Об’єктно-орієнтовані моделі і методи аналізу механічних процесів у системі автоматизації проектування

7. Розроблено загальні правила використання всіх описових і обчислювальних засобів інструментальної системи FORTU-FEM при розв'язанні на комп'ютері різних класів задач мехініки.

8. Ілюстрація можливостей FORTU-FEM викладена в дисертаційній роботі на прикладах розв'язання й дослідження різних прикладних і наукових задач механіки; низка задач, представлених в роботі, має самостійний інтерес як з погляду їх постановки й методу розв'язання, так і з позиції дослідження процесів деформації конструкції.

9. Розглянуто такі основні класи задач:

- розв'язання задач теорії пружності з довільною областю;

- розв'язання контактних задач для пружно-пластичних тіл з довільними областями;

- розв'язання пружно-пластичних задач для тіл з довільною областю;

- розв'язання задач механіки руйнування;

- розв'язання динамічних задач;

- розв'язання диференціальних рівнянь в частинних похідних.

Розв'язки представлено в числовому та графічному вигляді.

У додатках наведено повну об'єктно-орієнтовану модель складного механічного процесу, виконану в нотації UML, деякі допоміжні результати, що стосуються розробки САПР FORTU-FEM, а також акти впровадження дисертаційної роботи.

Список опублікованих робіт за темою дисертації

1. Гоменюк С.И. Объектно-ориентированные модели и методы анализа механических процессов. - Никополь: Никопольская коммунальная типография, 2004. - 316 с.

2. Метод конечных элементов: теория, алгоритмы, реализация / Толок В.А., Киричевский В.В., Гоменюк С.И., Гребенюк С.Н, Бувайло Д.П. - К.: Наук. думка, 2003. - 316 с.

3. Басова А.В., Гоменюк С.І., Толок В.О. Застосування методу крайових та скінчених елементів для чисельного аналізу задачі про тріщину // Вісник Донецького університету. Сер. А: Природничі науки. - 2003. - Вип. 2. - С. 125-128.

4. Бувайло Д.П., Гоменюк С.І. Деякі методи розв'язання СЛАР великого порядку, виникаючих при розв'язанні задач теорії пружності методом скінчених елементів // Вісник Запорізького державного університету. - 2000. - № 2. - С. 19-23.

5. Бувайло Д.П., Гоменюк С.І., Толок В.О. FORTU - мова опису схем розв'язання задач математичної фізики // Вісник Запорізького державного університету. - 2000. - № 1. - С. 19-25.

6. Гоменюк С.І., Толок В.О. Порівнювальний аналіз алгоритмів розв'язання контактних задач механіки твердого тіла, що деформується // Вісник Запорізького державного університету. - 1998. - № 1. - С. 17-20.

7. Гоменюк С.И. Анализ контактного взаимодействия компрессионного кольца и многослойного дискретного основания // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2004. - № 1. - С. 56-60.

8. Гоменюк С.И. Вычислительный комплекс для автоматизации проектирования сложных инженерных конструкций и сооружений // Вісник Херсонського державного технічного університету. - 2004. - № 1(19). - С. 339-342.

9. Гоменюк С.И. Принципы визуализации результатов расчета трехмерных задач механики деформируемого твердого тела в инструментальной системе FORTU // Вісник Херсонського державного технічного університету. - 2003. - № 3. - С. 102-105.

10. Гоменюк С.И. Расчет конструкций из композитных материалов с использованием инструментальной системы FORTU // Вісник Запорізького державного університету. - 2002. - № 3. - С. 33-39.

11. Гоменюк С.И. Универсальная система автоматизации проектирования инженерных конструкций и сооружений FORTU-FEM // Технологические системы. - 2004. - № 3. - С. 92-95.

12. Гоменюк С.И., Бровченко Э.Ю., Морозов Д.Н. Объектно-ориентированная модель геометрической области в препроцессоре инструментальной системы FORTU // Вісник Запорізького державного університету. - 2003. - № 1. - С. 26-32.

13. Гоменюк С.И., Морозов Д.Н., Толок В.А. Визуальный анализ результатов численного решения задач механики // Вісник Запорізького державного університету. - 2001. - № 1. - С. 18-21.

14. Гоменюк С.И., Морозов Д.Н., Толок В.А. Опыт применения инструментальных систем для численного анализа задач механики // Вісник Запорізького державного університету. - 2001. - № 2. - С. 42-46.

15. Гоменюк С.И., Толок В.А. Алгоритмизация решения упруго-пластических задач в системе FORTU // Вісник Запорізького державного університету. - 2002. - № 2. - С. 41-46.

16. Гоменюк С.И., Толок В.А., Киричевский В.В., Гребенюк С.Н., Бувайло Д.П. Схема компактного хранения матриц коэффициентов систем линейных алгебраических уравнений в задачах механики сплошной среды // Вісник східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. - 2004. - № 5(75). - С. 30-35.

17. Гоменюк С.І., Морозов Д.М., Толок О.В. Геометричне моделювання тривимірних об'єктів у САПР FORTU-FEM // Сб. науч. трудов Киевского национального университета технологий и дизайна. Спецвыпуск - 2004. - С. 259-264.

