МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ ТРЕЩИНЫ ПО МЕТОДУ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В МНОГОЧИСЛЕННЫХ ПЛОСКОСТЯХ КОНСТРУКЦИИ
MODELING AND ANALYSIS OF FRACTURE DEVELOPMENT BY FINITE ELEMENTS METHOD IN MULTIPLE PLANES OF STRUCTURE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в целом относится к численному моделированию и анализу, в частности к моделированию и анализу по методу конечных элементов для прогнозирования развития трещины в многочисленных плоскостях конструкции, содержащей множество слоев, и через такие плоскости.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Технология численного моделирования и анализа является важным инструментом в проектировании и проверке многих инженерных конструкций и конструктивных компонентов, из которых состоят эти конструкции. Одной из обычных технологий численного моделирования и анализа с помощью компьютера является численное моделирование и анализ по методу конечных элементов. Согласно различным технологиям численного моделирования и анализа, компьютерные модели могут задавать рабочую среду посредством геометрических размеров, элементов, свойств, нагрузок, связей и т.п. и, таким образом, могут быть решены и проанализированы для определения, например, конструктивной целостности инженерной конструкции в рабочей среде. С помощью численного моделирования и анализа, в частности анализа методом конечных элементов, можно разложить сложную систему на управляемое множество (конечных) элементов (например, кривая, нарисованная как последовательность этапов). Эти компьютерные модели и их анализ могут быть использованы для выполнения нескольких задач, например для содействия в определении характеристик новой конструкции изделия для самолета при различных условиях нагрузки.
Анализ методом конечных элементов часто использовался для прогнозирования возникновения и развития трещин, имеющихся в конструкциях, таких как многослойная конструкция. После прохождения трещины в первоначальном направлении, во втором или третьем направлении могут потенциально возникнуть дополнительные трещины или может наблюдаться распространение указанной трещины. Однако существующие технологии численного моделирования и анализа по методу конечных элементов совершенно не подготовлены для прогнозирования возникновения и развития трещин в двух или трех плоскостях конструкции.
В частности, прогнозирование возникновения и развития трещин в материале с использованием существующих технологий компьютерного моделирования по методу конечных элементов было затруднено из-за имеющихся у них ограничений. Существующие технологии не способны просто спрогнозировать возникновение или развитие трещин в конструкциях, содержащих материал или имеющих геометрические нелинейности, или демонстрирующих нелинейный материал или геометрический ответ (например, в результате большого сдвига). Кроме того, некоторые из этих технологий требуют многочисленных запусков компьютера для обеспечения развития трещины, что в результате приводит к утомительной постобработке многочисленных решений по методу конечных элементов.
Таким образом, необходимо создать устройство и способ, которые решают не только по меньшей мере некоторые из вышеописанных проблем, но и возможные иные проблемы.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Примеры реализации настоящего изобретения направлены на улучшенные систему, способ и компьютерочитаемый носитель для прогнозирования развития трещины в конструкции, имеющей множество слоев. В частности, система может обеспечивать развитие трещины в многочисленных плоскостях потенциальной трещины (например, двух или трех плоскостях) конструкции путем моделирования плоскостей потенциальной трещины с использованием интерфейсных элементов, перекрывающихся по всем многочисленным размерам конечно-элементной модели.
В некоторых примерах реализаций предложен способ прогнозирования развития трещины в конструкции, имеющей множество слоев. Способ может включать создание или прием конечно-элементной модели конструкции, в которой множество слоев представлено сеточными ячейками оболочки или объемными элементами, причем каждая оболочка или объемный элемент использует совокупность узлов. Сеточные ячейки оболочки или объемные элементы могут иметь множество интерфейсов, заданных в соответствующем множестве ортогональных плоскостей потенциальной трещины между смежной оболочкой или объемными элементами сеточных ячеек оболочки или объемными элементами.
Способ может также включать задание интерфейсных элементов во множестве интерфейсов. Каждый интерфейсный элемент содержит множество пар внешних узлов, имеющих кластер узлов, расположенный между ними таким образом, что по меньшей мере часть интерфейсного элемента находится в пределах каждого соответствующего интерфейса из множества интерфейсов. Узлы из каждой пары внешних узлов совпадают с соответствующими узлами смежной оболочки или объемных элементов на противоположных сторонах соответствующего интерфейса. Кроме того, для каждого соответствующего интерфейса из множества интерфейсов каждый узел из кластера узлов связан через соответствующий интерфейс с противоположным узлом из кластера узлов с образованием пары связанных узлов. Узел и противоположный узел из пары связанных узлов совпадают с соответствующими узлами смежной оболочки или объемных элементов на противоположных сторонах соответствующего интерфейса.
Способ может также включать осуществление анализа разрушения методом конечных элементов в отношении конечно-элементной модели под внешней нагрузкой, который может включать установление трещины с вершиной, расположенной в кластере узлов интерфейсного элемента, и расчет скорости высвобождения энергии деформации между узлами из пар связанных узлов кластера узлов под внешней нагрузкой. По меньшей мере в одном случае способ может также включать выявление развития трещины вдоль интерфейсного элемента на основании рассчитанной скорости высвобождения энергии деформации.
В некоторых примерах реализаций способа согласно предыдущему или любому последующему примеру реализации или их сочетанию множество интерфейсов содержит три интерфейса в трех соответствующих ортогональных плоскостях потенциальной трещины, причем задание интерфейсных элементов включает задание каждого интерфейсного элемента, содержащего по меньшей мере двенадцать пар внешних узлов с расположенным между ними кластером из восьми узлов, причем для каждого соответствующего интерфейса из трех интерфейсов каждый узел в кластере из восьми узлов связан через соответствующий интерфейс со смежным узлом из указанного кластера из восьми узлов, в результате чего связанные узлы по форме образуют куб.
В некоторых примерах реализаций способа согласно любому предыдущему или любому последующему примеру реализации или их сочетанию задание интерфейсных элементов включает задание последовательности интерфейсных элементов для каждого соответствующего интерфейса из множества интерфейсов таким образом, что по меньшей мере одна пара внешних узлов одного интерфейсного элемента расположена в паре связанных узлов смежного интерфейсного элемента.
В некоторых примерах реализаций способа согласно любому предыдущему или любому последующему примеру реализации или их сочетанию задание интерфейсных элементов включает задание интерфейсных элементов таким образом, что узлы из каждой пары связанных узлов имеют между собой бесконечно большую жесткость, а узлы из каждой пары внешних узлов имеют между собой нулевую жесткость, причем выявление развития трещины включает присвоение нулевой жесткости между узлами из каждой пары связанных узлов в интерфейсном элементе, через который развивается трещина.
В некоторых примерах реализаций способа согласно любому предыдущему или любому последующему примеру реализации или их сочетанию узлы из пар связанных узлов совпадают друг с другом перед развитием трещины, причем выявление развития трещины включает выявление развития трещины между узлами по меньшей мере из одной пары связанных узлов и в ответ на это развязывание узлов из указанной по меньшей мере одной пары связанных узлов таким образом, что указанные узлы не совпадают друг с другом для моделирования развития трещины.
В некоторых примерах реализаций способа согласно любому предыдущему или любому последующему примеру реализации или их сочетанию расчет скорости высвобождения энергии деформации включает расчет по меньшей мере одного усилия между парой связанных узлов и сдвига между узлами из пары внешних узлов интерфейсного элемента, а также расчет скорости высвобождения энергии деформации по меньшей мере частично на основании указанного по меньшей мере одного усилия и сдвига.
В некоторых примерах реализаций способа согласно любому предыдущему или любому последующему примеру реализации или их сочетанию осуществление анализа разрушения методом конечных элементов включает определение одного или более видов разрушения конструкции по меньшей мере частично на основании развития трещины.
