метод явной динамики идеально подходит для моделирования высоко нелинейных, контактных задач с большой деформацией, связанных с ударом, контактом нескольких тел и сильно нелинейным поведением материала. Например, столкновение пули с препятствием. Характер деформации при этом вы можете видеть на рисунке.
Разрушение при быстром динамическом воздействии
В целом, нелинейный динамический расчета зачастую проще, чем выполнение линейного анализа. Пользователь не имеет никаких ограничений сходимости, как это необходимо для линейных случаев, и просто запускает моделирование без учета линейности системы.
Процедура явной динамики идеально подходит для моделирования чрезвычайно больших моделей, независимо от того, насколько нелинейной может быть задача. Ключевым фактором является то, что не существует единой системы алгебраических уравнений, которые должны быть решены для каждого временного шага.
Решатель просто формирует уравнения динамического равновесия для модели конечных элементов в каждом моменте времени и использует правило интегрирования для продвижения во времени. Таким образом, отсутствие необходимости решать большие системы алгебраических уравнений означает небольшой объем памяти. Мы увидим, что данный алгоритм требует относительно небольшого временного шага, поэтому важно, чтобы расчетная стоимость каждого временного шага была низкой.
Удаление материала
Решатель Autodesk Explicit позволяет задать критерии удаления материала, которые определяют повреждение материала и исключение его из моделирования. Это делается путем простой установки максимального значения деформации, которое допускается для данного материала. Как только заданные пользователем критерии удовлетворяются в местоположении модели, Autodesk Explicit удаляет материал и исключает соответствующие элементы из сетки. Типичные меры деформации для удаления включают пластическую деформацию и максимальную основную деформацию. Удаление материала в сочетании с разрушением контактной поверхности позволяет разорвать вашу модель на части и сделать в ней отверстия.
Твердое тело
С помощью одной команды можно указать, что часть модели является жесткой. В результате решатель автоматически вычислит отклик детали с помощью уравнений динамики твердого тела. Поскольку деталь жесткая, она не будет деформироваться локально, то есть в ней не будет никаких напряжений или деформаций. При этом условия контакта будут автоматически поддерживаться между деталями, независимо от того, является деталь жесткой или нет. Преимущество здесь в том, что жесткие тела не участвуют в определении стабильного временного шага.
Контакт
Контактное моделирование весьма простое в рамках технологии явной динамики. Программа автоматически отслеживает столкновения между деталями и обеспечивает соблюдение кинематических требований. Нет никаких ограничений на количество деталей, которые могут контактировать друг с другом, поэтому пользователю требуется минимум усилий.
Максимум, что нужно сделать пользователю, это задать трение между различными деталями или указать, что контактные поверхности сварены вместе. Чтобы обеспечить кинематическое соответствие деталей при обнаружении столкновений, решатель постоянно контролирует и отслеживает близость различных свободных поверхностей модели. На рисунке показан пример выделения поверхностей контакта.
Контактирующие поверхности звеньев цепи
Одной из наиболее универсальных особенностей алгоритма обнаружения контактов является то, что он автоматически перестраивает поверхности модели по мере разрушении материала и появления новых поверхностей из-за удаления элементов. На рисунке ниже показана имитация удара предмета по лопастям турбины.
Процесс удара предмета по лопастям турбины, рассчитанный в Inventor Nastran
Автоматический шаг по времени, контролируемый пределами стабильности
Конечно, всё описанное выглядит слишком хорошо, чтобы быть правдой. Наверняка существует плата за такое беспроблемное моделирование. В нашем случае подход, лежащий в основе, определяется пределом устойчивости. Проще говоря, существует критический размер временного шага, который вы не можете превысить. Это называется пределом стабильности, и он зависит от размера сетки и свойств материала.
Если вы выполняете динамическое моделирование, обычно указываете продолжительность отклика, который хотите вычислить, и количество временных шагов для этого. Например, вам может потребоваться длительность моделирования в одну секунду с использованием 100 временных шагов, и в этом случае ваш размер временного шага равен 0.01 секунды. Он остается фиксированным на протяжении всего анализа. Но при расчете явной динамики всё, что вы можете указать – общую продолжительность времени. Решатель в этом случае автоматически выбирает размер временного шага, чтобы оставаться в пределах стабильности модели. Вы не можете контролировать количество временных шагов, которые будет выполнять программа.
