Новые объёмные элементы типа Pyra

Элементы Pyra представляют собой пирамиду с четырёхугольным основанием. Введены 5-узловые элементы 1-го порядка и 13-узловые элементы 2-го порядка. Основное назначение элементов – обеспечивать соединение сеток из Hex-элементов с сетками из Tet-элементов. Поддерживается анализ напряжённо-деформированного состояния конструкций и тепловой анализ, могут быть использованы все поддерживаемые модели материалов. Генератор гибридных сеток в Mentat позволяет автоматически строить сетки из Pyra элементов. Построение возможно как на основе геометрических объёмных тел, так и на основе 4-угольных оболочечных конечных элементов, образующих замкнутую полость. 

Клеевой контакт, зависящий от температуры

В Marc 2017 появилась возможность устанавливать клеевой контакт при достижении определённой температуры – обычный Touch контакт переводится в клеевой Glue контакт. Поддерживается и обратное действие – снятие клеевого контакта при достижении определённой температуры. В таком случае клеевой Glue контакт переводится в обычный Touch контакт. Новые функции используются при моделировании технологических процессов сварки, разделения деталей при высоких температурах и др. Управление контактом на основе значений температуры возможно, когда определено поле температур. Например, в связанном тепло-прочностном анализе, где производится одновременное вычисление поля температур и деформированного состояния. 

Назначение цвета для контактных тел

С целью повышения удобства использования Mentat и Marc введена привязка цвета к контактным телам. При создании или импорте контактных тел в Mentat для каждого из них будет автоматически назначаться цвет отображения. Пользователь имеет возможность вручную назначить цвет для каждого тела. Контактные тела при идентификации будут окрашиваться назначенными цветами. Цвета сохраняются, если не все тела отображаются или их количество изменилось. 

Вывод равнодействующих сил взаимодействия контактных тел, расширенный статус контакта

При обработке результатов расчёта с использованием контакта появилась возможность вывода и графического отображения равнодействующих сил взаимодействия контактных тел. Добавлен вывод суммарного теплового потока между телами, если задан тепловой контакт. Добавлен вывод площади пятна контакта для пары тел. Реализовано отображение этих результатов в Mentat. Функции работают как для метода Node-to-Segment, так и для нового метода Segment-to-Segment. Доступно построение графиков зависимости указанных величин от времени. Статус контакта широко используется для проверки результатов счёта, отображения пятен контакта и др. В новой версии Marc статус контакта имеет 5 значений:

• нет контакта (0);
• тела сблизились, может происходить теплопередача за счёт конвекции (0.5);
• обычный Touch контакт (1);
• клеевой Glue контакт (1.5);
• граничные условия циклосимметрии (2).

Новые возможности подбора характеристик материала на основе экспериментальных данных

В новой версии Mentat 2017 появилась возможность автоматического подбора характеристик пластичных материалов для модели Барлата с анизотропной поверхностью текучести для двухосного и трёхосного напряжённого состояния – Barlat anisotropic yield surfaces 2-D and 3-D. Указанные модели разделены, поскольку для описания двухосного случая требуется меньшее количество исходных данных. Исходными данными могут служить экспериментально полученные пределы текучести для различных случаев нагружения: одноосное растяжение или сжатие, равное двухосное растяжение и сжатие, произвольное двухосное растяжение или сжатие, сдвиг и произвольные двумерные плоско-напряжённые состояния. Возможно использование и других исходных данных. Все данные могут быть представлены для образцов, вырезанных в различных направлениях относительно главных осей анизотропии материала. Новая функция поддерживает следующие критерии пластичности для модели Барлата: yld91, yld2004-18p, yld2004-13p. Поддерживается модель пластичности Хилла. Поддерживаются несколько моделей пластического течения. Расширена и улучшена возможность автоматизированного подбора характеристик для многофазных гиперупругих материалов.

Шифрование свойств материала

Во многих случаях предприятия сотрудничают при разработке новых изделий, но не желают раскрывать используемые свойства материалов. В Marc добавлена возможность сохранить свойства материала в отдельном файле, зашифровать его, установить дату, после которой свойства материала в данном файле использовать нельзя. Это гарантирует, что уполномоченные специалисты своевременно получат актуальные материалы и вся кооперация предприятий будет использовать единый сертифицированный набор свойств материалов. Интерфейс Mentat позволяет создать отдельный файл с материалом или несколькими материалами. При этом можно сохранить все доступные свойства материала, но в расчёте использовать лишь ту часть из них, которая требуется.