В некоторых примерах реализаций предложено устройство для прогнозирования развития трещины в конструкции, имеющей множество слоев. Устройство содержит процессор и память, хранящую исполняемые инструкции, которые, в ответ на исполнение процессором, вызывают реализацию указанным устройством определенного количества подсистем, таких как система предобработки, система обработки и система постобработки, которые могут быть выполнены с возможностью выполнения по меньшей мере способа согласно любому предыдущему примеру реализации или их сочетание.
В некоторых примерах реализаций предложен компьютерочитаемый носитель для прогнозирования развития трещины в конструкции с множеством слоев. Компьютерочитаемый носитель выполнен с возможностью долговременного хранения данных и имеет хранящиеся в нем части компьютерочитаемого программного кода, которые, в ответ на их исполнение процессором, вызывают выполнение устройством способа согласно любому предыдущему примеру реализации или их сочетание.
Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения будут очевидны после прочтения приведенного ниже раздела «Осуществление изобретения» вместе с прилагаемыми чертежами, которые вкратце описаны ниже. Настоящее изобретение содержит любую комбинацию из двух, трех, четырех или более признаков или элементов, заданных в данном изобретении, вне зависимости от того, объединены ли такие признаки или элементы специально или перечислены иным образом в конкретном примере реализации, описанном в данном документе. Данное изобретение следует толковать всеобъемлющим образом так, что любые раздельные признаки или элементы настоящего изобретения в любом из его аспектов и примеров реализаций следует рассматривать как заданные, а именно как комбинируемые, если только из контекста настоящего изобретения явным образом не следует иное.
Таким образом, будет очевидно, что данный раздел приведен исключительно для целей объединения некоторых примеров реализации с тем, чтобы обеспечить базовое понимание некоторых аспектов настоящего изобретения. Соответственно, будет понятно, что вышеописанные примеры реализации по существу являются примерами, и их не следует толковать таким образом, что они сужают объем или сущность настоящего изобретения каким бы то ни было образом. Иные примеры реализации, аспекты и преимущества станут очевидными из приведенного далее раздела «Осуществление изобретения» в сочетании с прилагаемыми чертежами, которые в качестве примера иллюстрируют принципы некоторых из описанных примеров реализации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Таким образом, с учетом примеров реализации настоящего изобретения, описанных в общих терминах, будет приведена ссылка на прилагаемые чертежи, которые не обязательно приведены в масштабе.
На фиг. 1 показана система численного моделирования и анализа согласно примерам реализации настоящего изобретения.
На фиг. 2А, 2В, 2С, 3, 4, 5, 6 и 7 показана конечно-элементная модель конструкции и ее элементы, содержащая множество интерфейсных элементов, согласно примерам реализации настоящего изобретения.
На фиг. 8А и 8В показаны блок-схемы, иллюстрирующие различные операции способа, предназначенного по меньшей мере для постобработки конечно-элементной модели в соответствии с примером реализации.
На фиг. 9 показано устройство согласно некоторым примерам реализации.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Некоторые примеры реализации настоящего изобретения будут описаны более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны некоторые примеры реализации настоящего изобретения, но не все из них. В действительности различные примеры реализации настоящего изобретения могут быть реализованы во множестве различных форм, и не следует считать, что они ограничены примерами реализации, заданными в данном документе, скорее эти примеры реализации представлены с тем, чтобы данное изобретение было полным и завершенным, а также полностью передавало объем настоящего изобретения специалистам в данной области техники. Например, если не указано иное, ссылку на что-либо, являющееся первым, вторым или т.п., не следует толковать таким образом, что подразумевается конкретный порядок. Кроме того, например, в данном документе ссылка может быть приведена на количественные показатели, значения, соотношения или т.п. (например, пленарный, копланарный, перпендикулярный). Если не указано иное, любой один или более, если не все из них, могут быть абсолютными или приблизительными для учета допустимых отклонений, которые могут возникнуть, например отклонений из-за инженерных допусков или т.п. Схожие ссылочные номера ссылаются на схожие элементы во всем документе.
Примеры реализации настоящего изобретения направлены по меньшей мере на обработку численной модели физической конструкции. Примеры реализации будут первоначально описаны в отношении авиакосмической области применения, в которой продукт может представлять собой композитный элемент (например, композитный многослойный материал) или металлический элемент, или одну или более составных частей элемента, таких как один или более его материалов. Однако, следует понимать, что примеры реализации могут быть использованы во множестве других областей применения, в частности в авиакосмической промышленности и за ее пределами.
На фиг. 1 показана система 100 численного моделирования и анализа согласно примерам реализации настоящего изобретения. Система численного моделирования и анализа может быть выполнена с возможностью выполнения некоторого количества различных функций или операций автоматически, под управлением непосредственно самого оператора или некоторого их сочетания. Таким образом, система численного моделирования и анализа может быть выполнена с возможностью автоматического выполнения одной или более из своих функций или операций, то есть без управления этой системой непосредственно самим оператором. В дополнение к этому или в альтернативном варианте система численного моделирования и анализа может быть выполнена с возможностью выполнения одной или более из своих функций или операций под управлением непосредственно самим оператором.
Как объяснено ниже более подробно, в некоторых примерах система 100 численного моделирования и анализа может быть выполнена с возможностью разработки подходящей модели конструкции, возможностью анализа конструкции на основании числовой модели для генерации данных и с возможностью постобработки данных, сгенерированных в результате анализа. Примеры реализации могут быть иногда специально описаны в контексте конечно-элементной модели конструкции и характеристик анализа методом конечных элементов из конечно-элементной модели. Однако следует понимать, что система численного моделирования может быть выполнена с возможностью разработки любого количества различных компьютерных моделей, одна или более из которых могут и не рассматриваться в качестве конечно-элементной модели и могут быть выполнены с возможностью выполнения любого количества из множества различных способов анализа числовой модели, один или более из которых могут и не являться анализом методом конечных элементов.
Система 100 численного моделирования и анализа может содержать одну или более из каждой из множества различных подсистем (каждую отдельную систему), соединенных друг с другом для выполнения одной или более функций или операций. Как показано на фиг. 1, например, система численного моделирования и анализа может содержать систему 102 предобработки, систему 104 обработки и/или систему 106 постобработки, которые могут быть соединены друг с другом. Несмотря на то, что она показана как часть системы численного моделирования и анализа, одна или более из системы предобработки или системы обработки взамен этого могут быть отделены от системы численного моделирования и анализа, но могут и иметь связь с этой системой численного моделирования и анализа. Кроме того, следует понимать, что одна или более из подсистем могут работать или функционировать в качестве отдельной системы вне зависимости от других подсистем из указанных подсистем. Кроме того, следует понимать, что система численного моделирования и анализа может содержать одну или более из подсистем в дополнение или в качестве альтернативы к подсистемам, показанным на фиг. 1.
Система 102 предобработки может быть в целом выполнена с возможностью создания подходящей модели (например, конечно-элементной модели) конструкции. Компьютерная модель может представлять конструкцию посредством сеточной ячейки элементов несмотря на то, что специалисту в данной области техники будет совершенно ясно, что конструкция может быть представлена любым нулевым элементом, одномерным элементом, двумерным элементом или трехмерным элементом, таким как, например, балочный элемент. Элементы могут представлять собой один или более несвязных (непересекающихся) компонентов математической модели, в которой каждый элемент может обладать набором отличительных точек, называемых узловыми точками или узлами, или могут содержать такие несвязные компоненты. В некоторых примерах реализаций узловые точки могут быть расположены в углах и/или концевых точках элементов таким образом, что геометрические размеры элемента заданы местом размещения геометрических наборов узловых точек.
Набор узловых данных для каждого набора узловых точек может содержать значения параметра или состояния конструкции в соответствующих узловых точках из указанного набора узловых точек. Примеры подходящих свойств содержат геометрические свойства и структурные свойства, такие как остаточная толщина, главная кривизна, модуль упругости, коэффициент теплового расширения и т.п. Структурные свойства могут определять поведение материала конструкции в соответствующих узловых точках. Примеры подходящих состояний содержат переменные состояния, такие как компоненты полученных тензоров напряженности и деформации, и температуру в соответствующих узловых точках. Этот способ также может быть применим к набору данных на основе элементов, таких как усилия элементов, свойства и т.п.
