[21.01.2015]
Программный комплекс DEFORM часто используется при моделировании технологических процессов с большими пластическими деформациями. Моделирование подобных процессов сопровождается деградацией формы КЭ и необходимостью, в процессе расчета, перестроения сетки КЭ. При разработке программного комплекса DEFORM v.11.0 было приложено множество усилий для совершенствования алгоритмов построения и перестроения сетки КЭ, результаты которых изложены в настоящей статье.
Процедура 64-битного перестроения сетки КЭ
При необходимости перестроения сетки КЭ в DEFORM запускается специальная процедура, состоящая из нескольких отдельных операций, в частности извлечение геометрической модели поверхности объекта из сетки КЭ, построение новой поверхностной сетки КЭ по извлеченной геометрической модели, построение новой объемной сетки КЭ внутри поверхностной сетки КЭ и интерполяция данных из предыдущей сетки КЭ. В предыдущих версиях DEFORM все вышеперечисленные операции проводились в 32-битном режиме. 32- битный режим имеет ограничение по использованию оперативной памяти компьютера (не более 4.3 ГБ), что влекло за собой ограничения построения очень объемных сеток КЭ. Переход к 64-битной системе построения сеток КЭ значительно увеличивает максимально возможное количество КЭ в задаче, ускоряет процесс построения объемных сеток КЭ и делает его более стабильным и легким для пользователя.
При тестировании новых технологий построения сетки КЭ скорость перестроения замерялась для моделей от 100 000 до 1 000 000 КЭ. На рис. 1 представлены результаты тестирования DEFORM v.10.2.1, использующего 32-битный режим перестроения сетки КЭ и DEFORM v.11.0.1, использующего новую 64-битную систему. Замеренное время включает в себя все стандартные операции автоматического перестроения сетки КЭ, т.е. извлечение геометрической модели поверхности объекта из сетки КЭ, построение новой поверхностной сетки КЭ по извлеченной геометрической модели, построение новой объемной сетки КЭ внутри поверхностной сетки КЭ и интерполяция данных из предыдущей сетки КЭ. Результаты показывают что, для небольших моделей (порядка 100 000 КЭ), процесс перестроения сетки КЭ на 12% быстрее при использовании новой 64-битной системы. При увеличении размера модели (до 700 000 КЭ) прирост производительности составляет 20%, на очень же больших моделях (порядка 1 000 000 КЭ) перестроение в 32-битном режиме оказалось невозможным, в то время как в 64-битном успешно завершилось менее чем за 500 секунд.
Рис. 1 - Время, необходимое на перестроение сетки КЭ в зависимости от количества КЭ в модели
Использование масштабного фактора кривизны поверхности при построении сетки КЭ в DEFORM
Часто при построении сетки КЭ в DEFORM используются масштабные факторы, в частности, по умолчанию, всегда включены факторы кривизны поверхности, максимальной накопленной деформации и скорости деформации. В DEFORM v.11.+ значительно усовершенствован алгоритм работы масштабного фактора кривизны поверхности для построения более плотной сетки КЭ в местах контакта заготовки с инструментом. Процесс чеканки, представленный на рисунке 2 – классический пример использования преимуществ нового алгоритма учета масштабного фактора при построении сетки КЭ. В начальный момент чеканочный инструмент соприкасается с плоской поверхностью заготовки. В предыдущих версиях DEFORM, на поверхности контакта между исходной заготовкой и инструментом строилась крупная сетка КЭ, т.к. алгоритм построения сетки КЭ не учитывал факта кривизны поверхности инструмента. Чтобы как-то учесть наличие кривизны поверхности инструмента приходилось строить специальное окно плотности сетки КЭ. В DEFORM v.11.+ кривизна поверхности инструмента учитывается, и в области контакта строится мелкая сетка КЭ, позволяющая более адекватно рассчитывать процесс течения металла в очаге деформации. Для активации этой функции в DEFORM v.11.+ функция учета кривизны инструмента включается размещением специального файла DIECUV.DAT в папке проекта.
 |
 |
Рис.2 - Модель отчеканенной монеты и сетка КЭ на модели заготовки под чеканку
Усовершенствования перестроения сетки КЭ при моделировании листовой штамповки
Часто программа DEFORM-3D используется для моделирования различных процессов листовой штамповки. Подобные процессы моделируются с помощью гексаэдральной сетки КЭ. Ранее, в версию DEFORMv.10.2 были внедрены первые алгоритмы перестроения гексаэдральной сетки КЭ. Версия DEFORM v.11.0 включила в себя дополнительные возможности по перестроению гексаэдральной сетки КЭ, которые позволяют учитывать масштабные факторы, а также изменять количество элементов по толщине листа. Данные функции включаются размещением файла SHEETM.DAT в папке проекта. На рисунке 3 представлена КЭ модель вытяжки до и после перестроения гексаэдральной сетки КЭ. Видно, что после перестроения сетка КЭ уплотнилась в наибольшей степени в месте максимальной накопленной деформации. Кроме того, новая сетка имеет четыре КЭ по толщине, вместо трех до перестроения.
Рис. 3 -КЭ модель вытяжки до и после перестроения гексаэдральной сетки КЭ
