Оценки безопасных условий ледового плавания судов с применением cae -систем

2.3.Процессинг Первый этап процессинга в системе LS-DYNA связан с отладкой KEYWORD-файла. Для этого KEYWORD-файл запускается на выполнение. Выполнение начинается с процесса его трансляции и выявления синтаксических, процедурных и логических ошибок, возникающих вследствие сбоев при генерации конечноэлементной сетки, несанкционированного использования KEYWORD-карт, неправильного задания опций, переменных и пр. Процессор сообщает о двух первых видах ошибок. Сообщения с приоритетом FATAL прекращают работу процессора с указанием характера ошибок и карт в KEYWORD-файле, порождающих их. При уведомлениях с приоритетом WARNING расчёт продолжается. При этом некоторые ошибки устраняются процессором автоматически, а о характере других выдаётся сообщение. Значимость ошибок такого уровня определяется пользователем. Логические ошибки пользователя относятся к числу изначально сокрытых. Проявляются они только в процессе анализа хода решения проблемы. При ресурсоёмких задачах выявление подобных ошибок порождает значительные дополнительные временные затраты на реализацию модели, поэтому после генерации KEYWORD-файла желателен его предварительный анализ с целью обнаружения потенциальных логических сбоев. Основные KEYWORD-карты, используемые при программировании ледового и гидродинамического воздействия в рамках настоящей работы, приведены в табл. 4. Таблица 4 Основные KEYWORD-карты, используемые для описания ледового и гидродинамического воздействия KEYWORD-карта Назначение *KEYWORD Первая карта KEYWORD-файла. Указывает на то, что последующее содержимое файла является набором KEYWORD-карт, оформленных в соответствии с синтаксисом, принятом в LS-DYNA *BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION Задаёт требуемый закон движения ЧАСТИ *BOUNDARY_SPC_SET Задаёт граничные условия для узлов *CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID Определяет параметры гидродинамического контакта *CONTACT_{OPTION} Набор карт, определяющих параметры твёрдотельного контакта *CONTROL_ALE Устанавливает параметры контроля элементов в Эйлеровой и произвольной Лагранжево-Эйлеровой формулировках *CONTROL_CONTACT Устанавливает параметры контроля контактных алгоритмов *CONTROL_PARALLEL Задаёт количество параллельно работающих процессоров (ядер) *CONTROL_TERMINATION Ставит условия завершения задачи *CONTROL_TIMESTEP Контролирует опции, связанные с временным шагом интегрирования *DATABASE_{OPTION} Набор карт, устанавливающих объём и содержание информации, выводимой в ASCII-файлы для последующего графического анализа в постпроцессоре *DATABASE_BINARY_{OPTION} Набор карт, устанавливающих объём и содержание информации, выводимой в двоичные файлы для последующего анализа в постпроцессоре *DEFINE_COORDINATE_NODES Устанавливает локальную координатную систему *DEFINE_CURVE Устанавливает табличную связь двух переменных *ELEMENT_SHELL Набор карт, устанавливающих конечноэлементное разбиение оболочечного вида *ELEMENT_SOLID Набор карт, устанавливающих конечноэлементное разбиение объёмного вида *EOS_GRUNEISEN Описывает уравнение состояния воды *HOURGLASS Задаёт вязкость воды *INCLUDE Подключает для обработки внешний файл, оформленный в соответствии с синтаксисом, принятом в LS-DYNA *INITIAL_VELOCITY_{OPTION} Варианты установки начальной скорости движения *LOAD_BODY_Z Устанавливает гравитацию *LOAD_MOTION_NODE Набор карт, устанавливающих взаимосвязь узловых нагрузок и параметров движения (перемещения) узлов *MAT_{OPTION} Набор карт, задающих модели материалов и их характеристики *NODE Набор карт, содержащих координаты и ограничения узлов модели *PART Устанавливает параметры структурной единицы модели *RIGIDWALL_GEOMETRIC_FLAT Определяет параметры контакта с недеформируемой поверхностью. Применительно к ледовым задачам используется как граничное условие для льдов *SECTION_SHELL Устанавливает свойства элементов оболочечного типа *SECTION_SOLID Устанавливает свойства элементов объёмного типа *SET_NODE_{OPTION} Делает выборку узлов *SET_PART_{OPTION} Делает выборку ЧАСТЕЙ *TITLE Даёт имя задаче, отображаемое в постпроцессоре *END Последняя карта KEYWORD-файла. Указывает на то, что достигнут конец набора KEYWORD-карт, оформленных в соответствии с синтаксисом, принятом в LS-DYNA $ Строка комментария Основным этапом процессинга после отладки KEYWORD-файла является непосредственно расчёт. Его текущее состояние контролируется в окне процессора (Рис. 27). Рис. 27. Окно процессора системы LS-DYNA Корректное завершение решения задачи сопровождается в окне процессора краткой статистической справкой о проделанных вычислениях и затратах времени на них. 2.4.