Как объяснено ниже более подробно, в соответствии с примерами реализации настоящего изобретения, система 102 предобработки может быть выполнена с возможностью создания конечно-элементной модели конструкции с множеством слоев, в которой указанное множество слоев представлено сеточными ячейками оболочки или объемными элементами. Каждая оболочка или объемный элемент могут использовать совокупность узлов, а сеточные ячейки оболочки или объемными элементами могут иметь множество интерфейсов, заданных между смежной оболочкой или объемными элементами сеточных ячеек оболочки или объемными элементами. Множество интерфейсов могут находиться в соответствующем множестве ортогональных плоскостей потенциальной трещины, характеризующих потенциальное образование трещины в конструкции.
Система 102 предобработки может быть дополнительно выполнена с возможностью задания интерфейсных элементов во множестве интерфейсов. Каждый интерфейсный элемент может иметь множество пар внешних узлов, которые расположены на расстоянии друг от друга вдоль множества интерфейсов и которые имеют кластер узлов, расположенный между ними таким образом, что по меньшей мере часть интерфейсного элемента находится в пределах каждого соответствующего интерфейса из множества интерфейсов. Узлы каждой пары внешних узлов совпадают с соответствующими узлами смежной оболочки или объемных элементов на противоположных сторонах соответствующего интерфейса. Кроме того, для каждого соответствующего интерфейса из множества интерфейсов каждый узел кластера узлов связан через соответствующий интерфейс с противоположным узлом кластера узлов с заданием, таким образом, пары связанных узлов. В связи с этим, кластер узлов может быть задан множеством пар связанных узлов в каждом из соответствующих интерфейсов. Аналогично узлам из пар внешних узлов, узел и противоположный узел из пары связанных узлов совпадают с соответствующими узлами смежной оболочки или объемными элементами на противоположных сторонах соответствующего интерфейса.
Для выполнения своих операций система 102 предобработки может воспользоваться преимуществами доступных на рынке программных средств. Примеры программных средств содержат системы автоматизированного проектирования, такие как система «CATIA», система «SolidWorks или т.п, предлагаемые компанией «Dassault  S.A.» из г. Велизи-Вилакубле, Франция. Иные примеры подходящих программных средств содержат программное обеспечение «ABAQUS САЕ», предлагаемое компанией «Simulia» (дочерняя структура компании «Dassault »), программное обеспечение «Altair Hypermesh», предлагаемое компанией «Altair Engineering, Inc.» из г. Трои, штат Мичиган, программное обеспечение «PATRAN», предлагаемое компанией «MSC Software Corporation" из г. Ньюпорт-Бич, штат Калифорния, пакет программного обеспечения «ANSYS», предлагаемый компанией «ANSYS, Inc.» из г. Каносберг, штат Пенсильвания, программное обеспечение «HyperSizer, предлагаемое компанией «Collier Research Corporation" из г. Ньюпорт-Ньюс, штат Виргиния, программное обеспечение «GENESIS», предлагаемое компанией «Vanderplaats R&D, Inc.» из г. Колорадо-Спрингс, штат Колорадо и т.п.
Система 104 обработки может быть в целом выполнена с возможностью анализа конструкции из числовой модели. Анализ конструкции может представлять собой или может содержать анализ посредством одного или более алгоритмов (например, управляющие матричные ограничительные связи) и/или анализ на основании результатов измерений (например, смешанный анализ разрушений). Например, в контексте анализа методом конечных элементов система обработки может быть выполнена с возможностью извлечения и решения управляющих матричных ограничительных связей из числовой модели. В некоторых примерах реализаций числовая модель представляет собой конечную модель, образованную из сетевой ячейки конечных элементов. Каждый элемент может быть реализован в терминах конечного количества степеней свободы, охарактеризованного как значение неизвестной функции или функции в совокупности узловых точек. Элемент может дополнительно содержать степени свободы (DOF), которые выполняют функцию точки, в которой два элемента могут быть соединены и могут определять состояние элемента. Степени свободы задают в виде значений и/или производных параметра состояния в связанных узловых точках, в которых параметр состояния может относится к переменной, используемой для описания математического состояния модели.
Как объяснено ниже более подробно, в контексте конечно-элементной модели конструкции, содержащей множество слоев, система 104 обработки может быть в целом выполнена с возможностью анализа разрушения методом конечных элементов в отношении конечно-элементной модели под внешней нагрузкой. Анализ разрушения методом конечных элементов может включать установление трещины с вершиной, расположенной в кластере узлов интерфейсного элемента, и расчет скорости высвобождения энергии деформации в кластере связанных узлов (например, между узлами из пар связанных узлов кластера узлов) с использованием усилий из пар связанных узлов и сдвига из пар внешних узлов под внешней нагрузкой. По меньшей мере в одном случае анализ может дополнительно включать выявление развития трещины вдоль интерфейса на основании рассчитанной скорости высвобождения энергии деформации.
Система 106 постобработки может быть выполнена с возможностью проверки обоснованности решений из системы 104 обработки (например, сдвиг, напряжения, особые напряжения, индикаторы ошибки), а в некоторых примерах система постобработки может осуществлять по меньшей мере один иной подходящий анализ в отношении числовой модели и/или решений.
Система 104 обработки и система 106 постобработки может воспользоваться имеющимися на рынке программными средствами. Примеры подходящих программных средств содержат программное обеспечение «Abaqus», предлагаемое компанией «Dassault  S.A.», пакет программного обеспечения «ANSYS (Fluent)», программное обеспечение «NASTRAN/PATRAN», предлагаемое компанией «MSC Software Corporation", программное обеспечение «SolidWorks (COSMOSworks)», программное обеспечение «COMSOL Multiphysics (FEMLAB)», предлагаемое компанией «COMSOL Inc.» из г. Берлингтон, штат Массачусетс, программное обеспечение «GENESIS, Altair HyperView», предлагаемое компанией «Altair Engineering, Inc.», программное обеспечение «NX (Unigraphics)», предлагаемое компанией «Siemens PLM Software" из г. Плейно, штат Техас, программное обеспечение «ТАК 2000», предлагаемое компанией «К&К Associates" из г. Уэстминстер, штат Колорадо, программное обеспечение «Pro/ENGINEER», предлагаемое компанией «РТС Inc.» из г. Нидем, штат Массачусетс, программное обеспечение «LS-DYNA», предлагаемое компанией «Livermore Software Technology Corporation (LSTC)» из г. Ливермор, штат Калифорния и т.п.
Как указано ранее, система 102 предобработки может быть выполнена с возможностью создания и приема конечно-элементной модели конструкции со множеством слоев. На фиг. 2А показана по меньшей мере часть подходящей конечно-элементной модели 200 конструкции, имеющей множество слоев в соответствии с одним из примеров реализации. Как показано, конечно-элементная модель задана сетевой ячейкой конечных элементов, содержащих множество из оболочки 202 или объемных элементов (четко не показаны на чертежах), которые представляют слои конструкции. Каждая оболочка или объемный элемент могут быть образованы из совокупности узлов 204 или в ином случае могут содержать такую совокупность узлов 204. Кроме того, множество интерфейсов 206 заданы между смежной оболочкой или объемными элементами в соответствующем множестве ортогональных плоскостей потенциальной трещины конструкции.
