Программные продукты и системы

Принципы построения. Пакет DISSAN имеет 7 базовых состояний. Это динамическое и статическое состояния, состояния установки, манипуляций с графиком, вычисления статис­тических характеристик, отображения сечений поверхности и установки параметров внешней нагрузки.

В состоянии установки задаются тип иссле­дуемой системы, ряд ее основных параметров и характеристики, связанные с представлением результатов моделирования. При выборе типа исследуемой системы определяется объект ана­лиза: это либо непосредственно функции, отно­сительно которых составлена система уравне­ний, либо распределения перемещений, напря­жений или ускорений по исследуемому участку поверхности. Если предполагается анализ таких распределений, то соответствующие собствен­ные формы должны быть вычислены заранее и записаны в специальный файл, что можно сде­лать, например, методом коррекции, наложени­ем упруго-инерционных связей (КНУИС) [4, 1] или методом конечных элементов.

В динамическом состоянии производится интегрирование системы уравнений (решается задача Коши). В режиме "шаг за шагом" каж­дый шаг интегрирования и его отображение происходят после нажатия соответствующей клавиши. В автоматическом режиме все наобо­рот: процесс интегрирования продолжается до нажатия любой из клавиш. Текущий результат интегрирования динамически отображается на экране в виде фазовых портретов, отображений Пуанкаре или изменяющихся изображений рас­пределений исследуемых величин. В данном со­стоянии возможна установка некоторых пара­метров уравнений и процесса интегрирования, выбор анализируемых точек поверхности, вы­числение и отображение распределений средне-квадратических значений.

В статическом состоянии возможна уста­новка параметров дифференциальных уравнений (в том числе для внешней нагрузки) и процесса интегрирования, а также выбор состояния для анализа поведения конструкции. Переход в ста­тическое состояние вызывает масштабирование текущего графика на экране по максимальным и минимальным значениям. Все другие способы отображения доступны в состоянии манипу­ляций с графиком.

Для численного интегрирования использует­ся модифицированный предиктор-корректор — метод Хемминга. Поскольку указанный метод на рассматриваемом классе задач по совокуп­ности критериев наиболее предпочтителен, то, имея возможность влиять на точность и ско­рость вычислений, изменяя шаг интегрирования в интерактивном режиме, признано нецелесообразным предлагать пользователю другие мето­ды интегрирования.

Исследуемую модель необходимо представ­лять в нормальном виде, то есть как систему обыкновенных дифференциальных сравнений первого порядка, разрешенных относительно производных (ее можно получить, если подхо­дящие производные ввести в качестве новых переменных). Далее эта система кодируется по простым правилам на языке ФОРТРАН-77 в ви­де модуля с заранее оговоренным списком входных и выходных параметров, который от­дельно транслируется и включается в испол­няемый модуль пакета DYSSAN.

Для вычисления внешней нагрузки исполь­зуется процесс авторегрессии, параметры кото­рого могут быть скорректированы с помощью специального меню. При этом на экран выво­дится график спектральной плотности нагрузки с сопутствующей информацией, по которым су­дят о том, насколько результаты коррекции далеки от желаемых.

Пользователь может запоминать текущее состояние процесса моделирования и возоб­новлять работу во время следующих сеансов.

Все полученные на экране графики и изобра­жения могут быть выведены на стандартный принтер.

Интерфейс. Пакет DYSSAN имеет простой и удобный интерфейс, построенный на исполь­зовании хорошо отработанной системы меню. Каждому базовому состоянию соответствует свое меню, постоянно находящееся в нижней части экрана. Из базовых меню доступны так называемые вызываемые меню (с параметрами или без них) (рис. 3 и 4).

Для выбора необходимых при анализе точек графиков и поверхности конструкции, а также для выбора в базовых меню используются стрелка-указатель, перемещаемая по экрану устройством типа "мышь", либо функциональ­ные клавиши.

На экране постоянно находится строка с подсказкой. Кроме того, из каждого базового меню можно выйти в режим help для просмот­ра справочника для пользователя.

Опыт использования. Пакет DYSSAN, как и предшествовавшая ему разработка - пакет ЭЛЕРОН для моделирования на базе ЭВМ се­рии ЕС [2], - создавался и использовался в рамках технологии сопровождающего модели­рования при исследованиях акустического нагружения конструкции самолета [3].

Общая схема этой технологии включает в себя два этапа. Первый этап заключается в выборе расчетной схемы конструкции после анализа соответствующей документации и в формировании модели движения, которая пред­ставляется динамической системой, полученной разложением движения по собственным фор­мам колебаний. Собственные формы и частоты вычисляются методом КНУИС.

На втором этапе проводится вычислитель­ный эксперимент - моделирование динамичес­кого поведения исследуемых конструкций с помощью пакета DYSSAN.

С целью определения степени адекватности модели и реальной конструкции результаты обоих этапов моделирования сравниваются с экспериментальными данными. При недостаточной адекватности корректируется расчетная схема, после чего делается следующая попытка.

По окончании анализа результатов моделирования вырабатываются предложения по планированию дальнейших экспериментов и оценивается степень совершенства конструкции. При необходимости конструкция модифицируется, и для ее нового варианта процесс моделирования повторяется заново.

Мы рассмотрели одно из возможных применений пакета DYSSAN. Он удобен при решении и других задач: как сложных, связанных, например, с исследованиями флаттера, так и более простых - в частности, для обучения студентов некоторым разделам нелинейной динамики.

Список литературы

1. Куравский Л.С. Метод коррекции наложением упругоинерционных связей в задаче о свободных колебаниях тонкостенных авиационных конструкций. В сб. // Вопросы авиационной техники - Жуковский: ЛИИ, 1993- вып. 239.- С.56-72

2. Куравский Л.С. Принципы работы диалоговой системы для моделирования виброакустического нагружения тонкостенных авиационных конструкций // Там же. – С.48-55

3. Куравский Л.С, Арнаутов Е.В. Расчетные оценки параметров колебаний тонкостенных конструкций при акустическом возбуждении // X Юбилейная науч.-техн.конф. по аэроакустике (сент.1992, Суздаль). Москва: ЦАГИ, 1992.- Ч.2.- С.120-123.

4 Kuravsky l.S., Arnautov E.V. On the Approach to Computing Stiffened Structure Natural Modes. - Journal of Sound and Vibration, 1991, v.150, No.1, p.161-166.