DEAS Finite Element Modeling (FEM) udostępnia wszystkie narzędzia potrzebne do wygenerowania modelu metody elementów skończonych (MES) oraz umożliwia przeglądanie wyników przeprowadzonych analiz. Wykorzystuje geometrię bezpośrednio stworzoną w module I-DEAS Master Modeler. Zawiera funkcje modelowania MES, umożliwiające automatyczną generację siatki (dla każdego typu elementu skończonego), definiowanie obciążeń i warunków brzegowych bezpośrednio na geometrii modelu oraz sprawdzenie poprawności modelu. Dane materiałowe mogą być wybrane z modułu I-DEAS Material Data System lub wprowadzone bezpośrednio przez użytkownika.

       Postprocesor służy do przygotowania danych oraz posiada zaawansowane narzędzia graficzne i numeryczne, pozwalające na uzyskanie łatwego w interpretacji obrazu wyników. Dostępnych jest ponad 20 różnych interfejsów do oprogramowania MES innych dostawców.

     Posiada również specjalne moduły do projektowania i analizy struktur kompozytowych oraz do modelowania przestrzennych układów belkowych. Moduł Simulation Advisor, posiada w sobie procesy postępowania ułatwiające niedoświadczonemu użytkownikowi wykonanie pełnej analizy.

Dostęp do geometrii konstrukcji
     Moduł I-DEAS FEM korzysta bezpośrednio z własności konturów, powierzchni oraz geometrii bryłowej stworzonej w modułach I-DEAS Master Modeler i I-DEAS Master Surfacing, tworząc model metody elementów skończonych. Dodatkowo daje dostęp do danych pochodzących z innego oprogramowania CAD.

Geometria dla analizy
    Zaprojektowana geometria często musi być zmodyfikowana aby zbudować poprawny model dyskretny do analizy metodą elementów skończonych. Poszczególne detale mogą wymagać uproszczenia lub wyeliminowania, może być wymagana dodatkowa geometria do kontrolowania gęstości siatki, a płaszczyzny nie pokazywane podczas projektowania mogą być potrzebne do podziału.


        Zestaw narzędzi opisanych niżej, dostępnych w modułach I-DEAS Master Modeler i I-DEAS Master Surfacing pomaga w procesie tworzenia geometrii:

• Własności geometryczne zdefiniowane w module I-DEAS Master Modeler mogą być interaktywnie upraszczane lub eliminowane
• Obiekty geometryczne (punkty, krzywe) mogą być dodawane, modyfikowane lub usuwane na wiele sposobów
• Aby otrzymać dokładne rezultaty używając elementów powłokowych siatka MES powinna być wygenerowana na powierzchni podziału (środkowej), tj. powierzchni pomiędzy powierzchniami: zewnętrzną i wewnętrzną. Oprogramowanie automatycznie generuje powierzchnię środkową wydłużając i docinając ją zgodnie z istniejącą geometrią, możliwie jest również łatwe określenie geometrii podziału bazując na oryginalnym modelu za pomocą takich funkcji, jak:
  - przesunięcie powierzchni,
  - interpolacja lub rzutowanie powierzchni (płaszczyzna między płaszczyznami),
  - wydłużanie powierzchni,
  - dzielenie powierzchni,
  - łączenie oraz krawędzie przenikania płaszczyzn,
• Dane do analizy związane są z oryginalną geometrią części poprzez system zarządzania danymi I-DEAS. Jeśli oryginalna część zostaje zmodyfikowana, prowadzący analizę jest o tym natychmiast informowany, możliwe jest więc pełne uaktualnianie części w sposób automatyczny.

Dostęp do geometrii

• Kontury, płaszczyzny i geometria bryłowa pochodząca z innych systemów CAD, może być wykorzystana poprzez standardy bazujące na IGES, VDA, SET lub bezpośrednie interfejsy
• Specjalne narzędzia do czyszczenia krawędzi i geometrii powierzchniowej z tradycyjnych systemów CAD są również dostępne w modułach I-DEAS Master Modeler i I-DEAS Master Surfacing :
  - automatyczne usuwanie pokrywających się punktów oraz minimalizacja geometrii edytowanych krzywych,
  - przerwy w krzywych usuwane są automatycznie,
  - dodatkowe, przedefiniowane punkty usuwane są automatycznie,
  - małe obszary łączone są w regiony pod przyszły podział,
  - sprzeczna topologia jest automatycznie łączona i usuwana,
  - poprawiane są kierunki krzywych i powierzchni w celu ustalenia zgodności z innymi modułami systemu I-DEAS.