х,y
x,y,z
Как показано на фиг. 2А, а еще конкретнее на фиг. 3, в некоторых примерах конструкция может иметь две (2) ортогональные плоскости х, y потенциальной трещины, в связи с чем по меньшей мере часть конечно-элементной модели 200, 300 конструкции может иметь интерфейсы 206, заданные в двух (2) плоскостях между смежной оболочкой или объемными элементами 202 модели. Еще в одном примере, который показан на фиг. 4, конструкция может иметь до трех (3) ортогональных плоскостей х, y, z потенциальной трещины, в связи с чем по меньшей мере часть конечно-элементной модели 400 может иметь интерфейсы 206, заданные в трех (3) плоскостях между смежной оболочкой или объемными элементами модели. Следует отметить, что, несмотря на то, что система может прогнозировать развитие трещин через многочисленные интерфейсы, соответствующие многочисленным ортогональным плоскостям потенциальной трещины, как показано в сложных конечно-элементных моделях, показанных на 3 и 4, для простоты примеры реализации, приведенные в данном документе, могут быть первоначально описаны со ссылкой на фиг. 2А.
i,j
1,2
3,4
5,6
7,8
9,10,11,12
В дополнение к созданию и приему конечно-элементной модели 200 конструкции система 102 предобработки может быть также выполнена с возможностью задания интерфейсного элемента 208 через соответствующие интерфейсы из множества интерфейсов 206. Как показано, по меньшей мере часть интерфейсного элемента может находиться в пределах каждого соответствующего интерфейса. На фиг. 2В более подробно показан интерфейсный элемент согласно некоторым примерам реализации. Как показано, каждый интерфейсный элемент может иметь множество пар N внешних узлов (например, N, N, Nи N), расположенных на расстоянии друг от друга через множество интерфейсов, и расположенный между ними кластер узлов (например, N). Узлы 204 из каждой пары внешних узлов совпадают с соответствующими узлами смежных объемных элементов на противоположных сторонах соответствующего интерфейса, как показано с помощью совпадающих узлов 210.
9,10,11,12
9,12
10,11
х
9,10
11,12
y
Для каждого соответствующего интерфейса из множества интерфейсов каждый узел 204 из кластера узлов (например, N) связан через соответствующий интерфейс с противоположным узлом из кластера узлов с образованием из них пары связанных узлов. Например, кластер узлов, показанный на фиг. 2В, содержит две пары N, Nсвязанных узлов через один соответствующий интерфейс 206, и две пары N, N связанных узлов через еще один соответствующий интерфейс 206. Как показано, узлы кластера узлов могут относиться к многочисленным парам связанных узлов.
1,2
3,4
5,6
7,8
9,12
10,11
9,10
11,12
9,10,11,12
Аналогично узлам 204 из пар внешних узлов (например, N, N, N и N), узлы и противоположные узлы, образующие пары связанных узлов (например, N, N, N и N) из кластера узлов (например, N), также совпадают с соответствующими узлами смежной оболочки 202 или объемных элементов на противоположных сторонах соответствующего интерфейса 206. В частности, пара связанных узлов может быть связана через соответствующий интерфейс таким образом, что указанная связь ортогональна по отношению к интерфейсу. В некоторых примерах система 102 предобработки может быть выполнена с возможностью задания интерфейсных элементов 208 таким образом, что узлы из каждой пары связанных узлов имеют между собой бесконечно большую жесткость перед увеличением трещины, а узлы из каждой пары внешних узлов имеют между собой нулевую жесткость.
x,y,z
1,2
3,4
5,6
7,8
13,14
15,16
17,18
19,20
25,26
27,28
29,30
31,32
9,10,11,12,21,22,23,24
9,10
9,12
9,21
10,11
10,22
11,12
11,23
12,24
21,22
21,24
22,23
24,23
Как показано ранее на фиг. 4 и дополнительно показано на фиг. 2С, в некоторых примерах множество интерфейсов 206 содержат три интерфейса 206 в трех соответствующих ортогональных плоскостях х, y, z потенциальной трещины таким образом, что заданный интерфейсный элемент 208 представляет собой трехмерный (3D) элемент и содержит двенадцать (12) или более пар внешних узлов (например, N, N, N, N N, N, N, N, N, N, N и N), имеющих расположенный между ними кластер (например, N) из восьми (8) узлов. Каждый узел в кластере из восьми узлов связан через каждый соответствующий интерфейс с противоположным узлом указанного кластера из восьми узлов таким образом, что пары связанных узлов (например, N, N, N, N, N, N, N, N, N, N, N и N) в результате по форме образуют куб. В альтернативном варианте кластер узлов двумерного интерфейсного элемента может по форме образовывать квадрат, как показано на фиг. 2А, 2В и 3.
i,j
1,2
3,4
5,6
7,8
9,12
10,11
9,10
11,12
8,7
10,11
3,4
9,12
Как показано на фиг. 5, более подробно иллюстрирующей интерфейсный элемент 208, показанный на фиг. 2А и 2В, система 102 предобработки также может быть выполнена с возможностью задания последовательности интерфейсных элементов, каждый из которых имеет множество пар N внешних узлов, расположенных на расстоянии друг от друга в соответствующих интерфейсах 206, и расположенный между ними кластер узлов, таким образом, что по меньшей мере одна пара внешних узлов (например, N, N, N и N) одного интерфейсного элемента расположена в паре связанных узлов (например, N, N, N и N) смежного интерфейсного элемента с обеспечением наложения интерфейсных элементов. Например, одна пара N внешних узлов интерфейсного элемента 208а может быть расположена в паре связанных узлов N смежного интерфейсного элемента 208b, а еще одна пара N внешних узлов интерфейсного элемента 208а может быть расположена в паре связанных узлов N еще одного смежного интерфейсного элемента 208 с. В этих примерах трещина может развиваться по горизонтали или по вертикали в многочисленных направлениях, в которых заданное направление трещины не требуется в качестве условия для моделирования трещины.
9,10,11,12
9,12
10,11
9,10
11,12
Система 104 обработки может быть выполнена с возможностью осуществления анализа разрушения методом конечных элементов в отношении конечно-элементной модели 200 или по меньшей мере ее части и с возможностью определения одного или более видов разрушения конструкции по меньшей мере частично на основании возникновения и развития трещины. В частности, система обработки может установить трещину с вершиной, расположенной в кластере узлов (например, N) интерфейсного элемента 208, и рассчитать скорость высвобождения энергии деформации между узлами 204 в кластере связанных узлов с использованием усилий из пар связанных узлов (например, N, N, N и N) и сдвига из пар внешних узлов кластера узлов под внешней нагрузкой. По меньшей мере в одном из примеров система обработки может в дальнейшем идентифицировать развитие трещины вдоль интерфейсного элемента на основании рассчитанной скорости высвобождения энергии деформации.
7
8
9,10,11,12
9,12
10,11
9,10,11,12
В некоторых примерах узлы 204 из множества пар узлов совпадают друг с другом перед развитием трещины. Например, на фиг. 6 показа установленная трещина, приближающаяся слева между узлами N, N и имеющаяся в ортогональной плоскости потенциальной трещины таким образом, что вершина трещины расположена в узлах кластера узлов N. В этих примерах совпадающие узлы 210 представляют собой одиночный узел. Таким образом, в некоторых примерах система обработки 102 может быть выполнена с возможностью выявления развития трещины между узлами из пары связанных узлов, а также с возможностью развязывания узлов из пары связанных узлов таким образом, что указанные узлы не совпадают друг с другом для физического моделирования развития трещины. Например, как показано на фиг. 7, в ответ на выявление развития трещины через пары N, N связанных узлов через интерфейс 206х, его узлы N не связаны через интерфейс, в результате чего они не совпадают друг с другом.
9,12
10,11
9,10
11,12
1,2
3,4
5,6
7,8
В дополнение к физическому моделированию развития трещины система 104 обработки может дополнительно математически смоделировать развитие трещины. Как указано ранее, интерфейсные элементы 208 заданы таким образом, что узлы 204 из каждой пары связанных узлов (например, N, N, N и N) имеют между собой бесконечно большую жесткость, а узлы из каждой пары внешних узлов (например, N, N, N и N) имеют между собой нулевую жесткость. В этих примерах система 104 обработки может быть выполнена с возможностью выявления развития трещины между узлами из пары связанных узлов и, таким образом, с возможностью присваивания нулевой жесткости между узлами из каждой пары связанных узлов, через которую трещина развивается, для математического моделирования развития трещины.
