Femap™ – обладающий широкими возможностями всемирно известный инструмент для проведения эффективного конечно-элементного моделирования во многих областях промышленности. Использование Femap с NX™ Nastran®, а также дополнительных модулей и решателей позволяет существенно снизить количество натурных испытаний изделий и заменить их виртуальными численными экспериментами.

Femap – доступное решение для конечно-элементного анализа, оснащенное мощным пре/постпроцессором и тесно интегрированное с решателем NX Nastran. Femap как самостоятельный компонент отличается простотой применения и высокой производительностью. Это мощная расчетная система, предназначенная для решения задач компьютерного инжиниринга на ранних этапах проектирования изделия. Femap не зависит от применяемых CAD-систем и конечно-элементных решателей, но вместе с тем тесно интегрирован с Solid Edge, а также позволяет быстро и легко импортировать геометрию из большинства систем автоматизированного проектирования.

Femap предоставляет конструкторам и инженерам интуитивно понятные средства выполнения конечно-элементного анализа для точного и быстрого решения самых сложных задач в привычной среде Windows.

Инженерный анализ в Femap

Для решения задач механики деформируемого твердого тела, механики жидкостей и газов, механики теплопереноса в Femap в качестве базового используется метод конечных элементов (МКЭ). Применение МКЭ требует создания математической и дискретной (конечно-элементной) моделей. Femap предоставляет необходимый набор инструментов для построения КЭ-сеток на основе исходной геометрии, прямого создания и редактирования расчетной сетки, работы с геометрическими данными, создания расчетного случая, обработки и анализа полученных результатов.

Области и отрасли применения Femap

Основные возможности Femap

Femap обладает мощным функционалом для автоматического и ручного создания КЭ-моделей, содержит удобные инструменты приложения условий нагружения и граничных условий, предоставляет возможность проверки разработанной расчетной модели по многим критериям. Средства визуализации позволяют анализировать, просматривать и обрабатывать несколько типов результатов. Femap поддерживает широко используемый в промышленности решатель NX Nastran.

При моделировании в Femap происходит автоматическая организация расчетной модели по логическим признакам, например, по типу конечных элементов с созданием соответствующей группы в дереве модели. Femap создает КЭ-модели высокого класса с экономией количества элементов и позволяет использовать полный набор существующих типов конечных элементов (0D, 1D, 2D и 3D) при больших возможностях контроля КЭ-разбиения.

Ускорение создания расчетной модели

Femap в ходе пре- и постпроцессинга предоставляет инженерам-расчетчикам следующие преимущества.

Поскольку весь расчет зависит от построения конечно-элементной сетки, в Femap введены новые инструменты для ее создания. Новейшая версия автоматизирует существующую технологию построения сеток и предоставляет новое интерактивное средство создания КЭ-сетки с мгновенной визуализированной проверкой качества конечных элементов. Новые средства повторной генерации и управления качеством сетки объединены в пользовательском интерфейсе. Это упрощает рабочие процессы и упрощает создание адекватных моделей для расчетов методом МКЭ.

Новый метод построения на основе срединной поверхности упрощает и ускоряет создание расчетных моделей тонкостенных конструкций.

Система Femap интегрирована с NX Nastran, при этом оба приложения поддерживают 64-разрядную версию Windows, что обеспечивает больший доступный объем оперативной памяти при препроцессинге и гарантирует расчет больших моделей, состоящих из многих миллионов конечных элементов.

Подготовка геометрической модели

Для конечно-элементного анализа конструкции используются геометрические данные, созданные не только в Femap, но и в других CAD-системах, а также импортированные данные на основе стандартных форматов IGES, STEP, Parasolid и JT.

Femap тесно интегрирован с Solid Edge: расчетчик имеет возможность передавать модель в среду Femap непосредственно из Solid Edge либо открывать модель Solid Edge из Femap.

