Автоматизированная система термоупругого анализа для ПЭВМ

Рассмотрим программный комплекс автоматизированной системы термоупругого анализа (ACTA) для численного решения двумерных задач в составных областях сложной формы (X, Y - или R, Z-геометрия). Форма расчетной области и ее связность не регламентируются. Уравнения в частных производных решаются с помощью разностных алгоритмов, базирующихся на методе аппроксимации функционала. Сложность решаемых задач определяется ресурсами используемой вычислительной машины. Ограничения, накладываемые на форму счетной области, практически несущественны, требуется только, чтобы ее контур состоял из участков с радиусом кривизны больше пространственного шага разностной сетки.
Комплекс ACTA включает в себя средства подготовки и ввода графической информации, диалогового задания данных, необходимых для проведения расчета, просмотра и анализа результатов на графическом дисплее и получения "твердых копий".

Основные сведения о программном комплексе

Комплекс программ предназначен для ПЭВМ, имеющую оперативную память порядка 640 Кбайт, операционную систему MS DOS и графический монитор. Информация вводится с помощью клавиатуры, возможно использование устройства типа "мышь". Программы написаны на алгоритмическом языке Fortran-77 и не используют каких- либо специальных системно-зависимых средств на всех этапах работы. Исключение составляют программы, для которых необходима графическая поддержка вычислительной машины.

Система уравнений

Приведем формулировку задачи в перемещениях в случае пло- скодеформированного состояния:
 Для определения стационарных тепловых полей решим уравнение где все обозначения стандартные.

Структура программного комплекса
Входной блок.

Его назначение - обеспечение интерфейса в направлении пользователь - программный комплекс. Комплекс практически на каждом этапе работы обращается с запросами к пользователю, но основной поток информации идет при работе входного блока, содержащего средства автоматизации задания исходной информации (геометрия области счета, разностная сетка). Результаты работы входного блока - это файлы, содержащие информацию о параметрах области счета. Входной блок выполняет две основные функции:
редактор областей задает в диалоговом режиме форму области в виде семейств отрезков и дуг окружностей, образующих один или несколько замкнутых контуров . Для удобства комплекс имеет программу-конвертор, обеспечивающую возможность использования чертежей, созданных в системе AutoCAD программами комплекса ACTA в качестве входных данных;
редактор сеток задает и редактирует в расчетной области сетки. В диалоговом режиме, организованном с помощью доступных пользователю меню, он позволяет построить адаптированные или неадаптированные сетки.

Препроцессор.

По окончании работы входного блока вызывается препроцессор. Его основная задача - подготовка описателей элементов покрытия расчетной области, пригодных для дальнейшего использования на этапе работы блока вычислений. Программы препроцессора также могут видоизменять область, оставляя в неприкосновенности ее топологические свойства, и, соответственно, характер соседства точек - узлов покрывающей сетки. Возможна также частичная коррекция разностной сетки путем модификации счетных элементов (например, преобразование пятиугольных приграничных элементов в четырех- и треугольные).
Комплексом предусмотрена возможность оптимизации полученной сетки для улучшения ее основных параметров. Этот этап работы графически не визуализируется, но можно проконтролировать полученную сетку, пользуясь блоком визуализации. Отработав, программа сообщает пользователю такие характеристики сетки, как число узлов, элементов и их минимальный и максимальный объемы. Результатом работы препроцессора является файл, считываемый на последующих этапах по шифру задачи.
 
Блок постановки задачи.

В диалоговом режиме программа задает граничные условия, коэффициенты и правую часть для уравнений теплопроводности и упругости. Коэффициенты могут быть степенными или кусочно-линейными функциями температуры. Кроме того, можно задать граничные условия для нестационарного уравнения теплопроводности в виде кусочно-линейных функций времени.
 
Блок вычислений. При входе в этот блок вся дополнительная информации, необходимая для его работы, отражается на экране в виде таблицы. Пользователь может изменить параметры задачи. Информация о ходе счета (номера временного шага, итерации по нелинейности, параметры счета и т.д.) выводится на экран , что тозволяет следить за ходом решения задачи. При желании счет можно прервать. Блок вычислений считывает с магнитного носителя всю подготовленную ранее информацию. Его задача - аппроксимация исходных уравнений при заданных граничных условиях, формирование матрицы и правой части системы алгебраических уравнений и решение этой системы.


Блок обработки результатов и их визуализации завершает работу комплекса. Этот блок, так же как и входной, является системно зависимым , что объясняется привязкой к штатным средствам машинной графики.
По предлагаемому меню пользователь выбирает необходимый режим работы и задает требуемую программой информацию,
Вне линии например коэффициент масштабирования, число рисуемых изолиний, точку зрения на изображаемую трехмерную поверхность. Программой может быть визуализирована следующая информация: вид расчетной области и накладываемой разностной сетки; изолинии и поверхность температуры; изолинии компонент и модуля перемещений и векторов перемещений; изолинии компонент и интенсивностей напряжений и деформаций;

Программа позволяет увеличивать отдельные, по выбору пользователя, фрагменты изображения на весь экран. Для этого используется устройство типа "мышь". Информация выводится на графический монитор и матричное устройство.
 


Обсудить вопрос в студенческом форуме

 

Сайт содержит информацию о учебном заведении и студенческой общине и не является официальным