9,12
10,11
9,10
11,12
7
8
В некоторых примерах анализ разрушения, осуществляемый системой 104 обработки, может представлять собой анализ разрушения по смешанной моде или может содержать анализ разрушения по смешанной моде, такой как анализ с использованием одной или более из чистых мод по типу I, II или III. В некоторых из этих примеров расчет скорости высвобождения энергии деформации может включать расчет усилий (например, интерламинарных или интраламинарных усилий) между узлами из пар связанных узлов кластера узлов (например, N, N, N и N) и сдвига между парами 204 внешних узлов интерфейсного элемента 208, что обеспечивает расчет скорости высвобождения энергии деформации по меньшей мере частично на основании усилий и сдвига. Например, согласно фиг. 6, на которой установленная трещина подходит с левой стороны между узлами N, N, при использовании одного из типов чистых мод, узлы из пары связанных узлов могут инициировать высвобождение при следующем условии:
где
IC
G является скоростью высвобождения энергии деформации при критической моде I,
b является шириной в страницу,
LE
d является размером на левой стороне интерфейсного элемента,
y,9,12
y,10,11
F+F является суммарным вертикальным усилием между узлами из пар связанных узлов, а
7,8
7
8
v является вертикальным смещением между узлами N, N.
Еще в одном примере, при использовании двух типов чистой моды, узлы из пары связанных узлов могут инициировать высвобождение при следующем условии:
где
IIC
G является скоростью высвобождения энергии деформации при критической моде II,
b является шириной в страницу,
Le
d является размером на левой стороне интерфейсного элемента,
x,9,12
x,10,11
F+F является суммарным горизонтальным усилием между узлами из пар связанных узлов, а
7,8
7
8
u является горизонтальным смещением между узлами N, N.
Еще в одном примере с использованием типов смешанной моды, таких как сочетание чистых мод типа I и II, узлы из пары связанных узлов могут инициировать высвобождение при следующем условии:
x
y
R
LE
IC
IIC
для развития трещин, при котором m и n являются входными параметрами для управления взаимосвязями. В частности, постоянные (m и n) являются параметрами материала, которые управляют взаимосвязью между развитием трещины по моде I и развитием трещины по моде II с использованием этого критерия смешанной моды. Следует отметить, что также могут быть использованы и другие критерии смешанной моды. В этих примерах и является горизонтальным смещением, F является горизонтальным усилием, F является вертикальным усилием, d и d являются соответственно размерами на правой и левой сторонах интерфейсного элемента 208, a G и G являются скоростями высвобождения энергии деформации для чистых мод I и II.
x,y,z
9,10
9,12
9,21
10,11
10,22
11,12
11,23,
12,24
21,22
21,24
22,23
24,23
Согласно фиг. 2С и 4, в некоторых из этих примеров, в которых конструкция может иметь три (3) ортогональные плоскости х, y, z потенциальной трещины и заданные через них три интерфейса 206, скорость высвобождения энергии деформации в трех плоскостях может быть рассчитана на основании усилия между парами связанных узлов из кластера узлов (например, N, N, N, N, N, N, N N, N, N, N и N) и сдвига между парами 204 внешних узлов интерфейсного элемента 208, что обеспечивает расчет скорости высвобождения энергии деформации по меньшей мере частично на основании усилий и сдвига.
Например, для трещины в плоскости x, z, непрерывно приближающейся от отрицательного направления х, узлы из пар связанных узлов могут инициировать высвобождение при следующих соответствующих модах типа (I), типа (II) или типа (III):
где
IC
IIC
IIIC
G, G G являются скоростью высвобождения энергии деформации в критической моде I, II и III,
LE
d является размером левой стороны интерфейсного элемента 208,
9,12
10,11
21,24
22,23
F+F+F+F по осям x, y, z являются соответственно суммарными горизонтальными, вертикальными или нормальными усилиями между узлами из пар связанных узлов, а
7,8
7,8
7,8
7
8
u, v и w являются соответственно горизонтальным смещением, вертикальным смещением или нормальным смещением между узлами N, N.
Еще в одном примере для трещины в плоскости y, z, непрерывно приближающейся от отрицательного направления y, узлы из пар связанных узлов могут инициировать высвобождение при следующих соответствующих модах типа (I), типа (II) или типа (III):
где
IC
IIC
IIIC
G, G и G являются скоростью высвобождения энергии деформации соответственно в критической моде I, II и III,
LO
d является размерами нижней стороны интерфейсного элемента 208,
9,10
11,12
23,24
21,22
F+F+F+F по осям x, y, z являются соответственно суммарными горизонтальными, вертикальными или нормальными усилиями между узлами из пар связанных узлов, а
5,6
5,6
5,6
5
6
u, v и w являются соответственно горизонтальным смещением, вертикальным смещением или смещением по глубине между узлами N, N.
Еще в одном примере для трещины в плоскости х, y, непрерывно приближающейся от отрицательного направления х, узлы из пар связанных узлов могут инициировать высвобождение при следующих соответствующих модах типа (I), второй моды (II) или третьей моды (III):
где
IC
IIC
IIIC
G, G и G являются скоростью высвобождения энергии деформации соответственно в критической моде I, II и III,
LE
d является размерами левой стороны интерфейсного элемента 208,
9,21
10,22
12,24
11,23
F+F+F+F по осям x, y, z являются соответственно суммарными горизонтальными, вертикальными или нормальными усилиями между узлами из пар связанных узлов, а
8,20
8,20
8,20
8
20
u, v и w являются соответственно горизонтальным, вертикальным и нормальным смещениями между узлами N, N.
На фиг. 8А показана блок-схема, содержащая различные операции способа 800 численного моделирования и анализа по методу конечных элементов развития трещины в конструкции в соответствии с одним из примеров реализации настоящего изобретения. Как показано в блоке 802, способ может включать создание и прием конечно-элементной модели конструкции, в которой множество слоев представлены сеточными ячейками оболочки или объемными элементами, в которых каждая оболочка или объемный элемент образованы совокупностью узлов. Сеточные ячейки оболочки или объемные элементы могут иметь множество интерфейсов, заданных в соответствующем множестве ортогональных плоскостей потенциальной трещины между смежной оболочкой или объемными элементами сеточных ячеек оболочки или объемными элементами.
Способ 800 может также включать задание интерфейсных элементов в указанном множестве интерфейсов, как показано в блоке 804. Каждый интерфейсный элемент может содержать множество пар внешних узлов, которые имеют кластер узлов, расположенный между ними таким образом, что по меньшей мере часть интерфейсного элемента находится в пределах каждого соответствующего интерфейса из множества интерфейсов. Узлы из каждой пары внешних узлов совпадают с соответствующими узлами смежной оболочки или объемных элементов на противоположных сторонах соответствующего интерфейса. Для каждого соответствующего интерфейса из множества интерфейсов каждый узел из кластера узлов связан через соответствующий интерфейс с противоположным узлом из кластера узлов с образованием пары связанных узлов. Узел и противоположный узел из пары связанных узлов совпадают с соответствующими узлами смежной оболочки или объемных элементов на противоположных сторонах соответствующего интерфейса.
Как показано в блоке 806, способ 800 может также включать осуществление анализа разрушения методом конечных элементов в отношении конечно-элементной модели под внешней нагрузкой. На фиг. 8В показана блок-схема, содержащая различные подоперации этапа 806 способа, показанного на фиг. 8А, в том числе установление трещины с вершиной, расположенной в кластере узлов интерфейсного элемента, как показано в блоке 808, и расчет скорости высвобождения энергии деформации в кластере узлов (например, между узлами из пар связанных узлов в кластере узлов) под внешней нагрузкой, как показано в блоке 810. По меньшей мере в одном из примеров этап способа может дополнительно включать выявление развития трещины в интерфейсном элементе на основании рассчитанной скорости высвобождения энергии деформации, как показано в блоке 812.
