Programy PMD a GFEM

Rozsáhlý popis systému je uveden zde

Programové prostředky PMD (Package for Machine Design) umožňují na bázi metody konečných prvků (MKP) řešení obecných úloh mechaniky kontinua. PMD představuje původní soubor fortranských programů a podprogramů na bázi MKP.

PMD je systematicky vyvíjen, testován a používán v České republice od r. 1977.

Soubor programů PMD/PMD-GFEM byl stanoviskem Komise č.5 „Pevnostní výpočty komponent a potrubních systémů“ ze dne 24.11.2015 doporučen pro vytváření podkladů pro bezpečnostní dokumentaci jaderných elektráren typu VVER. (Před tímto datem byl soubor PMD atestován Státním úřadem pro jadernou bezpečnost pod registračním číslem 531.)

Systém PMD umožňuje analyzovat problémy:

  • Stacionárních a nestacionárních teplotních polí

  • Lineární termo - elasto - statiky

  • Nelineární statiky termo - elasto - plasticity a creepu

  • Nelineární statiky velkých deformací, posunutí a rotací

  • Lineární stability

  • Lineární elastodynamiky

  • Nelineární transientní dynamiky - implicitní a explicitní integrace

  • Seizmické odezvy

  • Kontaktu

Pro řešení typických úloh inženýrské praxe byly z PMD sestaveny samostatné problémově orientované programové bloky. V rámci systému spolu programy komunikují prostřednictvím neformátovaných diskových souborů. Jejich vstupní soubory (ASCII) obsahují pouze data potřebná pro řízení výpočtu. Každý z programů zpracovává vhodně vymezený úsek algoritmu.

Programové prostředky PMD zůstávají otevřené jak vůči novým úlohám, které bude třeba řešit (např. implementace moderních materiálových modelů, fyzikálních problémů), tak vůči numerickým metodám a diskretizačním prostředkům (knihovna prvků).

Počínaje r. 1997 je PMD vyvíjen a využíván společně s Ústavem termomechaniky AV ČR.

Program GFEM je grafický procesor systému PMD pro výpočty metodou konečných prvků. Tento program umožňuje generování sítě, zadání okrajových podmínek, spuštění výpočtu a vykreslení výsledků na síti. Programové rozhraní umožnuje zpracování modelů generovaných mimo systém PMD-GFEM. Je možné načíst sítě konečných prvků např. z programů ANSYS, FEMAP, DYNA, PATRAN a dalších.

Výhody pre/postprocesoru GFEM:

  • Dokonalý přehled o síti konečných prvků

  • Minimální degenerace konečných prvků

  • Orientace na mapované sítě - snížení výpočetních nároků

  • Ideální podpora využití kvadratických prvků a efektivní využití hranových uzlů

  • Opravování sítí vytvořených v komerčních generátorech

  • Snazší hodnocení napjatosti podle různých metodik a norem

V systému PMD a programu GFEM je nastavena přísná hranice tolerance k degeneraci prvků. Tato podmínka zajišťuje, že jsou do MKP výpočtu propuštěny pouze kvalitní sítě, z nichž plynou důvěryhodnější výsledky řešení.

Časově náročnější tvorba sítě v procesoru GFEM je bohatě vykoupena smysluplnými výsledky, které lze jednoduše inženýrsky interpretovat.

Vstupy a výstupy procesoru GFEM a propojení s programem PMD.

Procesor GFEM je založen na kinematické formulaci tvorby sítě. Kinematicky vygenerovaná síť má řadu výhod nejen při samotném výpočtu, ale i při hodnocení výsledků. Samotný postup tvorby sítě lze popsat následovně.

Prostředí preprocesoru GFEM Prostředí preprocesoru GFEM

Každá úloha (nová síť) začíná vytvořením jednoho bodu. Z tohoto bodu se vytáhne úsek, který se rozdělí na segmenty - tím vznikly liniové konečné prvky. Aplikací kinematické funkce např. rotace vznikají z liniových objektů plošné prvky, které jsou využity k vytvoření prostorových konečných prvků. Kinematický přístup k tvorbě sítí lze charakterizovat sekvencí - bod - linie - plocha - objem.

V každé fázi generování sítě lze využívat množství nejrůznějších funkcí k transformaci stávající sítě, jedná se, mimo jiné, o projekci na nejrůznější geometrické útvary, či využití zobecněných posunutí. Vzniklé útvary konečných prvků lze skládat dohromady a vytvářet tak složité technické konstrukce, které si zachovávají příznačné a vhodné vlastnosti geometrických submodelů.

Vstupem programu GFEM může být i hotová síť konečných prvků, která se načítá v podobě textových souborů s daným formátem. Vstupní soubory mají charakter incidenční tabulky, která s sebou nese veškeré údaje o geometrickém uspořádání uzlů a elementů. Tyto soubory jsou dva - jeden s příponou .NOD a druhý s příponou .ELE, oba s velmi jednoduchou strukturou. Načítat lze geometrii sítě z libovolného konečnoprvkového programu pomocí jednoduše zřízeného komunikačního protokolu. Každá úloha, ať již nově zpracovaná, načtená nebo upravená se uloží ve formě binárního souboru .TSK, který nese informaci o celé úloze (geometrii, materiálech, zatížení a zatěžovacích stavech) a slouží k další práci s úlohou.

Výstupem programu GFEM jsou soubory, které používá soubor PMD k samotnému výpočtu a řízení úlohy. Jsou to soubory s příponou .I1 - .I5, .IB pro nejčastěji využívanou lineární-termoelastickou analýzu. Pro ostatní typy výpočtu, např. určení vlastních frekvencí, seizmické odezvy, nelineárního či dynamického chování konstrukce přibývají další vstupní soubory např. .IM, .IE, .IF, .ID. Vstupní soubory systému PMD jsou generovány automaticky programem GFEM pomocí přednastaveného uživatelského rozhraní.