15. fejezet - Korszerű végeselelem rendszerek áttekintése

Az alábbiakban szeretnénk összefoglalni azokat a fontosabb VEM rendszereket, amelyeket jelenleg el lehet érni akár szabad szoftverként, akár kereskedelmi forgalomban.

Egy VEM rendszer kiválasztásánál elsősorban azt kell mérlegelnünk, hogy mire szeretnénk használni. 3 dimenziós modelleket szeretnénk vele szimulálni, vagy elég a 2 dimenzió használata? Egyszerűbb szilárdságtani méretezéseket készítenénk, vagy folyadék, esetleg gáz szimulációra is használnánk?

A forgalomban lévő VEM rendszerek közül mi az AnSYS Workbench rendszeren mutattuk be az egyes szimulációs példákat. Ennek ellenére javasoljuk, hogy az előbbi kérdéseket válaszolja meg a választás előtt, hiszen ha egy szimulációs feladat komplexitása meglehetősen egyszerű, akkor nem érdemes egy robosztus, „mindentudó” rendszer alkalmazni, még akkor sem. Ekkor a leginkább mérlegelendő egy szabadon letölthető VEM rendszer alkalmazása a cél érdekében.

Az ANSYS Inc által forgalmazott program egy széleskörűen alkalmazott végeselem szoftver, amely egyre bővülő modulpalettájával lefedi a mérnöki gyakorlatban alkalmazott analízisek szinte teljes tartományát. Különféle statikai és tranziens, lineáris és nemlineáris, mechanikai, hőtani, elektromágneses, áramlástani, explicit dinamikai stb. vizsgálatok mellett, ezek bizonyos kombinációit, az un. csatolt tér analíziseket is kiválóan kezeli.

A program kétféle kezelőfelülettel rendelkezik, az ANSYS Classic jelenti az alapot, amely minden funkció elérést biztosítja, használata komolyabb szimulációkhoz célszerű. Egyszerűbb szimulációkhoz viszont érdemes a sokkalta könnyebben kezelhető Workbenc-et használni. Ez utóbbi előnye a könnyen kezelhető és átlátható kezelőfelület, ami sok automatizmussal segíti a felhasználót. Viszont ennek hátránya, hogy némely funkció közvetlenül nem érhető el benne. Ennek ellenére, mára teljes értékű végeselem programmá nőtte ki magát a Workbench is.

A Dassault Systemes által fejlesztett végeselem rendszer, hatékony és komplett megoldást jelent az ipari feladatok széles spektrumához. Főként az autó és repülőgép iparban alkalmazzák előszeretettel, ahol egy közös modell és az integrált megoldó segítségével szinte a teljes járműterhelés analízisét képesek lefedni, (mint pl. a dinamikus rezgések, nemlineáris statikai, többtest rendszerek, üztközésvizsgálat, a mechanikaival csatolt termikus és akusztikus analízisek). Implicit és explicit mechanikai, áramlástani és elektromágneses megoldóval rendelkezik.

Eredetileg a NASA-nak (NASA STRucture ANalysis) az MSC által fejlesztett végeselem szoftver, mely forráskódja számos szoftverben integrálva lett. Mára a NASTRAN kódja széleskörűen alkalmazott a repülőgép, autó és a tengerészeti iparágakban. Különböző forgalomban lévő verziói: MSC Software (eredeti), MSC Nastran, NX Nastran, NEi Nastran. A program FORTRAN-ban íródott, és számos architektúrán és operációs rendszeren működik. Számos lineáris és nemlineáris szerkezeti probléma megoldására létezik modulja, melyeket egy köztes modul a Direct Matrix Abstraction Program (DMAP) vezérel.

Az MSC Software által forgalmazott általános célú végeselem program, mely fejelett nemlináris megoldóval rendelkezik. Statikus és dinamikus jellegű, különféle fizikai terhelések szimulációjára alkalmas. Sokoldalúsága az anyagi nemlinearitás, tönkremeneteli hatások, adaptív újrahálózás, kontakt feladatok és tranziens környezeti hatások kezelésében, komplex problémák megoldására teszik alkalmassá. Az MSC által forgalmazott további szoftverek: MSC Nastran (szerkezeti), Actran (akusztikai), MSC Fatigue (kifáradás), Adams (többtest dinamika), SimXpert (multidiszciplináris), stb.

Az ADINA név az Automatikus Dinamikus Inkrementális Nemlináris Analízist jelzi. Szerkezeti, hőtani áramlástani, elektromágneses és csatolt termo-mechanikai problémák megoldására alkalmas.

Az LS-DYNA egy kombinált implicit/explicit megoldó, mely erősen nemlineáris csatolt fizikai problémák megoldására alkalmas.

A SolidWorks CAD rendszer tartalmaz egy végeselem szimulációs rendszert, mely többek között lineáris és nemlineáris szerkezeti, dinamikai, kifáradás, mozgás, termikus, rezgés, áramlástani analízisre alkalmas. Nagy előnye, hogy (mivel nem kell környezetet váltani és konvertálni a modellt) rendkívül gördülékenyen lehet benne szimulálni és azonnal optimalizálni a modellt. A modell konverziós hiba valószínűsége csekély.

A Solid Edge CAE rendszer 2009-től rendelkezik beépülő végeselem modullal, amely a Siements PLM Femap és NX Nastran technológiáján alapul.

Az Autodesk Inventor CAE rendszer saját végeselem modullal rendelkezik, amelyben lehetőség van mozgás és feszültség szimulációkra. Lehetőség van továbbá parametrikus optimalizációra, rezgés szimulációra és szerkezeti analízisre is.