Согласно примерам реализации настоящего изобретения, система 100 и ее подсистемы и/или компоненты, содержащие систему 102 предобработки, систему 104 обработки и/или систему 106 постобработки, могут быть реализованы с помощью различных средств. Средства для реализации систем, подсистем и их соответствующих элементов могут содержать только аппаратные средства или могут управляться одной или более компьютерными программами из компьютерочитаемого носителя.
В некоторых примерах могут быть предложены одно или более устройств, которые выполнены с возможностью работы в качестве систем, подсистем, приспособлений и соответствующих элементов, показанных и описанных в данном документе, или в противном случае выполнены с возможностью реализации таких систем, подсистем, приспособлений и соответствующих элементов. В примерах, содержащих более одного устройства, соответствующие устройства могут быть соединены друг с другом или в ином случае могут иметь связь друг с другом, реализованную множеством различных способов, например могут быть соединены прямо или косвенно посредством проводной или беспроводной сети, или т.п.
На фиг. 9 показано устройство 900 согласно некоторым примерам реализации настоящего изобретения. В целом, устройство согласно примерам реализации настоящего изобретения может включать или содержать одно или более стационарных или портативных электронных устройств, или может быть встроено в указанное одно или более стационарных или портативных электронных устройств. Примеры подходящих электронных устройств содержат смартфон, планшетный компьютер, портативный компьютер, настольный компьютер, компьютерную рабочую станцию, серверный компьютер или т.п. Устройство может содержать один или более из каждого из некоторого количества компонентов, таких как, например, процессор 902 (например, процессорный блок), соединенный с памятью 904 (например, устройством хранения).
Процессор 902 в целом представляет собой часть компьютерных аппаратных средств, которые выполнены с возможностью обработки информации, такой как, например, данные, компьютерные программы и/или иная подходящая электронная информация. Процессор образован из совокупности электронных схем, некоторые из которых могут быть объединены в интегральную схему или многочисленные взаимосвязанные интегральные схемы (интегральная схема иногда в более общем виде называется чипом). Процессор может быть выполнен с возможностью исполнения компьютерных программ, которые могут быть сохранены на встроенном процессоре или иным образом сохранены в памяти 904 (того же самого или иного устройства).
Процессор 902 может представлять собой некоторое количество процессоров, многопроцессорное ядро или процессор некоторого иного типа в зависимости от конкретного примера реализации. Кроме того, процессор может быть реализован с использованием некоторого количества разнородных процессорных систем, в которых имеется основной процессор с одним или более дополнительных процессоров на одиночном чипе. Еще в одном иллюстративном примере процессор может представлять собой симметричную многопроцессорную систему, содержащую многочисленные процессоры одного и того же типа. Еще в одном примере процессор может быть реализован как одна или более специализированных интегральных схем (ASIC), программируемые логические матрицы (FPGA) или т.п. или в противном случае может содержать указанную одну или более специализированных интегральных схем (ASIC), программируемые логические матрицы (FPGA) или т.п. Таким образом, несмотря на то, что процессор может быть выполнен с возможностью исполнения компьютерной программы для выполнения одной или более функций, процессор согласно различным примерам может быть выполнен с возможностью выполнения одной или более функций без помощи компьютерной программы.
Память 904 в целом представляет собой часть компьютерных аппаратных средств, которые выполнены с возможностью сохранения информации, такой как, например, данные, компьютерные программы (например, компьютерочитаемый программный код 906) и/или иная подходящая информация, на временной основе и/или постоянной основе. Память может содержать энергонезависимую и/или энергозависимую память и может быть установлена с фиксацией или может быть выполнена с возможностью ее извлечения. Примеры подходящей памяти содержат оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), жесткий диск, флэш-память, флэшку, извлекаемую компьютерную дискету, оптический диск, магнитную ленту или их некоторое сочетание. Оптические диски могут содержать постоянное запоминающее устройство на компакт диске (CD-ROM), компакт диск с функцией чтения-записи (CD-R/W), цифровой видео-диск (DVD) или т.п. В различных примерах в память может называться компьютерочитаемым носителем. Компьютерочитаемый носитель представляет собой устройство долговременного хранения данных, выполненное с возможностью сохранения информации и отличающееся от компьютерочитаемой среды передачи данных, такой как электронные кратковременные сигналы, обеспечивающие передачу информации из одного места в другое место. Компьютерочитаемая среда, описанная в данном документе, в целом может называться компьютерочитаемым носителем или компьютерочитаемой средой передачи данных.
В дополнение к памяти, процессор также может быть соединен с одним или более интерфейсами для отображения, передачи и/или приема информации. Интерфейсы могут содержать интерфейс связи (например, блок связи) и/или один или более пользовательских интерфейсов. Интерфейс связи может быть выполнен с возможностью передачи, например на устройство или устройства, сеть или сети или т.п., и/или возможностью приема информации от устройства или устройств, сети или сетей или т.п. Интерфейс связи может быть выполнен с возможностью передачи и/или приема информации посредством физических (проводных) линий связи и/или беспроводных линий связи. Примеры подходящих интерфейсов связи содержат контроллер сетевого интерфейса (NIC), беспроводной контроллер сетевого интерфейса (WNIC) или т.п.
Пользовательские интерфейсы могут содержать дисплей 910 и/или один или более пользовательских интерфейсов 912 ввода (например, блок ввода-вывода). Дисплей может быть выполнен с возможностью представления или отображения информации пользователю иным образом, при этом подходящие примеры такого дисплея содержат жидкокристаллический дисплей (LCD), светодиодный дисплей (LED), плазменный дисплей (PDP) или т.п.
Пользовательские интерфейсы 912 ввода могут быть выполнены проводными или беспроводными, а также могут быть выполнены с возможностью приема информации от пользователя в устройство, например для обработки, сохранения и/или отображения. Подходящие примеры пользовательских интерфейсов ввода содержат микрофон, устройство для захвата изображения или видео, клавиатуру или кнопочную консоль, джойстик, сенсорную поверхность (отделенную от сенсорного экрана или встроенную в него), биометрический датчик или т.п. Пользовательские интерфейсы могут дополнительно включать один или более интерфейсов для связи с периферийными устройствами, такими как принтеры, сканеры или т.п.
Как указано выше, инструкции программного кода могут быть сохранены в памяти и могут исполняться процессором для реализации функций систем, подсистем и их соответствующих элементов, описанных в данном документе. Как будет понятно, любые подходящие инструкции программного кода могут быть загружены на компьютер или иное программируемое устройство из компьютерочитаемого носителя для создания конкретной машины, так что конкретная машина становится средствами для реализации функций, указанных в данном документе. Эти инструкции программного кода также могут быть сохранены на компьютерочитаемом носителе, который может управлять компьютером, процессором или иным программируемым устройством для обеспечения функционирования конкретным образом с созданием конкретной машины или конкретного промышленного изделия. Инструкции, хранящиеся в компьютерочитаемом носителе, могут создать промышленное изделие, причем это промышленное изделие становится средствами для реализации функций, описанных в данном документе. Инструкции программного кода могут быть извлечены из компьютерочитаемого носителя и загружены в компьютер, процессор или иное программируемое устройство для настройки компьютера, процессора или иного программируемого устройства с обеспечением исполнения операций на указанном компьютере, процессоре или ином программируемом устройстве или посредством указанного компьютера, процессора или иного программируемого устройства.
