FASTRAN
– FEM Software for predicting stress-deformed condition of the ship structures
General Information
One of the most important problems, arising during
exploitation of various engineering structures of maritime transport, is to
estimate the residual strength of structural elements, parts and units,
operating in real production conditions. Sea-going vessels are the most
numerous and responsible part among all objects of maritime transport. Their
hulls belong to the same group of constructions, the strength of which the most
difficult to assess due to the extreme complexity of the design. Therefore, the
development of numerical methods for the analysis of the stress-deformed
condition of the ship hull structures is a highly relevant.
The most promising method for estimation of the
stress-deformed condition of ship structures is the finite-element method,
which is based on the provisions of structural mechanics and easily implemented
on modern digital systems with large memory and high operation speed. Today,
there are a lot of commercial software products which realize fundamentals of
the method: ANSYS, NASTRAN, ABAQUS,
ADINA, etc. However, all these packages are
extremely expensive and often represent "black boxes" in which the
engineer can not make any changes based on the needs of a specific task. So,
the most important thing is the development of independent techniques for the
analysis of the stress-deformed condition of the ship hull structures on the
basis of the finite element method.
Basics of Operation
Program FASTRAN, which is presented below, is an attempt
to create an independent software product for estimation the dynamics of the
stress-deformed condition of the ship hull structures by means of the finite
element method.
This program consists of a preprocessor, processor and
post-processor. The purpose of the preprocessor - to display preliminarily
prepared tabular data of the computational model in convenient visual form at
current time step (using the methods of 3D graphics). The purpose of the
processor - to calculate tabular data of the computational model by means of
the finite element method (using high-speed calculation methods for sparse
matrices), and receive resulting tables with stresses and strains in each
element of the computational model at current time step. The purpose of the
postprocessor - to display the results of calculation in convenient visual form
at current time step.
Key commands
Consecutive
transition from the preprocessor to the processor and then to the postprocessor
can be done by pressing "Spacebar".
Step A (preprocessor):
"Arrow
Left" - turn camera left;
"Arrow
Right" - turn camera right;
"Arrow Up"
- turn camera up;
"Arrow
Down" - turn camera down;
"Page Up"
- bring camera nearer;
"Page Down"
- bring camera farer;
"X"
- turn camera clockwise;
"Z"
- turn camera counterclockwise;
"R"
- return camera to initial position;
"N"
- turn on/off node labeling mode;
"E"
- turn on/off element labeling mode;
"F"
- turn on/off element filling mode;
"S"
- turn on/off element shading mode;
"I"
- turn on/off element information mode;
"End"
- view next time step;
"Home"
- view previous time step;
"Esc"
- deselect element.
"Left
Mouse Button" + "Mouse
Move" - rotate camera position;
"Right
Mouse Button" - select element (element full/brief information).
Step B (processor):
"A"
- turn on/off automatic calculation mode;
"End"
- calculate next time step.
Step C (postprocessor):
"Arrow
Left" - turn camera left;
"Arrow
Right" - turn camera right;
"Arrow Up"
- turn camera up;
"Arrow
Down" - turn camera down;
"Page Up"
- bring camera nearer;
"Page Down"
- bring camera farer;
"X"
- turn camera clockwise;
"Z"
- turn camera counterclockwise;
"R"
- return camera to initial position;
"N"
- turn on/off node labeling mode;
"E"
- turn on/off element labeling mode;
"F"
- turn on/off element filling mode;
"S"
- turn on/off element shading mode;
"I"
- turn on/off element information mode;
"End"
- view next time step;
"Home"
- view previous time step;
"Esc"
- deselect element.
"}"
- view next result vector (stresses and strains calculated before);
"{"
- view previous result vector (stresses and strains calculated before);
"+"
- increase construction deformation degree (deformation scale);
"-"
- decrease construction deformation degree (deformation scale);
"Tab"
- select current extreme value (max stress, min stress, max strain, min strain);
">"
- increase current extreme value;
"<"
- decrease current extreme value.
"Left
Mouse Button" + "Mouse
Move" - move camera position;
"Right
Mouse Button" - select element (element full/brief information).
Possible Problems
To avoid problems with
calculation process change you regional standards ("Start" >
"Control panel" > "Language and Regional Standards").
Set the value at the text box "Delimiter of the integer and fractional
part of the number" from "," (comma) to "." (dot).
Additional Information
Additional
Materials includes:
FASTRAN – конечно-элементная программа для
расчета напряженно-деформированного состояния судовых конструкций
Общая информация
Одной из основных задач, возникающих в процессе
эксплуатации различных инженерно-технических сооружений морского транспорта,
является оценка остаточной прочности элементов конструкций, деталей и узлов,
работающих в реальных производственных условиях. Среди всех объектов морского
транспорта наиболее многочисленными и ответственными являются морские суда.
Корпуса современных водоизмещающих транспортных судов относятся к той группе
сооружений, прочность которых оценивать наиболее трудно ввиду крайней сложности
конструкции. Поэтому разработка численных методов анализа напряженно-деформированного
состояния судовых корпусных конструкций крайне актуальна.