Важно иметь в виду, что пользователь не должен отслеживать стабильность модели. Решатель постоянно делает это и выбирает для вас временной шаг по мере выполнения моделирования.
На анимации вы видите, что за один конец цепи резко дернули, и воздействие передается на остальные звенья. При этом мы видим, в том числе, поперечные колебания звеньев. Естественно, что эти перемещения происходят за доли секунды. Inventor Nastran позволяет нам досконально изучить данный процесс.
Анимация динамического воздействия на звенья цепи
Quasi-static analisis
Теперь перейдем к квазистатическому анализу. Он родственен предыдущему типу, но не зависит от времени. Квазистатический анализ используется тогда, когда мы имеем дело со сверхнелинейными процессами, и трудно получить решение, используя метод Ньютона для нелинейных уравнений. Другими словами, нелинейный процесс дробится на короткие интервалы, когда каждый можно рассматривать как статическую задачу. Поэтому он имеет приставку «квази», то есть будто бы статический. С использованием особого решателя квазистатические решения получаются намного быстрее, чем обычные статические решения. Особое внимание уделяется балансу энергий. Нужно, чтобы кинетическая энергия была велика, но составляла долю внутренней энергии тела. Сравнение энергий идет несколькими итерациями, но все в автоматическом режиме, поэтому пользователь получает в итоге готовый результат за короткое время.
Таким образом, арсенал расчетных возможностей Inventor Nastran серьезно расширился. При этом настройка новых расчетов весьма проста для широкого круга пользователей. Убедитесь в этом сами, скачав демоверсию программы. Примечательно, что данный продукт все так же входит в Product Design and Manufacturing Collection.
Чуть не забыли о самом главном в релизе! Bugs, разумеется, Fixed 🙂
Запуск и активация Inventor Nastran после установки
Скажем несколько слов про Inventor Nastran.
Это расчётная система для работы в среде Autodesk Inventor, с помощью которой производятся тепловые и прочностные расчёты деталей и узлов. Интеграциях этих программ упрощает проектирование и сокращает время разработки. Система имеет сертификат соответствия стандартам ГОСТ и СНИП.
Существует два основных пункта, без которых установка и использование Autodesk Nastran невозможны:
Демоверсии программ вы можете скачать на нашем сайте по указанным ссылкам: Autodesk Inventor 2021, Autodesk Nastran 2021. На странице заполните свои данные и кликните «Получить ссылку на дистрибутив», после чего вам на почту придут письма с файлами для установки. Не забывайте, что сначала нужно установить Autodesk Inventor!
Во время установки следуйте инструкциям и проходите шаг за шагом. У вас не должно возникнуть проблем. Важно, чтобы место для установки программ совпадало (см. пример ниже).
Переходим к первому запуску программы:
Если при установке и активации программы у вас не возникло проблем, начинайте активное использование и изучение. Если вы столкнулись с некоторыми трудностями, далее будет предложено решение одной из частых проблем, с которой может столкнуться пользователь.
Итак, если проблема все-таки возникла, первое, что стоит сделать, – снова заглянуть в «Диспетчер надстроек» (это окно описано выше в п. 4 Первого запуска программаы). Возможен вариант, при котором в появившемся окне на месте «Автоматически/Загрузка» будет «Автоматически/Выгружено», а в графе «Подпись» будет сообщение о том, что при открытии файла была ошибка.
И соответственно на вкладке «Среды» кнопка программы отображаться не будет.
Чтобы решить эту проблему, выполните следующие действия:
Проблема будет решена. Но возможна и другая ошибка, при которой кнопка Nastran на вкладке «Среды» отсутствует, но в окне «Диспетчер надстроек» всё в порядке. Помогут все те же действия, описанные выше.
Если вы будете следовать всем рекомендациям этой статьи, установка Nastran не вызовет трудностей, и Autodesk Inventor получит расширенные возможности.