Извлечение, загрузка и исполнение инструкций программного кода могут быть осуществлены последовательно таким образом, что одновременно извлекают, загружают и исполняют одну инструкцию. В некоторых примерах реализаций извлечение, загрузка и/или исполнение могут быть осуществлены параллельно таким образом, что извлекают, загружают и/или исполняют вместе множественные инструкции. Исполнение инструкций программного кода может создать реализуемый компьютером процесс таким образом, что инструкции, исполняемые компьютером, процессором или иным программируемым устройством, обеспечивают операции для реализации функций, описанных в данном документе.
Исполнение инструкций процессором или хранение инструкций в компьютерочитаемом носителе поддерживает комбинации операций для осуществления конкретных функций. Таким образом, устройство 900 может содержать процессор 902 и компьютерочитаемый носитель или память 904, соединенную с процессором, причем процессор выполнен с возможностью исполнения компьютерочитаемого программного кода 906, хранящегося в памяти. Кроме того, будет понятно, что одна или более функций и комбинации функций могут быть реализованы компьютерными системами специального назначения на основе аппаратных средств и/или процессорами, которые выполняют специальные функции, или сочетания из аппаратных средств специального назначения и инструкций программного кода.
Кроме того, настоящее изобретение содержит варианты реализации в соответствии со следующими пунктами:
Пункт 1. Устройство для прогнозирования развития трещины в конструкции, имеющей множество слоев, содержащее процессор и память, хранящую исполняемые инструкции, которые, в ответ на их исполнение процессором, вызывают осуществление устройством по меньшей мере следующего:
создание и прием конечно-элементной модели конструкции, в которой указанное множество слоев представлены сеточными ячейками оболочки или объемными элементами, из которых каждая оболочка или каждый объемный элемент используют совокупность узлов, причем сеточные ячейки оболочки или объемные элементы, имеющие множество интерфейсов в соответствующем множестве ортогональных плоскостей потенциальной трещины, заданы между смежной оболочкой или объемными элементами сеточных ячеек оболочки или объемными элементами,
задание в указанном множестве интерфейсов интерфейсных элементов, каждый из которых содержит множество пар внешних узлов, имеющих кластер узлов, расположенный между ними таким образом, что по меньшей мере часть интерфейсного элемента находится в пределах каждого соответствующего интерфейса из указанного множества интерфейсов, причем узлы из каждой пары внешних узлов совпадают с соответствующими узлами смежной оболочки или объемных элементов на противоположных сторонах соответствующего интерфейса,
причем для каждого соответствующего интерфейса из указанного множества интерфейсов каждый узел из кластера узлов связан через соответствующий интерфейс с противоположным узлом из кластера узлов с образованием пары связанных узлов, а узел и противоположный узел из пары связанных узлов совпадают с соответствующими узлами смежной оболочки или объемных элементов на противоположных сторонах соответствующего интерфейса,
осуществление анализа разрушения методом конечных элементов в отношении конечно-элементной модели под внешней нагрузкой, включающее выполнение устройством следующего:
установление трещины с вершиной, расположенной в кластере узлов интерфейсного элемента,
расчет скорости высвобождения энергии деформации между узлами из пар связанных узлов кластера узлов под внешней нагрузкой, а также по меньшей мере в одном случае
выявление развития трещины вдоль интерфейсного элемента на основании рассчитанной скорости высвобождения энергии деформации.
Пункт 2. Устройство по пункту 1, в котором указанное множество интерфейсов содержат три интерфейса в трех соответствующих ортогональных плоскостях потенциальной трещины,
причем задание интерфейсных элементов устройством включает задание указанным устройством каждого интерфейсного элемента, содержащего по меньшей мере двенадцать пар внешних узлов с расположенным между ними кластером из восьми узлов, а
для каждого соответствующего интерфейса из трех интерфейсов каждый узел в кластере из восьми узлов связан через соответствующий интерфейс со смежным узлом из указанного кластера из восьми узлов, в результате чего связанные узлы по форме образуют куб.
Пункт 3. Устройство по пункту 1, в котором задание интерфейсных элементов устройством включает задание указанным устройством последовательности интерфейсных элементов для каждого соответствующего интерфейса из указанного множества интерфейсов таким образом, что по меньшей мере одна пара внешних узлов одного интерфейсного элемента расположена в паре связанных узлов смежного интерфейсного элемента.
Пункт 4. Устройство по пункту 1, в котором задание интерфейсных элементов устройством включает задание интерфейсных элементов таким образом, что узлы из каждой пары связанных узлов имеют между собой бесконечно большую жесткость, а узлы из каждой пары внешних узлов имеют между собой нулевую жесткость,
причем выявление развития трещины устройством включает присвоение указанным устройством нулевой жесткости между узлами из каждой пары связанных узлов в интерфейсном элементе, через который развивается трещина.
Пункт 5. Устройство по пункту 1, в котором узлы из пар связанных узлов совпадают друг с другом перед развитием трещины,
причем выявление развития трещины устройством включает осуществление указанным устройством следующего:
выявление развития трещины между узлами по меньшей мере из одной пары связанных узлов и в ответ на это
развязывание узлов из указанной по меньшей мере одной пары связанных узлов таким образом, что указанные узлы не совпадают друг с другом для моделирования развития трещины.
Пункт 6. Устройство по пункту 1, в котором расчет скорости высвобождения энергии деформации, осуществляемый указанным устройством, включает осуществление указанным устройством следующего:
расчет по меньшей мере одного усилия между парой связанных узлов и сдвига между узлами из пары внешних узлов интерфейсного элемента и
расчет скорости высвобождения энергии деформации по меньшей мере частично на основании указанного по меньшей мере одного усилия и сдвига.
Пункт 7. Устройство по пункту 1, в котором анализ разрушения методом конечных элементов, осуществляемый указанным устройством, включает определение указанным устройством одного или более видов разрушения конструкции по меньшей мере частично на основании указанного развития трещины.
Пункт 8. Способ прогнозирования развития трещины в конструкции, имеющей множество слоев, включающий:
создание и прием конечно-элементной модели конструкции, в которой указанное множество слоев представлены сеточными ячейками оболочки или объемными элементами, из которых каждая оболочка или каждый объемный элемент используют совокупность узлов, причем сеточные ячейки оболочки или объемные элементы, имеющие множество интерфейсов в соответствующем множестве ортогональных плоскостей потенциальной трещины, заданы между смежной оболочкой или объемными элементами сеточных ячеек оболочки или объемными элементами,
задание в указанном множестве интерфейсов интерфейсных элементов, каждый из которых содержит множество пар внешних узлов, имеющих кластер узлов, расположенный между ними таким образом, что по меньшей мере часть интерфейсного элемента находится в пределах каждого соответствующего интерфейса из указанного множества интерфейсов, причем узлы из каждой пары внешних узлов совпадают с соответствующими узлами смежной оболочки или объемных элементов на противоположных сторонах соответствующего интерфейса,
причем для каждого соответствующего интерфейса из указанного множества интерфейсов каждый узел из кластера узлов связан через соответствующий интерфейс с противоположным узлом из кластера узлов с образованием пары связанных узлов, а узел и противоположный узел из пары связанных узлов совпадают с соответствующими узлами смежной оболочки или объемных элементов на противоположных сторонах соответствующего интерфейса,
осуществление анализа разрушения методом конечных элементов в отношении конечно-элементной модели под внешней нагрузкой, включающее выполнение устройством следующего:
установление трещины с вершиной, расположенной в кластере узлов интерфейсного элемента,
расчет скорости высвобождения энергии деформации между узлами из пар связанных узлов кластера узлов под внешней нагрузкой, а также по меньшей мере в одном случае
выявление развития трещины вдоль интерфейсного элемента на основании рассчитанной скорости высвобождения энергии деформации.