18. Киричевський В.В., Гребенюк С.М., Гоменюк С.І. Напружено-деформований стан циліндричного амортизатора в умовах контактної взаємодії // Системні технології. - 2004. - № 3 (32). - C. 92-97.

19. Киричевський В.В., Толок В.О., Гоменюк C.І., Гребенюк С.М. Термопружне деформування композитної пластини // Системні технології. - 2003 - № 4(27). - С. 109-113.

20. Гребенюк С.Н., Киричевский В.В., Гоменюк С.И. Вязкоупругое деформирование конструкций из композиционного материала // Вісник східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. - 2003. - № 12 (70). - С. 226-231.

21. Толок А.В. Гоменюк С.И. Моделирование образной оценки градиента на рельефе поверхности // Искусственный интеллект. - 2004. - № 1. - С. 113-119.

22. Толок В.О., Киричевский В.В., Гоменюк C.И., Гребенюк С.Н. Решение сверхбольших систем линейных алгебраических уравнений в рамках вычислительного комплекса FORTU // Вісник східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. - 2004. - № 5(75). - С. 158-162.

23. Гоменюк С.И., Толок В.А., Киричевский В.В., Гребенюк С.Н. Компактная схема решения сверхбольших систем линейных алгебраических уравнений в задачах механики // Складні системи і процеси. - 2003. - № 1. - С. 15-20.

24. Gomenyuk S.I., Tolok A.V., Tolok V.A. Application of tool system FORTU for numerical research of durability of constructions // Матеріали Всесвітнього конгресу „Авіація XXI століття”. - 2003. - С. 4.31-4.33.

25. Gomenyuk S.I., Tolok A.V., Tolok V.A. The instrumental system of the analysis of problems of mechanics, FORTU // Shell Structures. Theory and Applications. SSTA. The 7^th Conference. - 2002. - P. 89-90.

26. Gomenyuk S.I., Tolok A.V., Tolok V.A. Principles of a building of the instrumental system of the mechanics problems analysis “FORTU-RANOK” // 20^th CAD-FEM users' meeting 2002. International congress on FEM technology. Conference proceedings. - V. 2 of 3. - 2002. - P. 216.4.1-216.4.10.

27. Гоменюк С.И., Толок А.В., Толок В.А. Язык описания схем решения задач теории упругости и пластичности // Труды междунар. конф. “Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации, бизнесе и охране природных ресурсов”. - 1999.- С. 43-46.

28. Гоменюк С.И., Морозов Д.Н., Толок В.А. Об одном способе визуализации результатов решения задач механики методом конечных элементов // Труды междунар. конф. “Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации, бизнесе”. - 2001. - С. 22-23.

29. Гоменюк С.И. Толок А.В., Толок В.А. Автоматизация численного расчета задач механики методом конечных элементов // Труды междунар. конф. “Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации, бизнесе и охране природных ресурсов”. - 2000. - С. 34-35.

30. Гоменюк С.И. Морозов Д.Н., Толок В.А. Модифицированный алгоритм Z-буфера для визуализации результатов численного анализа задач механики методом конечных элементов // Труды междунар. конф. “Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации, бизнесе и охране природных ресурсов”. - 2002. - С. 33-34.

31. Гоменюк С.И., Толок В.А. Анализ трехмерных контактных задач теории упругости при помощи инструментальной системы FORTU // Труды междунар. конф. “Новые информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе”. Часть 1. - 1998. - С. 165-166.

32. Гоменюк С.И., Толок А.В., Толок В.А. Принципы построения инструментальных систем решения задач механики на примере “FORTU-RANOK” // Материалы XXX юбилейной междунар. конф. и I междунар. конф. молодых ученых “Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе - IT + SE`2003”. - 2003. - С. 28-32.

33. Гоменюк С.И. Применение инструментальной системы FORTU для исследования задач механики композитов // International conference “Dynamical system modeling and stability investigation”. - 2003. - С. 295.

Анотація

Гоменюк С.І. Об'єктно-орієнтовані моделі й методи аналізу механічних процесів у системі автоматизації проектування. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.12 - системи автоматизації проектувальних робіт. - Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2004.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню проблеми побудови універсальних систем автоматизації проектування складних інженерних конструкцій і споруд. Пропонується новий підхід до організації САПР у машинобудуванні та будівництві, що полягає в розробці об'єктно-орієнтованої моделі складної механічної системи, яка є довільною сукупністю взаємодіючих між собою механічних об'єктів і зв'язків між ними. Для формалізації розробленої об'єктної моделі пропонується проблемно-орієнтована мова FORTU-3, що дозволяє в рамках єдиного варіаційного формалізму описувати геометричну й математичну модель складного механічного процесу та обчислювальну схему його розрахунку.

Розроблено універсальну САПР FORTU-FEM на базі МСЕ, що складається із трьох програмних підсистем: препроцесора, процесора й постпроцесора. Наведено приклади аналізу складних механічних процесів за допомогою FORTU-FEM.