 

Generacja siatki
       Budowanie siatki elementów, która opisuje własności struktury jest bardzo czasochłonną i trudną częścią procesu analizy metodą elementów skończonych. W dodatku, konieczny jest dobór typu elementu i właściwej gęstości siatki tak, aby wyniki były prawidłowe i aby pokazywała ona kształt części poddanej analizie. Moduł I-DEAS FEM oferuje możliwości automatycznej generacji siatki.

Swobodna generacja siatki

• kontrolowany przez użytkownika rozdział generowanej siatki na powierzchni i geometrii bryłowej,
• bezpośrednie dzielenie w jednym kroku geometrii stworzonej w module I-DEAS Master Modeler,
• generacja siatki na powierzchni używając liniowych lub parabolicznych elementów czworokątnych lub trójkątnych,
• generowanie siatki w objętościach używając liniowych, parabolicznych lub p-elementów czworościennych,
• automatyczna zmiana gęstości siatki,
  - jedno określenie globalnej gęstości,
  - automatyczne określanie lokalnej gęstości bazując na rozmiarach geometrii lub określeniu przez użytkownika wartości w punktach lub na krzywych,
  - powiązanie zmian podziału powierzchni z wszystkimi czworokątami,
  - automatyczna optymalizacja bazująca na wygładzaniu w poszukiwaniu minimum dystorsji elementu,
  - ustawianie generacji siatki związanej z własnościami geometrycznymi aby automatyczna aktualizacja była zgodna ze zmianami geometrii podczas projektowania.

 

Siatka adaptacyjna
        I-DEAS FEM posiada unikatowe możliwości automatycznego modyfikowania gęstości podziału, orientacji elementów i ich kształtu aby zredukować błędy analizy wynikające z podziału. Analityk może rozpocząć pracę od podziału zgrubnego a następnie użyć metod adaptacyjnych aby zmienić gęstość tylko w tych miejscach modelu, w których większa gęstość elementów jest potrzebna do osiągnięcia zbieżności.

• Adaptacja bazuje na ocenie wartości rezultatów analizy według obliczonego błędu, z uwzględnieniem poniższych zagadnie
        - niezależność od programu i typu analizy,
        - gęstość energii odkształcenia odniesiona do analizy strukturalnej,
        - błąd energii odkształcenia określający całkowity błąd pomiaru,
        - obliczenie całkowitego gradientu
• Rozdział elementu może być podawany jako część procesu adaptacyjnego.
• Przesunięci dla wybranych węzłów, dalszy podział na elementy, zmiana siatki dla modelu powłokowego, dalszy podział na elementy trójkątne lub czworokątne.
• Przesunięcia węzłów i selektywna zmiana siatki prowadzona dla elementów bryłowych.
• Adaptacja dla p-elementów prowadzona dla liniowej strukturalnej analizy z użyciem elementów czworościennych.
• Możliwości zamrożenia przesunięcia dla wyselekcjonowanych węzłów.

 

Kompletacja modelu
         Po wygenerowaniu siatki konieczne może być jeszcze wykonanie pewnej liczby zadań aby przygotować model do analizy. I-DEAS FEM umożliwia uzupełnienie modelu i weryfikację jego poprawności, używając interaktywnych, graficznych narzędzi.

Biblioteka elementów
      Pełna biblioteka elementów skończonych umożliwia wykonanie różnych typów analiz i przygotowanie modeli MES w najbardziej efektywny sposób:

• ponad 50 elementów zawierających m.in. liniowe i paraboliczne elementy powłokowe oraz bryłowe, osiowosymetryczne powłoki i bryły, belki, pręty, elementy sprężyste, tłumiące, masowe i szczelinowe,
• skalary i inne elementy specjalne posiadają unikatowe symbole graficzne,
• p-elementy (bryłowe czworościenne) przewidziane do liniowej analizy strukturalnej.

Nowoczesne narzędzia do modelowania
          Moduł I-DEAS FEM umożliwia indywidualne ustawianie funkcji, które obecne są podczas modelowania MES

• Funkcje dynamicznego nawigatora użyte są do selekcji bezpośrednio na ekranie
         - dynamiczne podświetlanie własności,
         - filtr do kontroli aktywacji własności podświetlanych i selekcjonowanych,
         - selekcja przed i posygnałowa,
      -ograniczenie obszarów oraz logiczny dobór (np. zależności między  własnościami).
• Grupowanie własności umożliwiające stworzenie logicznego podzbioru modelu oraz manipulację obrazem, związanymi własnościami i rezultatami obliczeń.
• Grupy mogą być zdefiniowane poprzez interaktywną selekcję obrazu jednej lub wszystkich własności.
• Grupy mogą być również zdefiniowane poprzez dowolny atrybut własności taki jak geometria modelu, kolor, sprawdzenie rezultatów modelu, relacje własności (np. węzły związane z elementami, identyfikacja fizycznych i materiałowych własności), ustawienie operacji może być użyte do łączenia, rozdzielania lub obejmowania informacji w grupach.
• Układy współrzędnych mogą być użyte do zdefiniowania wymaganych przemieszczeń lub aby zobaczyć poszczególne wartości takie jak np. naprężenia promieniowe i styczne,
       - dostępny jest kartezjański, cylindryczny i sferyczny układ współrzędnych,
      - definiowanie globalne i lokalne,
      - układy współrzędnych materiału definiowane dla materiału ortotropowego 
      - narzędzia do orientowania materiału dla związania układu współrzędnych elementu z geometrią - szczególnie użyteczne dla kompozytów.
• Można stosować różnego rodzaju operacje na ekranie, pozwalające na selekcję pokazywanych części modelu jak i wybór sposobu pokazywania
       - klawisz wyświetlania własności,
        - wygaszanie.

