Тестовые испытания программных продуктовПолучение сертификатов соответствия
Нет необходимости говорить о важности того, что разработанное программное обеспечение должно правильно выполнять все необходимые вычисления. Это в равной степени относится как к инженерным расчетам, так и к расчетам на прочность. В связи с этим НТЦ АПМ последовательно выполняет большой объем работ, связанных с вопросами тестирования своих программных продуктов на предмет их корректной работы. Разработанная центром CAD/CAE-система APM WinMachine включает большое количество программ инженерного и прочностного анализа. Понятно, что решение любой прикладной инженерной задачи начинается с создания моделей: геометрической, модели нагружения и модели закрепления. Принципы создания моделей и методы их расчета подробно описаны в книге В.В. Шелофаста «Основы проектирования машин». Там же приведены основные формулы расчета типовых узлов и деталей машин, механизмов и конструкций. Большой объем справочной теоретической информации имеется также и в инструкции пользователя системы APM WinMachine, которая поставляется вместе с программным обеспечением. В тех случаях, когда методы расчета оговорены российскими стандартами, используются именно они. Поэтому в отношении программных продуктов, выпускаемых фирмой НТЦ АПМ, можно говорить, что методы, примененные в процессорной части программы, прозрачны для пользователя. Другим важным вопросом, как уже отмечалось, является корректность получаемых результатов. Проверка корректности осуществляется несколькими способами:
Рассмотрим подробнее каждый из этих способов. Сравнение результатов, полученных с помощью APM WinMachine, с результатами вычислений посредством MathcadЭтот способ применяется для тестирования тех прикладных инженерных программ, для которых однозначно определен порядок расчета. В этом случае средствами Mathcad выполняются альтернативные вычисления и их результаты сравниваются с расчетами, произведенными в среде APM WinMachine. Таким образом, расчетная часть каждой программы может быть наглядно представлена решением, полученным как с помощью Mathcad, так и в системе APM WinMachine. Анализ результатов параллельных вычислений дает возможность ознакомиться с методикой расчета и порядком его выполнения. Следует отметить, что всякий раз, когда у пользователя возникает сомнение по поводу корректности полученных системой APM WinMachine (или ее отдельными модулями) решений, мы по запросу пользователя высылаем по электронной почте результаты сравнительных тестов. Такая практика исключает возможные ошибки в расчетах и убеждает пользователей в надежности разрабатываемого НТЦ АПМ программного обеспечения. Со страниц журнала «САПР и графика» хотим обратиться к нашим постоянным и потенциальным пользователям с предложением активно использовать те возможности, которые предоставляет наша компания в вопросах поставки тестовых примеров по всем без исключения разделам разработанного программного обеспечения. Для того чтобы реализовать это на практике, зарегистрированному пользователю (или потенциальному пользователю, у которого система APM WinMachine находится во временной эксплуатации) необходимо по электронной почте отправить в НТЦ АПМ расчетные файлы, которые вызывают сомнения. Наши специалисты внимательным образом проанализируют проблему и вышлют результаты соответствующих тестовых расчетов. Отметим, что все без исключения программные продукты, предназначенные для выполнения инженерных расчетов, имеют полный набор программ, реализованных в среде Mathcad, которые обеспечивают тестовое обслуживание всего комплекса аналитических инженерных расчетов.
Сравнение результатов, полученных с помощью APM WinMachine, с известными результатами аналитических вычисленийДля реализации программы тестирования в НТЦ АПМ широко используются результаты аналитических вычислений, которые в большом количестве приведены в учебной и научной литературе. Для тестирования задач прочности мы используем опубликованные расчеты из таких разделов инженерных дисциплин, как теория упругости, сопротивление материалов, строительная механика. В качестве простейшего примера приведем эпюру моментов изгиба балки и поперечных сил, которая рассчитана в специализированном модуле проектирования балочных конструкций APM WinBeam (рис. 1). В учебнике «Сопротивление материалов» А.В.Даркова и Г.С.Шпиро (М.: Высшая школа, 1989, с. 233) опубликована точно такая же эпюра, полученная с помощью аналитических вычислений.
Рис. 1. Эпюры изгибающих моментов (вверху) и поперечных сил (внизу), полученные в модуле APM WinBeam В качестве второго примера упомянем задачу кручения бруса прямоугольного поперечного сечения, аналитическое решение которой, полученное методами теории упругости, приведено в учебнике «Сопротивление материалов» В.И.Феодосьева (М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1989, с. 125). На рис. 2 показана картина распределения эквивалентных напряжений, которая полностью аналогична приведенной в цитируемом источнике.