Ассоциация сетки с геометрией при задании нагрузок (в решателе Marc)

При задании свойств нагрузок и закреплений, областей назначения материалов, ориентации свойств и контактных тел появилась возможность привязки к геометрическим примитивам. Геометрическая модель сохраняется во входной файл, решатель Marc использует её при проведении расчёта для задания областей назначения тех или иных свойств. Геометрическая модель также может быть записана в файлы результатов .t16 или .t19. При обработке результатов в Mentat стало возможным отображение записанной геометрической модели, а также других опций. 

Многократная отмена операций в Mentat 2017

В процессе моделирования в Mentat часто возникает необходимость отменить несколько ранее совершённых действий. Начиная с версии 2017 это стало возможным при добавлении параметра multiundo on в командной строке запуска Mentat. В ОС Windows можно отредактировать ярлык запуска Mentat и включить эту опцию. В процессе работы Mentat сохраняет на диске несколько версий базы данных .mud, что позволяет быстро отменять действия путём возвращения к предыдущим версиям базы данных.

Глобальное перестроение сетки для элементов Tet10

В Marc 2017 введена возможность автоматического перестроения конечно-элементной сетки из тетраэдральных элементов 2-го порядка Tet10. Настройки анализа остаются прежними. Известно, что элементы Tet10 хорошо подходят для моделирования деталей со скруглениями, а также дают хорошие результаты в задачах с преобладанием изгиба. Новая функция перестроения сетки позволяет решать такие задачи более эффективно.

Расширенное управление шагом приращения нагрузок в мультифизичных задачах

Решение мультифизичных задач – одна из специализаций решателя Marc. Например, существует возможность проводить связанный анализ напряжённо-деформированного состояния, теплового поля и электромагнитного поля при моделировании индукционной сварки. Во многих случаях вычислительная эффективность расчётов по каждой дисциплине может быть различной, как и скорость изменения параметров задачи. В связи с этим может возникнуть потребность в установке различного шага приращения нагрузки для каждой дисциплины. Такая возможность реализована для структурных, тепловых и магнитодинамических задач.

Повышение производительности, уменьшение использования машинных ресурсов

В Marc 2017 матричный решатель MUMPS получил возможность использовать дисковую подсистему в случаях, когда оперативной памяти недостаточно (out-of-core). Наряду с собственно решением матричных уравнений в кластерном параллельном режиме (метод DDM) добавлена возможность сборки матриц с использованием нескольких узлов кластера. Это существенно ускоряет вычисления. В таком случае скорость вычислений может зависеть от скорости обмена данными в локальной сети, а также от работы интерфейса MPI.

Новая версия файла результатов Marc T16

Marc 2017 поддерживает запись результатов в новой версии формата T16. В файл результатов записывается геометрическая модель, которую в дальнейшем можно будет отобразить в Mentat. Поддерживается запись наборов узлов, элементов и др., по которым прикладываются нагрузки и свойства. Такие наборы помогают отображать модели по частям, повышая удобство и скорость работы и улучшая наглядность представления результатов. Сохраняется ассоциация цветов с наборами примитивов (set) и контактными телами – для удобного отображения моделей при обработке результатов. Сохраняются основные данные о свойствах материалов. Таким образом, работа с результатами для сложных моделей стала намного удобнее. 

Пьезоэлектрические элементы

Введены новые специализированные конечные элементы 2-го порядка для моделирования пьезоэлектрических эффектов. Элементы имеют топологию Hex20 и Tet10.

• Структурный анализ:

1. - Линейный и нелинейный статический анализ с учетом геометрической и физической нелинейности, нелинейных граничных условий и свойств материалов и пр.
2. - Механика разрушения: методы линейного и нелинейного разделов механики разрушения; автоматическая реализация расчета J-интеграла, модель накопления повреждений в резиноподобных материалах, растрескивание бетона, разрушение композиционного материала и т.д.
3. - Динамический анализ: расчет собственных форм и частот, частотный отклик, анализ переходного процесса, случайные колебания и пр.
4. - Анализ чувствительности и оптимизация;
5. - Использование осесимметричных решений для создания трехмерных моделей и решений;
6. - Анализ установившегося качения осесимметричных конструкций (таких, как автомобильная шина);
7. - Анализ деталей из материалов с эффектом памяти формы; и т.д.