 

Obciążenia i warunki brzegowe
      I-DEAS FEM posiada duże możliwości definiowania obciążeń i warunków brzegowych, aby poprawnie symulować rzeczywiste środowisko, w którym dana część będzie pracowała

• Obciążenia mogą być zdefiniowane na geometrii i są z nią związane.
      - punkt, krzywa lub powierzchnia bazowa,
      - nizależnie od siatki lecz przykładane do węzłów lub elementów dla rodzaju analizy żądanej przez użytkownika,
      - zmienne funkcyjne przy użyciu równań matematycznych,
      - pasowanie powierzchni poprzez definicję punktów.
• Utwierdzenia definiowane na geometrii i są z nią związane.
     - punkty, krzywe i powierzchnie bazowe,
     - standardowe utwierdzenia takie jak kołki, wodzik i kula są bezpośrednio dostępne dla aplikacji.
• Wiązania i utwierdzenia zawierające przemieszczenia i główne DOF.
• Obciążenia strukturalne.
     - siły i temperatury węzłowe,
     - ciśnienia powierzchniowe, normalne i podążające oraz krawędziowe,
     - przyspieszenia (grawitacja, przemieszczenie, obrót),
     - temperatura otoczenia i odniesienia.
• Obciążenia przewodności cieplnej.
     - źródła ciepła węzłowego i ich rozkład,
     - powierzchniowy i krawędziowy strumień, konwekcja i radiacja.
• Definiowanie kombinacji obciążeń i utwierdzeń oraz ich zapisywanie dla użycia podczas analizy.
• Wszystkie obciążenia i utwierdzenia pokazywane są przy użyciu oryginalnych symboli graficznych.
• Powiązanie obciążeń i utwierdzeń z geometrią jest wykorzystywane i utrzymywane podczas jej zmiany w procesie projektowania.

 

Własności fizyczne i materiałowe
     Własności fizyczne, takie jak grubość elementu powłokowego lub własności przekroju poprzecznego belki magą być wprowadzone interaktywnie i zapisane w bazie danych
I-DEAS.

• Własności wynikają z geometrii, są z nią związane i przyporządkowywane do elementu według życzenia.
• Dostępna jest maska własności aby wprowadzić specyficzne dane do szczególnego programu analizy.
• Dostępny jest katalog standardowych przekrojów belek.

       Własności materiałowe zapisywane są w bazie danych i łatwo można je z niej odczytać. Moduł I-DEAS Material Data System jest dostępny standardowo (dostarczany z Master Modeler lub standardowymi pakietami do projektowania) aby sortować, wybierać i udostępniać komercyjne bazy danych i definiować nieliniowe własności materiałowe. Dane materiałowe są automatycznie uzyskiwane ze związanej z częścią geometrii lub mogą być modyfikowane na potrzeby odpowiedniej analizy.

 

Sprawdzenie modelu
        Wykonywanie analizy MES wadliwego modelu może okazać się stratą czasu i narazić na niepotrzebne koszty. Należy pamiętać o tym, że błędy często nie są widoczne po wykonaniu analizy. Moduł I-DEAS FEM wyposażony jest w kompletne narzędzia graficzne i matematyczne pomagające w weryfikacji, sprawdzające kompletność modelu oraz umożliwiające poprawienie go zanim zostanie przekazany do analizy.

• Sprawdzanie zgodności węzłów i elementów aby wyeliminować duplikaty.
• Sprawdzanie wolnych krawędzi i powierzchni aby uniknąć niepożądanych rozwarstwień w modelu.
• Obraz rozdzielonych elementów aby sprawdzić czy element jest położony właściwie.
• Obraz układu współrzędnych i obraz połączeń elementu aby zabezpieczyć właściwą orientację belek i powłok,
  - połączenia elementów mogą być sprawdzane automatycznie poprzez określenie ziarnistości elementu do kontroli.
• Obliczenia sprawdzające masy i mometu bezwładności, własności fizycznych i materiałowych.
• Kontrola kształtu elementu określająca, który z elementów przekracza limit i może powodować błędne wyniki,
  - dystorsja,
  - paczenie,
  - rozciągnięcie,
  - kąt wewnętrzny,
  - położenie węzła środkowego.

