2.4 Создание геометрии модели

Создание модели состоит из трех этапов: 1) описания геометрии расчетной области; 2) дискретизации области; 3) задания свойств сред, источников поля и граничных условий с помощью меток.

Замечание : прежде, чем переходить к описанию геометрии области, необходимо не забыть установить нужные единицы измерения длины решаемой задачи (подпункт Length Units пункта Options Главного Меню программы).

2.4.1. Описание геометрии области

Для входа в режим редактирования геометрии нужно выбрать позицию Geometry из пункта Edit (Alt+E, G) или в режиме описания задачи (Problem...) выделить поле имени файла модели и нажать кнопку Редактировать... (Open...).

В нижней части экрана появляется строка подсказки, а над ней большое и малое квадратные окна графического диалога, в которых изображается расчетная область. В правой верхней части экрана появляется меню, окна с текстовой информацией, окна диалога для ввода чисел и редактирования меток блоков, сторон или вершин расчетной области.

При создании новой модели необходимо сразу установить размеры большого окна в выбранных единицах измерения. Это можно сделать, выбрав позицию Keyboard... в пункте Zoom... меню редактора модели.

Для осуществления редактирования модели следует выбрать пункт меню Model... . Задание геометрии начинается с расстановки вершин. Для этого необходимо выбрать пункт Add Vertex. После этого указывают курсором требуемую точку в окне модели (щелкают левой клавишей мыши) или, нажав Tab на клавиатуре, вводят координаты в числовой форме. При этом выбранная вершина изображается на экране. В любой момент можно из окна вернуться в меню, нажав Esc или правую кнопку мыши.

Если в окне заданы хотя бы две вершины, то их можно соединить стороной. Для этого надо выбрать пункт Add Edge... , после чего последует запрос величины раствора дуги в градусах. Его нулевое значение соответствует отрезку прямой. Положительный угол раствора дуги задает дугу окружности в направлении против часовой стрелки от первой вершины ко второй. Затем следует указать курсором одну за другой вершины, соединяемые сторонами в виде отрезков прямых или дуг окружностей. Для прерывания создания сторон необходимо нажать Esc. Следующее нажатие Esc – возврат в меню.

Любую вершину, сторону или блок (замкнутую область, ограниченную сторонами) можно скопировать или перенести. Для этого в меню редактирования надо выбрать пункт Select… и затем альтернативную кнопку с указанным элементом модели. После выхода в окно модели нужно указать курсором необходимый элемент и нажать Esc для выхода в меню. При этом становятся доступными пункты меню: Copy Selected…, Move Selected… и Delete Selected. После выбора одного из двух первых пунктов появляется окно диалога, в котором можно выбрать параллельный перенос элемента, его поворот относительно заданного центра вращения или отражение относительно заданной оси симметрии.

Удаление вершин или сторон осуществляется выбором соответственно пунктов меню Delete Vertex или Delete Edge.

При построении модели часто приходится управлять "радиусом притяжения", если необходимо создать вершины или стороны, близко расположенные друг к другу.

Управление "радиусом притяжения" осуществляется в позиции Epsilon... пункта Options... меню редактора. Это необходимо, чтобы избежать мелких, неразличимых на экране погрешностей задания геометрии. Новая вершина не может быть создана на расстоянии, меньшем 2e от уже существующей вершины. Если новая вершина оказывается на расстоянии, меньшем e от какой-либо стороны или вершины, то происходит их взаимное притяжение (смещается вновь создаваемый объект). По умолчанию e = 0,5% от текущих размеров окна. Уменьшение e позволяет описать очень мелкие детали геометрии, однако удобнее просто уменьшить масштаб изображения в окне (e при этом изменяется автоматически).

Управление масштабом изображения на экране, т.е. выделением части модели в окне для более детального описания геометрии области, осуществляется в пункте меню Zoom….

Позиция Keyboard… этого пункта позволяет задать границы видимой области в числовой форме с клавиатуры.

Позиция Natural – устанавливает минимальное окно, охватывающее модель.

Позиция Default – установка размеров окна по умолчанию.

Позиция Large Window позволяет задать подобласть для детального рассмотрения в большом окне. Управление выбором подобласти производится мышью или клавишами управления курсором. Вначале устанавливается левый нижний угол, затем – правый верхний.

Позиция Small Window – для той же операции в малом окне, но все изменения подобласти происходят в большом окне. Это бывает необходимо, если рассматриваемая область лежит за пределами большого окна.