Рис. 2. Поле эквивалентных напряжений при кручении бруса прямоугольного поперечного сечения Сравнение результатов, полученных с помощью APM WinMachine, с результатами, полученными с помощью других программных продуктов Можно отметить, что простые примеры аналитических решений не могут служить гарантией от возможных некорректных результатов в более сложных случаях. В качестве надежных инструментов для тестирования можно использовать те немногие программы конечно-элементного анализа, которые существуют на российском рынке. В качестве эталона для тестирования нами был использован пакет ANSYS, авторитет которого в задачах прочностного и динамического анализа, а также в задачах устойчивости не вызывает сомнения. При этом были проанализированы и другие конечно-элементные программные продукты, но, убедившись в том, что результаты, полученные с помощью различных зарубежных пакетов, очень близки, мы в итоге остановились на ANSYS. Была и еще одна причина для принятия такого решения. Уже на этапах опытной эксплуатации и принятия решения о покупке системы в целом или ее отдельных модулей потенциальные пользователи обычно сравнивают результаты расчетов в различных системах. Как правило, в качестве эталона для сравнения используется система ANSYS. Нам также приятно сознавать, что за последние годы не было случая, чтобы результаты сравнения параллельных вычислений в APM WinMachine и ANSYS (равно как и в других системах) вызывали у пользователей повод для беспокойства. В качестве тестового примера сравнения с ANSYS рассмотрим стержневую конструкцию с односторонним защемлением и консольным нагружением (рис. 3). Если эту задачу решать разными средствами, а именно с использованием модуля APM Stucture3D и ANSYS, то результаты получаются близкими. На рис. 3 также приведены результаты расчета перемещений. Близкие результаты получаются и при сравнительной оценке устойчивости. На рис. 4 даны численные значения коэффициента запаса устойчивости и формы потери устойчивости (последние рассчитаны в модуле APM Stucture3D).
Рис. 3. Тестовая стержневая модель и результаты параллельных вычислений перемещений в APM Structure3D и ANSYS
Рис. 4. Значения коэффициентов запаса устойчивости, полученные для тестовой стержневой конструкции в результате параллельных вычислений В качестве следующего примера тестовых испытаний приведем задачу определения собственных частот для рассматриваемого случая (табл. 1). Нет смысла говорить о близости полученных решений — это наглядно видно из табл. 1. Таблица 1. Собственные частоты для стержневой модели (расчеты в APM Structure3D и ANSYS)
Описанные выше примеры относились к стержневой модели. Приведем также тестовый пример для использования пластинчатой модели. Напомним, что пластинчатая модель является частным случаем оболочечной и ее конструкция представляется в виде пластин с соответствующим набором граничных условий (рис. 5). На рис. 6 изображены сравнительные карты эквивалентных напряжений. И по характеру, и по абсолютным величинам напряжений результаты получились очень близкими. Наконец, в табл. 2 приведены результаты вычислений собственных частот тестовой пластинчатой модели.
Рис. 5. Тестовая пластинчатая модель
Рис. 6. Карта эквивалентных напряжений тестовой пластинчатой конструкции, полученная в результате сравнительных расчетов в APM Structure3D и ANSYS Таблица 2. Собственные частоты пластинчатой модели
В качестве последнего примера приведем сравнительный расчет напряженного состояния подвагонной балки, выполненный на Демиховском машиностроительном заводе (данные публикуются с разрешения бюро расчетов подвижного состава). Здесь в качестве альтернативного инструмента для выполнения расчета использовался пакет ANSYS. Результаты сравнительных решений приведены на рис. 7.
Рис. 7. Модель подвагонной балки электовоза, рассчитанная в модуле Structure3D и средствами ANSYS (пример представлен ОАО «Демиховский машиностроительный завод» Проведенная работа по комплексному тестированию программных продуктов НТЦ АПМ убеждает в надежности поставляемого нами программного обеспечения, что способствует эффективному использованию его на практике. Иными словами, нашим программным продуктам можно доверять, так как они надежны и выполнены на базе современных достижений механики, математики, средств механического проектирования и численных методов.
Получение сертификатов соответствияВ этом году НТЦ АПМ планирует представить некоторые наши программные продукты в российские сертификационные организации для получения сертификатов соответствия в различных отраслях промышленности. Первым в этом списке стоит сертификат Госстроя РФ, и работа в этом направлении уже началась. Однако такую же работу мы планируем провести по сертификации наших программных продуктов по линии Минатома. Здесь есть одна сложность. Дело в том, что, к сожалению, в России нет единого сертификационного органа. А так как область применения APM WinMachine весьма широка (нашими программными продуктами пользуются предприятия самых различных отраслей промышленности), то очень часто заказчик просит нас предоставить сертификат соответствия, действующий в определенной отрасли. Иногда в качестве условия приобретения APM WinMachine заказчик выставляет требование о наличии у APM WinMachine того или иного отраслевого сертификата соответствия. Мы, конечно, не отказываемся от идеи получения таких сертификатов, но только в том случае, если нам это экономически выгодно. Ведь в некоторых случаях получение такого сертификата будет стоить дороже, чем доход от возможной продажи программного обеспечения предприятиям и организациям данной отрасли. Почему-то к западным программным продуктам у наших предприятий и организаций доверия больше, чем к российским. Нам хотелось бы изменить это положение и показать, что и в России способны создавать надежное программное обеспечение, которое не уступает западным аналогам как по форме, так и по содержанию. Настоящей публикацией мы хотели ознакомить читателей с той огромной работой, которую проводит НТЦ АПМ по тестированию содержательной части программ прочностного анализа и инженерных расчетов. Мир Этикетки 8'2002 |