В Femap доступен набор инструментов для редактирования геометрических данных вне зависимости от способа формирования геометрии. Для создания эффективной расчетной модели зачастую необходимо изменять исходную геометрию путем удаления или упрощения элементов конструкции, а также добавлять дополнительные геометрические элементы для контроля КЭ-разбиения или вследствие особенностей граничных условий и нагружений. Инструменты Femap по работе с геометрией построены на базе математического ядра Parasolid и позволяет инженеру использовать широкий набор инструментов обработки геометрии.

Создание конечно-элементных моделей

Наличие высокоэффективных технологий работы с геометрией и генерирования конечно- элементных сеток позволяет создавать КЭ-модели высокого качества с использованием 2D, 3D конечных элементов для тел и 1D-элементов для кривых или ребер. Богатый набор средств позволяет связывать разные КЭ-сетки, применяя средства связи типа «точка-точка», «ребро-ребро», «точка-ребро», «точка-грань», «ребро-грань», «грань-грань». Кроме того, существует способ задания связей непосредственно между конечными элементами.

Возможности генератора сеток Femap позволяют создавать КЭ-модели с использованием разных типов элементов:

При разбиении модели на конечные элементы в Femap предусмотрено большое количество параметров для контроля и улучшения КЭ-сетки.

Обширная библиотека конечных элементов позволяет быстро и эффективно выполнять различные типы анализов. Доступно более 120 стандартных типов элементов, включая линейные и параболические твердотельные, оболочечные, композитные, осесимметричные, стержневые, упругие, демпферные, массовые, жесткие связи, зазоры с контактом. Существующие инструменты задания сечений стержневых элементов не только позволяют работать со стандартными видами профилей, но и обеспечивают возможность определять произвольный вид сечения на основе CAD-геометрии.

Для сокращения времени и избегания ошибок при решении поставленной задачи в Femap имеются средства для проверки КЭ-модели на дублирование узлов и элементов, а также на искажение формы элементов. Интерактивная визуальная шкала позволяет в соответствии с заданными настройками пороговых значений проводить визуализированный анализ качества построенной КЭ-модели. При необходимости изменения КЭ-сетки в локальных проблемных областях можно воспользоваться соответствующими операциями с элементами и узлами: создание, перемещение, удаление узлов; создание и изменение элементов и их физических свойств.

Создание материалов в Femap

В поставку Femap входит стандартная библиотека материалов, которая содержит набор их физико-механических характеристик. Стандартная библиотека материалов Femap может быть дополнена материалами таких типов, как:

Наглядное представление результатов

Femap предоставляет пользователю обширные графические возможности и способы анализа и обработки результатов, что, в свою очередь, помогает четко представить картину поведения моделируемой конструкции.

Основные инструменты постпроцессорной обработки результатов:

Основными видами анализов, поддерживаемых в Femap с NX Nastran, являются:

Кроме того, доступен ряд дополнительных решателей Femap:

Femap Thermal Solver содержит новейшие решатели для температурного анализа в среде Femap и позволяет быстро и точно решать сложные тепловые задачи. Femap Thermal Solver использует метод конечных объемов на базе построенной сетки конечных элементов, упрощая при этом моделирование процессов теплопереноса (включая нелинейные нестационарные процессы) с учетом как теплопроводности, так и лучистого теплообмена, а также фазовых переходов. Передовые технологии решателя гарантируют надежность и высокую скорость решения даже самых сложных задач. С помощью Femap можно быстро и эффективно осуществить температурный анализ, что, в свою очередь, гарантирует профессиональный подход и ускорение прохождения стадий рабочего проектирования.

Femap Advanced Thermal Solver предоставляет пользователю дополнительные возможности для температурного анализа, в том числе моделирование одномерных сетей охлаждения (обвязки трубопроводов), а также свободную и вынужденную конвекцию. Расширенный набор инструментов для теплового моделирования позволяет пользователю проводить более сложные виды теплового моделирования, например, моделирование теплового состояния космических кораблей, включая солнечный и орбитальный нагрев, моделирование и визуализацию орбиты космического полета, нагрев вращающихся объектов. Эти расширенные возможности моделирования дополняются такими специализированными инструментами, как пользовательские подпрограммы, упрощение моделей, интерфейс к ведущим решателям для температурного анализа.