 

Optymalizacja modelu
        Czas rozwiązywania modelu w metodzie elementów skończonych zależy m.in. od rozmiarów macierzy do rozwiązania, jej półpasma i czoła fali. Moduł I-DEAS FEM posiada narzędzia do minimalizacji półpasma i czoła fali elementu, które minimalizują rozmiar modelu używając różnych metod rozwiązywania.

Analiza
       Po sprawdzeniu i uzupełnieniu modelu można przystąpić do analizy. Moduł I-DEAS FEM jest bezpośrednio zintegrowany z modułami SDRC do analizy MES liniowych i nieliniowych, dynamicznych, optymalizacji 3D, termicznych, przepływów połączonych z wymianą ciepła i analizą wariantową MES.

I-DEAS Model Solution i I-DEAS Optimization
        Pracując bezpośrednio z bazą danych I-DEAS oraz z modułami I-DEAS Model Solution i I-DEAS Optimization dostępne są łatwe w użyciu narzędzia do analiz liniowych i nieliniowych oraz optymalizacji 3D metodą elementów skończonych.

I-DEAS TMG
      Analizy termiczne w stanach ustalonych i nieustalonych, z uwzględnieniem wymiany ciepła przez promieniowanie, konwekcję i przewodzenie realizowane są za pomocą modułu I-DEAS TMG.

Interfejsy do rozwiązywania
       Wykonanie nietypowych analiz jest możliwe poprzez interfejsy do innych systemów. SDRC dostarczyło bezpośrednie interfejsy i ponad 20 dostawców przygotowało interfejsy do systemu I-DEAS:

• Bezpośredni interfejs do programów ABAQUS, ANSYS i NASTRAN.
• Dostawcy napisali i dostarczają interfejsy do programów do nieliniowej strukturalnej analizy, akustycznej, termicznej, elektromagnetycznej, procesów wytwarzania i analizy przepływów.
• Użytkownik ma dostęp poprzez uniwersalne pliki ASCII lub przez moduły I-DEAS Open Link i I-DEAS Open Data.

Przeglądanie wyników i postprocesor
       Aby analiza umożliwiała szybkie podejmowanie decyzji na temat zmian projektowych, rezultaty powinny być prezentowane w zrozumiałej formie.
I-DEAS FEM pozwala na wizualizację modelu oraz prezentację wyników analizy w praktycznie dowolny sposób.

• Uwzględnia wyniki dla kompletnej biblioteki elementów belkowych, powłokowych i bryłowych.
• Udostępnia dane o przemieszczeniach, naprężeniach, odkształceniach, energii odkształcenia, siłach reakcji, energii kinetycznej, temperaturach i przepływie ciepła,
  - użytkownik określa jednostki wyników.
• Pokazywanie konturu dla obciążeń i wyników,
  - linie, wypełnienie kolorami oraz opcja cieniowania,
  - do 78 dostępnych konturów do kontroli poziomów i interwałów,
  - kontury na zdeformowanej geometrii,
  - kontury na przekrojach modelu,
  - animacja konturu dla przemieszczeń lub zmiennych czasowych.
• Animacja geometrii po deformacji
• Możliwość tworzenia wykresów 2D i 3D
  - przez geometrię modelu,
  - dla zmiennych czasowych.
• Pokazywanie kryteriów dla określenia charakteru zmian w projekcie,
• Strzałki określające wektory i tensory danych,
• Diagramy rozwinięć i obrazy dla grup zdefiniowanych dla modelu, naprężenia i siły od elementu.
• Mapa danych dla tekstu pokazującego wartości bezpośrednio na modelu,
• Nakładanie wszystkich powyższych obrazów, określając gęstość poziomu kolorów.
• Wybieranie grup do obliczeń i do wizualizacji,
• Akceptowanie węzłowego tensora naprężeń i określanie wartości pochodnych takich jak wg Misesa, wartości głównych i zgięciowych (składowe X-Y-Z i wartości poprzeczne),
  - kombinacje i skalowanie rezultatów dla kombinacji przypadków obciążeń oraz studiowanie przypadków "co jeśli",
  - użytkownik określa obliczane rezultaty poprze funkcje matematyczne dla podanych przez niego kryteriów błędu,
  - powierzchnie powłok i naprężenia zgięciowe/membranowe.
• Wybór sortowania i podawanie wyników w tabelach.
• Numeryczne raporty wyników pokazywane na osobnym ekranie.
• Możliwość dołączania uwag oraz tworzenia gotowych wzorców sprawozdań.