Пункт 9. Способ по пункту 8, согласно которому указанное множество интерфейсов содержат три интерфейса в трех соответствующих ортогональных плоскостях потенциальной трещины,
причем задание интерфейсных элементов включает задание по меньшей мере двенадцати пар внешних узлов с расположенным между ними кластером из восьми узлов, а
для каждого соответствующего интерфейса из трех интерфейсов каждый узел в кластере из восьми узлов связан через соответствующий интерфейс с противоположным узлом из кластера из восьми узлов, в результате чего пары связанных узлов по форме образуют куб.
Пункт 10. Способ по пункту 8, согласно которому задание интерфейсных элементов включает задание последовательности интерфейсных элементов для каждого соответствующего интерфейса из указанного множества интерфейсов таким образом, что по меньшей мере одна пара внешних узлов одного интерфейсного элемента расположена в паре связанных узлов смежного интерфейсного элемента.
Пункт 11. Способ по пункту 8, согласно которому задание интерфейсных элементов включает задание интерфейсных элементов таким образом, что узлы из каждой пары связанных узлов имеют между собой бесконечно большую жесткость, а узлы из каждой пары внешних узлов имеют между собой нулевую жесткость,
причем выявление развития трещины включает присвоение устройством нулевой жесткости между узлами из каждой пары связанных узлов в интерфейсном элементе, через который развивается трещина.
Пункт 12. Способ по пункту 8, согласно которому узлы из пар связанных узлов совпадают друг с другом перед развитием трещины, причем выявление развития трещины включает:
выявление развития трещины между узлами по меньшей мере из одной пары связанных узлов и в ответ на это
развязывание узлов из указанной по меньшей мере одной пары связанных узлов таким образом, что указанные узлы не совпадают друг с другом для моделирования развития трещины.
Пункт 13. Способ по пункту 8, согласно которому расчет скорости высвобождения энергии деформации включает:
расчет по меньшей мере одного усилия между парой связанных узлов и сдвига между узлами из пары внешних узлов интерфейсного элемента и
расчет скорости высвобождения энергии деформации по меньшей мере частично на основании указанного по меньшей мере одного усилия и сдвига.
Пункт 14. Способ по пункту 8, согласно которому осуществление анализа разрушения методом конечных элементов включает определение одного или более видов разрушения конструкции по меньшей мере частично на основании указанного развития трещины.
Пункт 15. Компьютерочитаемый носитель для прогнозирования развития трещины в конструкции с множеством слоев, причем компьютерочитаемый носитель выполнен с возможностью долговременного хранения данных и содержит хранящиеся в нем части компьютерочитаемого программного кода, которые, в ответ на их исполнение процессором, вызывают осуществление устройством по меньшей мере следующего:
создание и прием конечно-элементной модели конструкции, в которой указанное множество слоев представлено сеточными ячейками оболочки или объемными элементами, из которых каждая оболочка или каждый объемный элемент используют совокупность узлов, причем сеточные ячейки оболочки или объемные элементы, имеющие множество интерфейсов в соответствующем множестве ортогональных плоскостей потенциальной трещины, заданы между смежной оболочкой или объемными элементами сеточных ячеек оболочки или объемными элементами,
задание в указанном множестве интерфейсов интерфейсных элементов, каждый из которых содержит множество пар внешних узлов, имеющих кластер узлов, расположенный между ними таким образом, что по меньшей мере часть интерфейсного элемента находится в пределах каждого соответствующего интерфейса из указанного множества интерфейсов, причем узлы из каждой пары внешних узлов совпадают с соответствующими узлами смежной оболочки или объемных элементов на противоположных сторонах соответствующего интерфейса,
причем для каждого соответствующего интерфейса из указанного множества интерфейсов каждый узел из кластера узлов связан через соответствующий интерфейс с противоположным узлом из кластера узлов с образованием пары связанных узлов, а узел и противоположный узел из пары связанных узлов совпадают с соответствующими узлами смежной оболочки или объемных элементов на противоположных сторонах соответствующего интерфейса,
осуществление анализа разрушения методом конечных элементов в отношении конечно-элементной модели под внешней нагрузкой, включающее выполнением устройством следующего:
установление трещины с вершиной, расположенной в кластере узлов интерфейсного элемента,
расчет скорости высвобождения энергии деформации между узлами из пар связанных узлов кластера узлов под внешней нагрузкой, а также по меньшей мере в одном случае
выявление развития трещины вдоль интерфейсного элемента на основании рассчитанной скорости высвобождения энергии деформации.
Пункт 16. Компьютерочитаемый носитель по пункту 15, в котором указанное множество интерфейсов содержат три интерфейса в трех соответствующих ортогональных плоскостях потенциальной трещины,
причем задание интерфейсных элементов устройством включает задание каждого интерфейсного элемента, содержащего по меньшей мере двенадцать пар внешних узлов с расположенным между ними кластером из восьми узлов, а
для каждого соответствующего интерфейса из трех интерфейсов каждый узел в кластере из восьми узлов связан через соответствующий интерфейс со смежным узлом из кластера из восьми узлов, в результате чего связанные узлы по форме образуют куб.
Пункт 17. Компьютерочитаемый носитель по пункту 15, в котором задание интерфейсных элементов устройством включает задание последовательности интерфейсных элементов для каждого соответствующего интерфейса из указанного множества интерфейсов таким образом, что по меньшей мере одна пара внешних узлов одного интерфейсного элемента расположена в паре связанных узлов смежного интерфейсного элемента.
Пункт 18. Компьютерочитаемый носитель по пункту 15, в котором задание интерфейсных элементов устройством включает задание интерфейсных элементов указанным устройством таким образом, что узлы из каждой пары связанных узлов имеют между собой бесконечно большую жесткость, а узлы из каждой пары внешних узлов имеют между собой нулевую жесткость,
причем выявление развития трещины устройством включает осуществление присвоение указанным устройством нулевой жесткости между узлами из каждой пары связанных узлов в интерфейсном элементе, через который развивается трещина.
Пункт 19. Компьютерочитаемый носитель по пункту 15, в котором узлы из пар связанных узлов совпадают друг с другом перед развитием трещины,
причем выявление развития трещины устройством включает осуществление указанным устройством следующего:
выявление развития трещины между узлами по меньшей мере из одной пары связанных узлов и в ответ на это
развязывание узлов из указанной по меньшей мере одной пары связанных узлов таким образом, что указанные узлы не совпадают друг с другом для моделирования развития трещины.
Пункт 20. Компьютерочитаемый носитель по пункту 15, в котором расчет скорости высвобождения энергии деформации, осуществляемый устройством, включает осуществление:
расчета по меньшей мере одного усилия между парой связанных узлов и сдвига между узлами из пары внешних узлов интерфейсного элемента и
расчета скорости высвобождения энергии деформации по меньшей мере частично на основании указанного по меньшей мере одного усилия и сдвига.
Пункт 21. Компьютерочитаемый носитель по пункту 15, в котором анализ разрушения методом конечных элементов, осуществляемый указанным устройством, включает определения одного или более видов разрушения конструкции по меньшей мере частично на основании указанного развития трещины.
Многие модификации и другие примеры реализации настоящего изобретения, приведенные в данном документе, могут прийти на ум специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение, с использованием преимуществ идей, представленных в приведенном выше описании и на соответствующих чертежах. Таким образом, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено конкретными описанными примерами реализации и что в объем прилагаемой формулы изобретения также входят иные модификации и примеры реализации. Кроме того, несмотря на то, что приведенное выше описание и соответствующие чертежи описывают примеры реализации в контексте конкретных примеров сочетаний элементов и/или функций, следует учитывать, что различные сочетания элементов и/или функций могут быть обеспечены в альтернативных реализациях без выхода за пределы объема приложенной формулы изобретения. Таким образом, например, также предусмотрены и комбинации элементов и/или функций, отличные от тех, которые в явном виде описаны выше, и заданные в некоторых из пунктов прилагаемой формулы изобретения. Несмотря на то, что в данном документе введены конкретные термины, эти термины использованы исключительно в общем и описательном смыслах, а не для целей введения ограничения.