Достовірність отриманих результатів підтверджується теоретичними й експериментальними дослідженнями та результатами впроваджень.

Ключові слова: об'єктна модель механічної системи, проблемно-орієнтована мова, метод скінченних елементів, препроцесор, процесор, постпроцесор.

Аннотация

Гоменюк С.И. Объектно-ориентированные модели и методы анализа механических процессов в системе автоматизации проектирования. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.13.12 - системы автоматизации проектных работ. - Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2004.

Диссертационная работа посвящена решению актуальной проблемы создания универсальных систем автоматизации проектирования сложных инженерных конструкций и сооружений. Анализ программной архитектуры современных САПР в машиностроении и строительстве позволяет разделить их на две большие группы: 1) универсальные программные комплексы, предназначенные для автоматизации решения широких классов задач общего вида (ЛИРА-WINDOWS, ANSYS, COSMOS и др.); 2) специализированные программные комплексы, ориентированные на расчет конструкций специального типа (МІРЕЛА, МОРЕ, SESAM-69).

Универсальные системы позволяют автоматизировать процесс проектирования большого количества типов объектов. Однако, такие САПР, как правило, являются громоздкими и сложными в эксплуатации. Кроме того, в процессе их разработки в угоду универсальности обычно приходится жертвовать точностью расчетов.

Специализированные САПР, обычно обладают такими важными преимуществами как гибкость, эффективность, а также удобство и простота в эксплуатации. Кроме того, при их разработке, обычно удается добиться более высокой точности результатов расчетов за счет применения эффективных вычислительных схем, ориентированных на конкретные классы задач или методов. Главным недостатком таких программных комплексов является невозможность их применения для решения тех типов задач, которые не были предусмотрены их разработчиками.

На основании анализа существующих САПР было показано, что существующие универсальные системы автоматизации имеют блочно-модульную структуру, каждый из которых отвечает за определенный вид расчета. Такой подход делает САПР громоздкими и сложными в эксплуатации. Кроме того, их программная модификация сопряжена со значительными временными и накладными расходами. Для преодоления этих проблем предлагается инструментальный подход к организации САПР, заключающийся в разработке проблемно-ориентированных языков, позволяющих в рамках единого формализма описывать математическую модель сложных механических процессов и вычислительную схему их расчета.

Для описания сложного механического процесса предложена объектно-ориентированная модель механической системы, представляющая собой произвольную совокупность взаимодействующих между собой механических объектов и связей между ними. Для формализации такой модели предлагается разработанный проблемно-ориентированный язык FORTU-3, позволяющий описывать топологические модели плоских и пространственных геометрических областей произвольной формы; математические модели рассчитываемых механических объектов, базирующиеся на задании энергетических функционалов и правил вывода из них разрешающих соотношений механики, а также краевые условия задачи. В FORTU-3 предусмотрена возможность описания обмена данными между рассчитываемыми объектами и задания управляющих параметров расчета задачи. Возможности языка позволяют единым универсальным образом описывать постановки статических и динамических задач теории упругости и пластичности; задач механики композитов и механики разрушения; контактных задач и т.п.

Для использования языка FORTU-3 предложена и программно реализована инструментальная система автоматизации проектных робот FORTU-FEM, базирующаяся на методе конечных элементов и состоящая из трех программных подсистем: препроцессора, процессора и постпроцессора. В работе приведены их объектные модели и эффективные алгоритмы, реализованные в данных подсистемах.

Приведены практические рекомендации по использованию языка FORTU-3 и системы FORTU-FEM. Приведено большое количество примеров анализа различных механических процессов.

Достоверность полученных результатов подтверждается теоретическими и экспериментальными исследованиями, а также результатами внедрений.

Достоверность результатов подтверждается теоретическими и экспериментальными исследованиями, а также результатами внедрений.

Ключевые слова: объектная модель механической системы, проблемно-ориентированный язык, метод конечных элементов, препроцессор, процессор, постпроцессор.

Abstract

Gomenyuk S.I. “The Object-oriented models and methods of the analysis of the mechanical processes in system of the automations design”. - Manuscript.

A thesis for a doctor of technical sciences degree on specialty 05.13.12 - systems of automation of design works. - Kharkov National University of Radioelectronics, Kharkov, 2004.

The dissertation is devoted to the solution of the problem of creating universal systems of automation designing for complex engineering constructions and structures. It suggests a new approach for organizing CAD in machine-building and construction, which lies in developing a new object-oriented model of a complex mechanical system, represented in a free combination of incorporated mechanical objects and ties between them. To formalize the developed model the author suggests a problem-oriented language FORTU-3, allowing description of geometrical and mathematical model of a complex mechanical process as well as computing scheme calculation within the framework of single variational formalism.

There has been developed a universal CAD FORTU-FEM on the basis of FEM, comprising three application subsystems: pre-processor, processor and post-processor. There are suggested a number of samples of complex mechanical processes analysis with the help of FORTU-FEM.

The validity of obtained results is proved by theoretical and experimental research together with implementation results.

Keywords: object model of the mechanical system, problem-oriented language, method of finite elements, preprocessor, processor, postprocessor.

Размещено на Allbest.ru