• Неструктурный анализ
• Задачи теплообмена (установившиеся и неустановившиеся процессы, моделирование сварки и излучения и т.д.);
• Электро- и магнитостатический, а также электромагнитный и пьезоэлектрический анализ;
• Моделирование гидродинамического подшипника;
• Акустический анализ (в том числе связанный акустический анализ среда-конструкция);
• Связанные виды анализа (термомеханический, термоэлектрический, электро-термо-механический, моделирование взаимодействия жидкость - твердое тело);
• Абляция и пиролиз; и т.д.

Линейный анализ

• Суперпозиция вариантов нагружения
• Анализ осесимметричных тел

Нелинейный анализ

• Адаптивное управление нагрузкой (статическая, динамическая, за пределами потери устойчивости, трение, теплопередача)
• Автоматическая адаптация временного шага решения задачи
• Методы решения на основе длины дуги в пространстве "нагрузка - перемещение"
• Методы решения на основе невязки
• Возможность задания пользователем шага по нагрузке и времени

Большие перемещения и конечные (малые) деформации

• Стандартная и усовершенствованная формулировки Лагранжа
• Линейный и нелинейный анализ устойчивости
• Анализ устойчивости при наличии трения
• Анализ поведения конструкции после потери устойчивости
• Учет пластичности в соответствии с гипотезой "FeFp"
• Автоматическая переразбивка модели с переносом промежуточных результатов расчета на обновленную сетку

Автоматическое моделирование контактного взаимодействия

• 2D и 3D контакты
• Возможность моделирования протяженных одномерных тел (например, моделирование свивки канатов)
• Возможность моделирования абсолютно жестких контактирующих поверхностей (дискретных или заданных аналитически)
• Возможность моделирования контакта элементов высокого порядка
• Возможность задания линейных и угловых перемещений, скоростей твердых поверхностей и тел, а также нагрузок, прикладываемых к ним
• Автоматическое задание закреплений
• Модели трения (в том числе модель "покой - скольжение", а также возможность использования модели пользователя)
• Динамический удар
• Сохранение результатов расчета контактного взаимодействия для последующего анализа результатов

Адаптивная генерация сетки

• Линейный и нелинейный анализ
• Возможность выбора критерия адаптации сетки
• Специальные опции для анализа с учетом контактного взаимодействия
• Возможность применения при любой геометрии
• Возможность использования при структурном анализе и анализе теплопередачи
• Дробление и укрупнение сетки

Динамический анализ

• Вычисление частот собственных колебаний
• Анализ переходных процессов
• Анализ модальной суперпозиции
• Методы прямого интегрирования:
• обобщенный метод Newmark'а;
• метод Houbolt'а;
• одношаговый метод Houbolt'а;
• явный метод центральных конечных разностей для анализа динамики
• Анализ частотного отклика
• Спектральный анализ
• Анализ с фиксированной или адаптивной величиной шага по времени
• Возможность моделирования движения с заданной величиной ускорения

Анализ теплопередачи

• Установившийся и переходной процессы
• Линейная и нелинейная теплопроводность
• Граничные условия для конвекции и излучения
• Конвективный теплообмен с заданной величиной скорости течения среды
• Внутренние источники тепла
• Диффузионный радиационный теплообмен
• Фазовые переходы, учет выделения / поглощения теплоты
• Адаптивное изменение шага по времени при решении

Термомеханические эффекты

• Анализ термических напряжений
• Учет выделения тепла при пластических деформациях и трении
• Учет больших перемещений вследствие термических граничных условий
• Анализ напряжений с учетом пластики и остаточных напряжений

Модели разрушения

• Линейная и нелинейная модели
• Хрупкое и вязкое разрушение
• Модель хрупкого разрушения бетона
• Модель разрушения композитных материалов

Анализ жидких сред

• Уравнения Навье-Стокса в трехмерной формулировке
• Метод штрафов для моделирования несжимаемости
• "Ньютоновские" и "неньютоновские" жидкости
• Учет теплообмена в жидкостях
• Моделирование взаимодействия жидкостей и сплошных тел
• Моделирование теплообмена жидкостей и сплошных тел

Моделирование гидродинамического подшипника

• Расчет распределения давления и переноса (течения) смазки

Джоулево тепло

• Выделение тепла при протекании электрического тока

Акустический анализ

• Моделирование жестких отражающих поверхностей
• Вычисление частот собственных колебаний и анализ переходных процессов
• Совместный акустический анализ конструкции и среды