Femap Flow Solver предоставляет дополнительные улучшенные возможности для гидрогазодинамического анализа в среде Femap, обеспечивая быстрое, точное и эффективное решение сложных задач гидрогазодинамики. Современный решатель, являющийся основой полноценного инструмента для гидрогазодинамического анализа, позволяет осуществлять моделирование как ламинарного, так и турбулентного течений, быстрых или медленных сжимаемых потоков, вынужденных течений, естественной конвекции и смешанных потоков, с множеством впускных, выпускных отверстий и граничными условиями внутри потока. Решатель требует наличия сравнительно небольшого объема оперативной памяти, что позволяет получать решения быстрее. Возможность построения как структурированной, так и неструктурированной сетки обусловливает дополнительное удобство в использовании. Femap Flow Solver является мощным дополнением к Femap Thermal Solver: вместе они позволяют решать задачу моделирования связанного тепломассопереноса.

Модификация в соответствии с требованиями заказчика

Неограниченные возможности кастомизации позволяют получить полный доступ к функциональным возможностям Femap посредством интерфейса API на основе объектно-ориентированной технологии OLE/COM, которая использует стандартные, открытые языки программирования. Доступ к API-интерфейсу осуществляется через собственную среду программирования, встроенную в пользовательский интерфейс. В ней вы сможете создавать пользовательские подпрограммы, автоматизирующие рабочие процессы. Кроме того, данная среда может взаимодействовать и обмениваться данными с другими программами, например, с Microsoft® Word и Excel.

Усовершенствования последней версии Femap 11.1

Расширенные функциональные возможности для работы с многосвязной геометрией позволяют легко объединять поверхности тел в одно общее тело для последующего создания непрерывной сетки. Новые команды построения тел по направляющим расширяют набор инструментов геометрического моделирования. Также улучшена функция генерации срединной поверхности, расширяющая возможности используемого ядра моделирования Parasolid.

Улучшен функционал для объединения моделей, включая расширенное управление выбором, упорядочиванием, группированием и ориентацией элементов. В результате упрощается копирование элементов между моделями. Инструменты Meshing Toolbox включают дополнительные средства управления для выравнивания элементов сетки. Новые методы смещения сетки повышают управляемость и гибкость при работе с ней. Генератор тетраэдральной сетки использует улучшенную проверку качества, исключающую создание узких элементов, а также позволяет запретить создание множеств элементов по толщине для получения более точных результатов.

В Femap 11.1 удалось достичь более высокой производительности графической системы за счет эффективного хранения графических данных и поддержки функций геометрических шейдеров OpenGL®. Femap 11.1 может использовать преимущества графики OpenGL 4.2 (и более поздних версий), обеспечивающие существенное ускорение обработки при уменьшении требований к объему графической памяти.

Доступ к результатам, хранящимся в присоединенных файлах данных, улучшен за счет поддержки форматов Nastran XDB. В Femap 11 функции построения графиков включают расширенную поддержку разных типов серий данных и повышение качества их отображения. Функция свободного тела теперь обеспечена новым инструментом для проверки существования запрошенных значений в наборе полученных результатов.

Femap 11.1 поставляется вместе с NX Nastran 9 и расширяет возможности NX Nastran для более тесной интеграции между препроцессором, постпроцессором и решателем. Кроме того, произведен ряд улучшений по просьбам заказчиков, включая улучшение визуализации и проверки модели, определение комбинации граничных условий и расширение поддерживаемых функций анализа.

Дополнительные материалы и демо-версия Femap

Сведения и материалы по Femap на официальном сайте Siemens PLM Software

Пробная 45-дневная версия Femap.