A teljesség igénye nélkül, az alábbiakban felsorolásszerűen bemutatunk néhány kereskedelmi és ingyenes végeselem szoftvert.

Advance Design BIM – Végeselem strukturális analízisre, GRAITEC által fejlesztve.

Altair HyperWorks – Termékek költséghatékonyságának javítása.

ANSA – Haladó szintű CAE pre-processzor szoftver teljes modellépítésre.

COMSOL Multiphysics – Korábban Femlab-nak nevezték.

Creo Elements / Pro Mechanica – A Parametric Technology Corporation által fejlesztett, MCAD-be beépülő rendszer.

Diffpack – Végeselem rendszer parciális differenciálegyenletekkel.

Diana – Többcélú végeselem rendszer háromdimenziós és nemlineáris alkalmazásokkal.

Falcon2.0 – Pehelysúlyú FEM post-processzor.

FEFLOW – Talajvízáramlás szimuláció, tömegáramlás szimuláció és hőáramlás szimuláció porózus anyagon keresztül.

Femap – Siemens PLM pre- post-processzor Windows rendszerre.

FEM – A svéd StruSoft cég fejlesztése, szerkezeti tervezésre.

FEMtools – Eszköztár statikai és dinamikai szimulációra, szerkezeti optimalizációval.

FENSAP-ICE – Légi járművek jegesedésének szimulációja.

Flux – Elektromágneses és hőtani szimulációk.

HydroGeoSphere – Hidrológiai, hő és folyadékáramlás szimuláció.

HyperSizer – Kompozitok szimulációja.

Infolytica MagNet – Elektromágneses, elektromos és hőtani szimulációk.

JMAG – Akusztikus szimulációk.

LINKpipe – Csővezetékek nemlineáris szinmulációja.

LUSAS – UK szoftver.

MADYMO – Közlekedésbiztonsági szimulációk.

NEi Fusion, NEi Software – 3 dimenziós modellező és Nastran FEM

NEi Nastran, NEi Software – Általános célú végeselem rendszer.

NEi Works, NEi Software – Beépülő modul SolidWorks-ben.

NISA – Indiai szoftver.

PAK – Lineáris és nem lineáris szerkezeti szimulációk, folyadék és hőtani szimulációk, mechanikai törések és biomechanikai alkalmazások.

Plaxis – Geotechnikai szimulációk, feszültségekre, deformációkra, talajvízáramlásra és dinamikára.

PZFlex – Piezoelektromos szimulációk.

Quickfield – Fizikai szimulációs szoftver.

Radioss – Lineáris és nemlineáris az Altair Engineering-től.

Range Software – Multifizikai szimulációs szoftver.

SAMCEF – Belga fejlesztésű CAE rendszer.

SAP2000 – Amerikai szoftver.

STRAND7 – Ausztrál fejlesztés.

StressCheck – Igénybevett alkatrészek pontosságának szimulációjára.

Vector Fields Concerto – Mikrohullámú és elektromágneses szimulációk.

Vector Fields Opera – Elektromágneses és multifizikai végeselem rendszer.

Vflo – Hidrológiai szimulációk.

Zébulon – Francia szoftver.

ALBERTA - Adaptív hierarchiájú végeselem eszköztár.

CalculiX - A megoldó egység részlegesen kompatibilis az ABAQUS formátummal. Számos kimeneti kompatibilitással rendelkezik VEM és CFD rendszerekhez.

Code Aster -Python és Fortran alapon írt, francia nyelvű rendszer.

Deal II – Végeselem differenciálegyenlet eszköztár.

DUNE – Egy C++-ban fejlesztett elosztott és egyesített numerikus környezet.

Elmer FEM solver – c, c++ és Fortran nyelven, a Finn Oktatási Minisztérium megbízására fejlesztett multifizikai szimulációs lehetőséggel rendelkező szoftver.

FEAPpv – Általános célú végeselem rendszer.

FEBio – Végeselem rendszer biomechanikai szimulációkhoz.

FEMM – Egy Windows környezetben futó, végeselem rendszer, 2 dimenziós és tengelyszimmetrikus mágneses, elektrosztatikus, hőtani és áramköri szimulációkhoz.

FEMPACK – Végeselem rutinok.

FEniCS – Általános célú végeselem rendszer amerikai és európai kutatók által fejlesztve.

FETK – Adaptív végeselem eljárások függvénykönyvtárai nemlineáris, parciális differenciálegyenlet megoldásokkal.

FRANC2D and FRANC3D – Két- és háromdimenziós végeselem rendszer görbe vonalú törés szimulációra, tengelyszimmetrikus, sík feszültségek és deformációk mellett.

Freefem++ – Általános célú végeselem rendszer.

GetFEM++ – Általános célú végeselem függvénykönyvtár.

Hermes Project – C és C++ nyelven fejlesztett függvénykönyvtár hely és hely-idő tartományban.

Impact – JAVA-ban fejlesztett, dinamikus végeselem programcsomag, főleg törés szimulációkra.

libMesh – Keretrendszer parciális differenciálegyenletek numerikus szimulációjára.

OFELI – C++ nyelven írt, többcélú végeselem rendszer.

OOF – Végeselem rendszer anyagtudományi szimulációkhoz.

OOFEM – C++ nyelven írt, objektumorientált megoldó.

OpenFOAM – Mező operáció és manipuláció.

OpenSees – Földrengés szimulációhoz.

ParaFEM – Hordozható függvénykönyvtár, párhuzamos végeselem analízissel.

WARP3D – Statikai és dinamikai, nemlineáris analízis, törés szimulációra.

Z88 – Általános célú végeselem rendszer.