Постпроцессинг Возможности постпроцессорной обработки данных и, в частности, визуализация результатов моделирования являются принципиально значимыми элементами CAE-систем, так как определяют степень детализации анализа. Интерфейс постпроцессора LS-DYNA проиллюстрирован рис. 28. Рис. 28. Интерфейс постпроцессора в LS-DYNA с примером модели Постпроцессор LS-DYNA располагает обильным набором средств анализа модели. Эти средства имеют несколько сотен опций, объединённых в многоуровневое меню. В настоящем параграфе нет необходимости подробного освещения всех опций, так как результаты, показанные в последующих главах настоящей работы, наглядно иллюстрируют богатый инструментарий постпроцессора. Ниже перечислены только основные меню, использованные автором в рамках данного исследования (Табл. 5). Таблица 5 Основные меню постпроцессора LS-DYNA, используемые для анализа ледовых моделей Название меню Назначение Fcomp Анализ напряжённо-деформированного состояния тел в градиентных полях различных параметров SPlane, Blank Анализ сечений, разрезов, выборок элементов, проекций Trace Анализ узловых следов Measur Инструменты для производства линейных, объёмных, массовых, угловых измерений Vector Отображение движения узлов в векторном виде Find, Ident Поиск и опознавание узлов и элементов модели Zin Масштабирование, детализация SelPar Выбор для анализа нужной структурной единицы модели (ЧАСТИ) History Выбор для графического анализа узлов, элементов, ЧАСТЕЙ модели. ASCII Графический анализ содержания различных баз данных Особо следует отметить в составе постпроцессора хорошо разработанный графический анализатор (Рис. 29). Он осуществляет графическую визуализацию расчётных данных и их обработку – дифференцирование, интегрирование, сложение, вычитание, математические преобразования, инвертирование, сглаживание и сохранение данных в различных форматах. Рис. 29. Интерфейс графического анализатора постпроцессора в LS-DYNA с примером модели В постпроцессоре также предусмотрена возможность записи анимационных файлов в форматах GIF, AVI, PPM. Один кадр записи здесь соответствует одному сохранённому расчётному моменту времени. Частота сохранения расчётной модели задаётся при её формировании (в препроцессоре), а сама модель в процессе расчётов записывается в серию двоичных файлов (задаётся набором KEYWORD-карт *DATABASE_BINARY_{OPTION}, табл. 4). 3.Моделирование ледовых воздействий с применением CAE-систем 3.1.Основные сведения о свойствах льда Хотя лёд относится к числу наиболее распространённых природных материалов, свойства его изучены далеко не достаточно. Это объясняется большим разнообразием его структуры, состава, физико-механического состояния. Основная особенность льда как материала заключается в том, что в естественных условиях он находится в сравнительно высокотемпературном состоянии (отношение текущей абсолютной температуры к температуре плавления более 0,8 [85]) и процессы его деформирования часто сопровождаются фазовыми переходами. В результате при деформировании лёд может проявлять свойства линейной и нелинейной упругости, запаздывающей упругости, вязкоупругости, ползучести, пластичности. При этом имеются методические различия и технические трудности в проведении экспериментов по определению его физико-механических свойств. Всё это затрудняет построение определяющих соотношений, описывающих деформирование льда, и нередко служит источником противоречивых результатов. Из многочисленных состояний природного льда в соответствии с тематикой настоящего исследования интерес представляет лёд пресноводных и слабосолёных акваторий. По структуре он является поликристаллической средой с вертикальным расположением кристаллов [7,49,88]. По поверхностям раздела отдельных кристаллов располагаются прослойки посторонних примесей (соли, пузырьки воздуха, твёрдые органические и неорганические вещества), сказывающихся на характеристиках льда. В задачах ледового взаимодействия судна, решаемых с применением традиционных полуэмпирических подходов, лёд описывается упругопластическим изотропным твёрдым материалом. При этом основными расчётными физико-механическими параметрами являются его плотность, прочность на изгиб и сжатие, упругопластические и фрикционные константы [7,11,12,73,78]. В классической литературе доминирует утверждение, что при кратковременных нагрузках лёд деформируется упруго. Последнее позволяет рассматривать ледяной покров как упругую изотропную пластину, лежащую на упругом основании гидравлического типа. Понятие «кратковременная нагрузка», строго говоря, не определено. Так, например, в монографии [51] считается, что если период действия нагрузки не превышает 1 мин., то пластическая деформация не успевает развиться, и лёд работает упруго вплоть до разрушения. А в работе [7] для низкотемпературного льда (ниже минус 10ºC.) этот временной интервал ограничен 10 с. Упругие свойства льда характеризуют четыре константы: модуль Юнга, модуль сдвига, модуль объёмного сжатия и коэффициент Пуассона. Известно, что материалы при температуре, близкой к их точкам плавления, в той или иной мере обладают пластичностью. Натурный лёд, как твёрдое тело, в этом отношении не является исключением. При длительном действии внешних нагрузок он может разрушаться в пластической зоне или его пластичность выражается либо в виде ползучести, либо в виде релаксации. В наборе пластических констант значение имеют предел текучести, модуль упрочнения и деформация разрушения. Трение льда о корпус судна в диапазоне температур, соответствующих естественным условиям, определяется наличием самосмазывания в месте действительного контакта, возникающего в результате плавления льда. Подробно механизм самосмазывания льда при локальном взаимодействии, выделения тепла вследствие перехода работы по преодолению сил трения в тепло рассмотрен в работах [7,65]. Наличие воды на поверхности ледяного покрова не способствует уменьшению сил трения, поскольку улучшение фрикционных характеристик льда обусловлено лишь тонкой жидкой плёнкой, образующейся в зоне контакта. Показано, что в случае трения льда о корпус судна применим закон Кулона. По результатам натурных исследований рекомендованы следующие значения коэффициентов трения льда по стали: статический 0,25 – 0,40; динамический 0,08 – 0,20. Количество примеров с описанием численного моделирования поведения льда при его контактном взаимодействии с другими телами крайне ограничено [8,95,97,102,105]. Приведённые модели настроены на решение конкретных задач и потому не могут претендовать на универсальность, ряд из них носит дискуссионный характер. В рамках данной работы интерес для автора представляют статьи [95,105]. В источнике [95] исследуется высокоскоростное соударение ледяного снаряда с преградой. Лёд здесь моделируется упругопластическим материалом, требующим задания уравнения состояния. В пакете LS-DYNA это соответствует материалу «*MAT_PLASTICITY_COMPRESSION_TENSION_EOS». Однако уравнение состояния льда, рекомендованное авторами явно неприменимо к задачам настоящей работы. Авторские попытки его использования сопровождались выдачей ошибки с приоритетом FATAL. В работе [105] при анализе столкновения судна с айсбергом с помощью CAE-системы LS-DYNA для льда применён материал «*MAT_CRUSHABLE_FOAM». Реологически ему соответствует упругопластическая среда, предел текучести которой зависит от величины объёмной деформации тела. Однако правдоподобность полученного результата ограничена начальной стадией контакта (в пределах нескольких десятых долей секунды) при очевидно больших несоответствиях реальных параметров льда (предел текучести и коэффициент Пуассона) с принятыми в работе [105]. Следует также отметить работу [102], где лёд представлен вязкопластическим материалом Перцина (Perzyna) с условием текучести Надрэ (Nadreau). Но корректное применение данной модели предусматривает знание зависимости предела текучести льда от скорости деформации, что на данном этапе является недостаточно изученной проблемой (особенно для больших скоростей деформации). То же следует отметить и в отношении используемой здесь вязкости льда, данные по величине которой очень разноречивы – 109-1015 Па∙с [7].

Похожие:

	Общие правила плавания и стоянки судов в морских портах Российской Федерации и на подходах к ним Омский институт водного транспорта (филиал) фбоу впо «Новосибирская государственная академия водного транспорта»		Отчет о научно-исследовательской работе Разработка критериев оценки качества очистки внутренних поверхностей трубопроводов систем теплоснабжения жилого фонда г. Красноярска...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Обеспечить усвоение учащимися особенностей экономико-географического положения, природных условий и природных ресурсов района, акцентировать...		Объединение специалистов по охране труда прошлое, настоящее, будущее Президент Межрегиональной Ассоциации содействия обеспечению безопасных условий труда «эталон»
	Рабочая программа по дисциплине «Элементы систем автоматики судов» Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Задачи автоматизированного проектирования 4 развитие cad/cam/cae-систем 10 Остальные, так называемые косвен­ные проектные работы, занимающие примерно одну треть общего времени на конструирование, могут быть...
	Положение о режиме работы гоу сош №1173 Положение разработано для регламентирования безопасных условий воспитательно-образовательного процесса и четкой организации труда...		О назначении ответственных лиц за организацию безопасной работы В целях обеспечения здоровых и безопасных условий труда и проведения учебно – воспитательного процесса, во исполнение ст ст. 212,...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Распределение обязанностей в работе по созданию безопасных условий труда и предупреждению детского травматизма между членами администрации...		1 История развития спортивного плавания Построить график рекордов... Кафедра теории и методики спортивного и синхронного плавания, аквааэробики, прыжков в воду и водного поло
	1 История развития спортивного плавания Построить график рекордов... Кафедра теории и методики спортивного и синхронного плавания, аквааэробики, прыжков в воду и водного поло		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель урока: Добиться усвоения учащимися условий плавания тел на основе изученного понятия об архимедовой силе
	Задачами контрольно-пропускного режима в образовательном учреждении... Оу и создание безопасных условий для обучающихся и работников оу и других лиц, находящихся в здании и на территории оу		Процедуры контроля судов государством порта Ссылаясь на статью 15 (j) Конвенции о Международной морской организации, касающуюся функций Ассамблеи в отношении правил и руководств,...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... В связи с установлением электронного прибора учета посещения обучающихся и работников школы, а также в целях создания безопасных...		Город окружного значения нижневартовск В целях эффективной организации образовательного процесса, обеспечения безопасных условий для жизнедеятельности школы, в соответствии...