Электростатический анализ

• Вычисление характеристик поля в плоской и трехмерной постановках

Магнитостатический анализ

• Вычисление характеристик поля в плоской и трехмерной постановках
• Нелинейные соотношения B - H
• Моделирование постоянных магнитов

Анализ электромагнитного поля

• Уравнения Максвелла в полной постановке
• Анализ в частотной и временной областях

Граничные условия

• Механические нагрузки (сосредоточенные, распределенные, центробежные, кориолисовы, объемные, гравитационные)
• Термические нагрузки
• Акустические нагрузки
• Электро-, магнито- и электро-магнито-статические нагрузки
• Волновое нагружение балок и труб
• Предварительные напряжения и деформации
• Кинематическое (жесткое) закрепление
• Упругое закрепление
• Преобразование степеней свободы из одной системы координат в другую (для задания соответствующих граничных условий)
• Межузловые связи (ограничение взаимного перемещения)

Оптимизация и анализ чувствительности конструкции

• Анализ чувствительности изделия к конструктивным изменениям при статических нагрузках
• Анализ чувствительности частотных свойств изделия к конструктивным изменениям
• Возможность оптимизации переменных проектирования, характеристик материалов и параметров композитов
• Возможность задания нескольких вариантов нагрузки
• Эффективность при большом количестве переменных проектирования

Типы решателей

• Усовершенствованный прямой профильный решатель
• Усовершенствованный прямой решатель для систем уравнений с разреженными матрицами
• Итеративный решатель усовершенствованным методом сопряженных градиентов с предварительным улучшением обусловленности матриц
• "Несимметричный" решатель
• Решатель для ЭВМ с "двойной" точностью

Параллельные вычисления

• Используемый метод распараллеливания - метод декомпозиции исследуемой области
• Высокая производительность на ЭВМ с различной архитектурой: с общей и распределенной памятью, на сетевых компьютерах

Пользовательские подпрограммы

• Более 100 подпрограмм для "настройки" MSC.Marc для решения конкретных задач:
• параметризация геометрии;
• материалы со специальными свойствами;
• сложные нелинейные граничные условия; и т.д.

Возможности, уменьшающие трудоемкость использования программы

• Возможность "переноса" результатов расчета осесимметричной конструкции на соответствующую трехмерную модель для дальнейшего анализа
• Адаптивное изменение шага решения по времени
• Автоматический контакт между телами
• Настройка параметров программной среды пользователем
• Динамическое распределение памяти
• Интеграция с пре- и постпроцессором Patran
• Полная интеграция с пре- и постпроцессором MSC.Marc Mentat

Упругая линейная модель:

• Изотропные, ортотропные и анизотропные материалы

Упругопластическая модель

• Изотропное, кинематическое или комбинированное упрочнение с критерием текучести Мизеса
• Критерий текучести Drucker-Prager'а
• Модель материала, разработанная в Национальной лаборатории Ок-Ридж (США)
• Упрочняющиеся и разупрочняющиеся материалы
• Пять моделей упрочнения материала
• Учет эффекта скорости деформации
• Анизотропическая пластичность по гипотезе Hill'а
• Закон текучести Prandtl-Reuss'а
• Температурно-зависимые свойства материалов
• Модель Gurson'а для моделирования пластичности металла
• Законы текучести, задаваемые пользователем
• Возможность дополнения пользователем базы данных по материалам

Эластомеры

• Нелинейная упругость в стандартной и усовершенствованной лагранжевой постановке
• Обобщенная модель Mooney-Rivlin'а
• Модель Ogden'а
• Модель Boyce-Arruda
• Модель Gent'а
• Модель материала с большой сжимаемостью (пена)
• Упруго-вязкая модель с возможность больших деформаций
• Моделирование повреждения и разрушения эластомера
• Возможность использования пользователем собственной модели энергии деформации

Гиперэластичность

• Обратимая нелинейная упругость

"Жестко-пластичное" течение материала

• Быстрый анализ листовой штамповки
• Явный и неявный алгоритмы решения
• Моделирование суперпластического формования

Ползучесть

• Моделирование формоизменения или изменения объема
• Представление величины деформации линейной или экспоненциальной зависимостью
• Температурная зависимость характеристик ползучести
• Модель материала, разработанная в Национальной лаборатории Ок-Ридж: комбинация ползучести, пластичности и зависимости от цикличности нагружения