2.4.2. Дискретизация области

Дискретизация области – это построение конечно-элементной сетки в области расчета поля. Как отмечалось ранее, построение сетки является весьма ответственным моментом решения задачи расчета поля. Построение сетки осуществляется в пункте меню Mech…, в позиции Build Mech…. При этом сетка будет построена в полностью автоматическом режиме во всех блоках области или в выбранном блоке. Сетка в этом случае будет построена достаточно равномерной.

Для повышения точности расчетов необходимо управлять густотой сетки. Сетка должна быть густой в местах сильной неоднородности поля и там, где нужна высокая точность расчетов. Кроме того, треугольные элементы сетки должны быть как можно ближе по форме к равносторонним. Это повышает точность расчета и сокращает время решения задачи. При сильно вытянутых треугольных элементах задача может вообще не сходиться (в случае учета нелинейности). Чтобы избежать появления таких треугольников, необходимо обеспечить плавный переход от мелких конечных элементов к крупным.

Для управления густотой сетки можно задавать шаги дискретизации в выбранных вершинах. При этом шаги сетки можно задавать лишь в тех вершинах, где необходимо получить самую густую и самую редкую сетку. Для более плавного перехода от густой сетки к редкой иногда приходится вводить дополнительные вершины, в которых задается промежуточный шаг дискретизации. Шаг дискретизации сетки задается в позиции Set Spacing. Для этого необходимо указать курсором на выбранную вершину и задать для нее величину шага с клавиатуры. Таким образом, можно задавать шаги в любых других вершинах, а нажав Esc – вернуться в меню.
Удалить сетку можно с помощью позиции Delete Mech….

В пункте меню редактора Options… можно установить: режим видимости шагов (позиция Show Spacing ), когда шаги дискретизации изображаются в виде окружностей вокруг соответствующих вершин; режим видимости разбивки сторон (Show Breaking ); режим видимости сетки (Show Mech); режим видимости доменов сетки (Show Domains).

2.4.3. Расстановка меток блоков, сторон и вершин

Расстановка меток необходима для установления с помощью меток соответствия между элементами модели и приписанными им физическими параметрами, граничными условиями и источниками поля. Расстановка, редактирование и контроль меток выполняется в пункте Label… меню редактора модели.

В зависимости от типа объекта, которому необходимо присвоить метку, выбирается одна из трех позиций: Label Blocks; Label Edges или Label Vertices. После указания курсором требуемого объекта в правой части экрана возникает окно диалога, позволяющее ввести значение метки с клавиатуры или выбрать ее среди ранее определенных меток.

Для контроля и просмотра объектов с указанными метками служит позиция Find Label…. При этом возникает окно диалога, позволяющее выбрать тип объекта и посмотреть список меток объектов данного типа. Выбор какой-либо метки приводит к выделению на экране всех объектов, которым эта метка присвоена.

Выделение объектов осуществляется в позиции Select… пунктов Model…, Label… и Mesh… меню редактора. В появившемся меню выбирается одна из позиций Bloks, Edges или Vertices. Отмена выделения – позиция Unselect All. Выход из режима выделения объектов – Esc.
Некоторые операции, например, копирование, перенос, могут выполняться только с выделенными объектами.

Информация о модели может быть получена в пункте Info…, в котором выбирается одна из позиций: Blocks Info, Edges Info или Vertices Info в зависимости от типа интересующих объектов. После этого на экран выводится информация об объектах данного типа. Указывая курсором тот или иной объект, можно получить подробную информацию по каждому объекту.

Выход из редактора модели – пункт меню Exit или Esc. Редактор при этом предлагает сделанные изменения сохранить в файле на диске.

Сохранение модели в файле на диске осуществляется в позициях Save и Save As... пункта меню File... редактора модели.

Переход к созданию и редактированию новой модели осуществляется в позиции New... пункта File... . Позиция Open... позволяет перейти к редактированию существующей модели, загрузив ее из выбранного файла.

2.4.4. Ввод геометрии из файла в формате DXF

Помимо непосредственного задания геометрии средствами редактора модели, имеется возможность импортирования файла геометрии в формате DXF.

Для ввода данных из файла в формате DXF необходимо выбрать позицию Import DXF в меню File… редактора модели, а затем указать в раскрывшемся диалоговом окне требуемый файл с расширением  . DXF  из имеющегося списка выбранного каталога или ввести его имя с клавиатуры.