ЛТБ: метод дискретных элементов (МДЭ, DEM)

rockyСегодня в рамках нашего проекта ЛТБ мы поговорим с вами о методе дискретных элементов. Эту тему мы выбрали неслучайно. Относительно недавно вышла новая версия программного продукта Rocky 3.0, в котором появилась двустороння связь (2-way coupling) c пакетами  ANSYS Mechanical и ANSYS LS-Dyna.

Здесь нужно сделать небольшое пояснение. Во-первых, Rocky — это совместная разработка компаний ESSS (Engineering Simulation Scientific Software Ltda.) и GDI (Granular Dynamics International, LLC.). Последняя является дочерним подразделением американской компании Conveyor Dynamics, Inc. (CDI), занимающейся разработкой конвейерных систем для горного производства и металлургии.

Поэтому вполне логичным является тот факт, что CDI с момента своего основания в 1981 году занимается разработкой специализированного программного обеспечения для горной индустрии и металлургического комплекса.

Основные работы по DEM (метод дискретных элементов, МДЭ) были выполнены в компании CDI в период с 1994 по 1997 г. г. (Lawrence K. Nordell,  Alexander V. Potapov, Charles S. Campbel и др.).  Со временем все научные разработки и исследования по DEM трансформировались в продукт Rocky (2012 г.).

ChuteДискретные методы (МДЭ, метод динамики частиц и др.), в соответствии со своим названием, базируются на концепции дискретного представления вещества. Данные методы лишены недостатков континуальных моделей, проявляющихся при нарушении сплошности вещества или в результате дискретности его внутренней структуры.

Метод динамики частиц состоит в представлении среды в виде совокупности взаимодействующих частиц – материальных точек или твердых тел. Их движение описывается уравнениями классической механики, причем взаимодействия учитываются посредством, так называемых потенциалов взаимодействия, в соответствии с которыми частицы, например, отталкиваются при сближении и притягиваются при некотором удалении. При моделировании движения частиц с помощью метода динамики частиц на каждом шаге итерационными методами решается так называемая задача Коши – интегрируются дифференциальные уравнения при заданных начальных условиях.

Данные метод и его аналоги реализованы в программах AMBER, GROMOS и др.

Отметим, что для моделирования нелинейных процессов в сплошных средах применяется также семейство методов, в которых частицы используются как численный прием для интегрирования континуальных уравнений динамики сплошной среды, что отличает их от традиционного метода частиц.

Это метод частиц в ячейках Ф. Харлоу, метод гидродинамики гладких частиц и др.

Читать далее

Аддитивные технологии или новая мода IT-директоров

engineСегодня в рамках нашего нового проекта ЛикТехБез (Ликвидация Технической Безграмотности – сокр. ЛТБ) мы поговорим об аддитивных технологиях.  Это слово появилось относительно недавно в лексиконе наших руководителей высшего уровня, и уже успело стать модным и популярным.

Еще 2-3 года назад весь мир сходил с ума от робастных технологий и робастного проектирования, но они быстро себя исчерпали и всем надоели. Именно поэтому и вытащили аддитивные технологии (AF-технологии; AF  – Additive Manufacturing) из пыльного ящика истории.

Миром правит мода, и ничто не возникает на пустом месте: у всего в науке, инженерии  и технологиях есть свои предшественники.

С середины 80-х годов на Западе начали интенсивно развиваться технологии формирования трехмерных объектов не путем удаления материала или изменением формы заготовки, а путем постепенного, как правило, послойного, «выращивания» модели.

У этих технологий существуют разные названия, например, Fast Free Form Fabrication или Solid Freeform Fabrication, но в России больше всего прижился термин Rapid Prototyping  (PR) – быстрое прототипирование или просто прототипирование. Отечественные IT-специалисты и специалисты в области CAM иногда пользуются и менее благозвучным словосочетанием – CARP – Computer Aided Rapid Prototyping.

3d-printingКлассической и наиболее точной аддитивной технологией является SLA-технология (от англ. Stereolithography Apparatus), или стереолитография.

В начале 80-х годов американец Чарльз Халл (Charles W. Hull), работая в компании Ultra Violet Products, занимался разработкой и реализацией концепции трехмерной печати.  В 1986 году он получил патент на стереолитографию и основал компанию 3D Systems.

Устройство, которое изобрел Халл, «выращивало» смоделированный на компьютере 3D-объект из жидкой фотополимеризующейся композиции (ФПК), нанося её слой за слоем на подвижную платформу, погружаемую в ванну с ФПК. Толщина каждого отдельного слоя составляла примерно 0,1–0,2 мм.

Чарльз Халл является также изобретателем формата STL, который используется всеми ведущими коммерческими CAD-пакетами при экспорте моделей для быстрого прототипирования.

Читать далее