Вязкоупругость

• Модели Maxwell'а и Kelvin'а
• Учет "истории" деформирования (при малых и больших уровнях)
• Учет температурных зависимостей при моделировании реологических эффектов
• Модель вязкоупругого термического расширения Narayanaswamy
• Модели изотропных и анизотропных материалов

Вязкопластичность

• Комбинация модели пластичности и модели ползучести Maxwell'а

Порошковая металлургия

• Вязкопластичная модель порошковых материалов
• Моделирование процесса горячего прессования при постоянном давлении
• Моделирование изменений температуры и давления

Композитные материалы

• Слоистые пластины и оболочки
• Упругопластическое поведение материала
• Произвольная (назначаемая пользователем) ориентация свойств материала
• Назначаемая пользователем ориентация волокон в каждом слое
• Многочисленные критерии разрушения материала:

1. - максимальное значение напряжения;
2. - максимальное значение деформации;
3. - критерий Tsai-Wu;
4. - критерий Hill'а;
5. - критерий Hoffman'а;
6. - критерий, заданный пользователем

• Моделирование прогрессирующего разрушения

Объемно-эластичные материалы и грунт

• Поверхность предельного состояния как функция объемного давления
• Линейная или параболическая модели Mohr-Coulomb'а
• Модифицированная модель Cam-Clay'а
• Полнофункциональное моделирование взаимодействия жидкости и грунта

Бетон

• Разрушение при низком растягивающем напряжении
• Поверхности разрушения
• Моделирование арматуры

В Marc около 200 элементов, обеспечивающих проведение структурного, теплового, акустического и других видов анализа, в том числе:

• Элементы обеспечивают моделирование больших линейных и угловых перемещений, конечных деформаций
• Элементы низкого и высокого порядков
• Элементы с упрощенным интегрированием с контролем безэнергетических форм деформации ("hourglass control")
• Возможность моделирования влияния приложения нагрузки на жесткость исследуемого объекта
• Элементы арматуры (в бетоне)
• Элементы только со степенями свободы "линейное перемещение" для моделирования композитных материалов без изгибных свойств

Marc Mentat включает в себя обширные функции по созданию и модификации геометрических моделей, в том числе твердотельное моделирование на базе встроенное ядра ACIS и Булевы операции, поверхностное можделирование и редактирование, импорт и экспорт ACIS-совместимых геометрических данных, корректировка CAD-геометрии.

Полная ассоциативность узлов и конечных элементов с точками, кривыми и поверхностями: модификация геометрии вызывает соответствующие автоматические изменения в структуре сетки

• Усовершенствованный алгоритм создания "трех-" и "четырехугольных" сеток
• Вытягивание сетки вдоль кривой
• Автоматический генератор тетраэдральной сетки 
• Генератор гексаэдральной сетки 

Возможности генератора сеток  

• Задание количества узлов вдоль границы
• Полностью автоматическая генерация сетки на поверхностях общего вида 
• Преобразование кривых в одномерные конечные элементы
• Преобразование поверхностей в регулярные сетки
• "Стыковка" сеток:

1. - разбивка элементов;
2. - сдвиг узлов;
3. - изменение типа элементов;
4. - перегенерация сетки

Возможность задания параметров генерируемой "переходной" сетки

Различные типы конечных элементов

• Балки (2-х и 3-х узловые)
• Треугольные оболочечные элементы (3-х и 6-ти узловые)
• Четырехугольные оболочечные элементы (4-х, 6-ти, 8-ми, и 9-ти узловые)
• Тетраэдры (4-х и 10-ти узловые)
• Пятигранные призмы (6-ти и 15-ти узловые)
• Гексаэдры (8-ми, 12-ти, 20-ти и 27-ми узловые)                 

• Полная поддержка опций задания нагружения, краевых и начальных условий
• Полная поддержка нелинейных материалов
• Возможность задания пользователем функциональных зависимостей свойств материалов
• Опции задания свойств композитных материалов (ориентации свойств, слоев и т.п.)
• Опции определения геометрических характеристик
• Опции определения характеристик контактного взаимодействия
• Опции анализа с адаптацией
• Задание межузловых связей
• Управление решением

• Форма деформации
• Величина контактного давления между поверхностями
• Индикация результатов цветом
• Амплитудные значения
• Графические зависимости
• Изолированные области
• Результаты переразбивки сетки
• Анимация
• Фотореалистическая визуализация с использованием алгоритма трассировки лучей