Наиболее перспективным методом, позволяющим оценить
напряженное состояние судовых конструкций, является метод конечных элементов,
основанный на положениях строительной механики и сравнительно просто реализуемый
на современных цифровых системах с большими объемами памяти и высоким
быстродействием. На сегодняшний день существует большое количество коммерческих
программных продуктов реализующих основные положения метода: ANSYS, NASTRAN, ABAQUS,
ADINA и т.д. Однако, все эти пакеты крайне дороги и
зачастую представляют собой «черные ящики», в которых инженер не может что-либо
изменить исходя из нужд конкретной задачи. Поэтому большую актуальность
приобретает разработка независимых методик анализа напряженного состояния
судовых корпусных конструкций в частности на основе метода конечных элементов.
Основы функционирования
Представленная ниже программа FASTRAN является попыткой создания
независимого программного продукта позволяющего оценить динамику изменения напряженно-деформированного
состояние судовых корпусных конструкций на основе метода конечных элементов.
Данная программа состоит из препроцессора, процессора и
постпроцессора. Задача препроцессора – отображение заранее подготовленных табличных
данных расчетной модели в удобной визуальной форме на данном временном шаге (с
использованием методов 3D графики). Задача процессора – вычисление табличных
данных расчетной модели посредством метода конечных элементов (с использованием
высокоскоростных методов вычисления разреженных матриц) и получение таблиц
напряжений и деформаций, действующих в каждом элементе расчетной модели на
данном временном шаге. Задача постпроцессора – отображение полученных
результатов расчета в удобной визуальной форме на данном временном шаге.
Командные клавиши
В процессе работы программы происходит последовательный
переход от препроцессора к процессору и затем к постпроцессору посредством
клавиши "Пробел".
Шаг A
(препроцессор):
"Стрелка Влево" - поворот камеры влево;
"Стрелка Вправо" - поворот камеры вправо;
"Стрелка Вверх" - поворот камеры
вверх;
"Стрелка Вниз" - поворот камеры вниз;
"Page Up" - приближение камеры;
"Page Down" - удаление камеры;
"X" - поворот камеры по часовой
стрелке;
"Z" - поворот камеры против
часовой стрелки;
"R" - возвращение камеры в
исходную позицию;
"N" - включение/выключение
режима отображения номеров узлов;
"E" - включение/выключение
режима отображения номеров элементов;
"F" - включение/выключение
режима прозрачности элементов;
"S" - включение/выключение
режима затенения элементов;
"I" - включение/выключение
режима вывода подробной информации по отдельным элементам;
"End" - отображение состояния
расчетной модели на последующем временном шаге;
"Home" - отображение состояния
расчетной модели на предыдущем временном шаге;
"Esc" - снятие выделения с
текущего элемента.
"Левая кнопка мыши" + "Движение мыши" – поворот камеры;
"Right Mouse Button" – выделение текущего
элемента (полная/краткая информация об элементе).
Шаг B (процессор):
"A" - включение/выключение
режима автоматического вычисления расчетной модели;
"End" – выполнить вычисление
расчетной модели на следующем временном шаге.
Шаг C (постпроцессор):
"Стрелка Влево" - поворот камеры
влево;
"Стрелка Вправо" - поворот камеры вправо;
"Стрелка Вверх" - поворот камеры
вверх;
"Стрелка Вниз" - поворот камеры вниз;
"Page Up" - приближение камеры;
"Page Down" - удаление камеры;
"X" - поворот камеры по часовой
стрелке;
"Z" - поворот камеры против
часовой стрелки;
"R" - возвращение камеры в
исходную позицию;
"N" - включение/выключение
режима отображения номеров узлов;
"E" - включение/выключение
режима отображения номеров элементов;
"F" - включение/выключение
режима прозрачности элементов;
"S" - включение/выключение режима
затенения элементов;
"I" - включение/выключение
режима вывода подробной информации по отдельным элементам;
"End" - отображение состояния
расчетной модели на последующем временном шаге;
"Home" - отображение состояния
расчетной модели на предыдущем временном шаге;
"Esc" - снятие выделения с
текущего элемента.
"}" - просмотр следующего набора полученных
результатов расчета (напряжения и деформации);
"{" - просмотр предыдущего набора полученных
результатов расчета (напряжения и деформации);
"+" - увеличить степень
отображаемой деформации (деформационная шкала);
"-" - уменьшить степень
отображаемой деформации (деформационная шкала);
"Tab" - выбор текущего
экстремального параметра (макс. напряжение, мин. напряжение, макс. деформация, мин.
деформация);
">" - увеличение значения
текущего экстремального параметра;
"<" - уменьшение значения
текущего экстремального параметра.
"Левая кнопка мыши" + "Движение мыши" – поворот камеры;
"Right Mouse Button" – выделение текущего
элемента (полная/краткая информация об элементе).
Возможные проблемы
Для предотвращения проблем с работой программы
рекомендуется изменить региональные настройки вашего компьютера ("Пуск"
> "Панель управления" > "Язык и Региональные стандарты").
В появившемся диалоговом окне "Региональные параметры", необходимо
нажать кнопку "Настройка" и заменить "," (запятую) на "."
(точку) в пункте "Разделитель целой и дробной части".
Дополнительная информация
Дополнительные материалы включают:
