Разработка алгоритмов и диалоговых программ автоматизированного формирования

Передо мной была поставлена задача :

1. - разработка алгоритмов и диалоговых программ автоматизированного формирования конечно-элементных моделей оболочковых и объемных конструкций, ограниченных поверхностями произвольной формы, при минимальном объеме исходных данных;

2. - разработка технологии создания постпроцессоров программ МКЭ;

3. - конструирование и расчет оболочковой конструкции на прочность и жесткость.

Впервые математическое описание поверхностей агрегатов самолета, применил в 30-х годах известный советский авиаконструктор А. Бартини. В последующие десятилетия для этих целей использовались аналитические кривые и поверхности. В последнее десятилетие мощный математический аппарат для инженерно-геометрических расчетов дала теория сплайн-функций.

На плакате (1) показаны формулы сплайн-интерполяции с переменным шагом. Эту теорию мы используем в работе. Выражение для сплайна на частичном отрезке [xj-1, xj ] имеет вид (плакат), где mj - наклоны сплайна в узлах, которые определяются из решения СЛАУ (плакат). Поскольку число уравнений на 2 меньше, чем число узлов, то необходимо дополнить их краевыми условиями. На плакате показаны 2 вида этих условий.

На плакате (2) показана дискретизация оболочковой и объемной конструкций.

Процедуру дискретизации оболочковых конструкций рассмотрим на примере построения оболочки в основании которой лежит прямоугольная рама.

Заданы : координаты опорных точек в основании и высота в середине конструкции.

Задаемся граничными условиями по контуру основания, которые задают форму оболочки в местах прилегания к основанию. Вводим желаемую степень дискретизации.

Построение сетки узлов конечно-элементной модели (КЭМ) с помощью сплайн-интерполяции начинаем с построения сплайна по 3 точкам: опорной точки 5 и 2 точкам на середине ребер основания, параллельных оси 0X. Задаемся числом участков по оси 0X и 0Y. Вычислим координаты границ участков и координаты точек на полученной сплайне, с учетом введенной степени дискретизации. Строим семейство сплайнов параллельных оси 0X по известным координатам X и Z. И в результате, вычислив координаты точек на полученных сплайнах, получаем сетку с пронумерованными узлами. “Зашиваем” ее плоскими треугольными конечными элементами.