Универсальный программный комплекс "СТАДИО" для численного решения линейных и нелинейных задач теории поля, статики, устойчивости и динамики пространственных комбинированных систем: общая характеристика и суперэлементные возможности

В настоящей статье представлена общая характеристика наукоемкого универсального программного комплекса СТАДИО, предназначенного для численного решения стационарных и нестационарных задач теории поля, расчетов статического, температурного и динамического напряженно-деформированного состояния (НДС), устойчивости и прочности произвольных комбинированных механических систем (массивно-оболочечно-пластинчато-мембранно-стержневых с «жесткими» телами, полостями жидкости и внутренними связями, изо- и ортотропными материалами) в плоской, осесимметричной и трехмерной линейной и нелинейной постановках. Кратко описан состав программного комплекса СТА-ДИО, в части его теоретических основ приведены основные положения и матричные соотношения метода суперэлементов (являющегося, как известно, одним из наиболее действенных способов повышения универсальности и увеличения вычислительной эффективности конечноэлементных алгоритмов), а также методов динамического синтеза подконструкций и субмоделирования. Суперэлементный алгоритм распространен также на решение системы линейных уравнений на каждом шаге неявной схемы прямого интегрирования уравнений движения и на каждой итерации при расчете собственных колебаний, однако альтернативный и более эффективный подход состоит в построении специальных суперэлементных алгоритмов, основанных на непосредственной конденсации уравнений движения и идеологически близких методу динамического синтеза подконструкций. Опции субмоделирования, в частности, являются важными для уточненного анализа трехмерного НДС тяжело нагруженных узлов-деталей рассматриваемых объектов. В целом, представление глобальной расчетной модели системы в виде совокупности подконструкций является также очень удобным для ее описания и создает предпосылку для создания (применения) эффективных пре- и постпроцессорных программных средств. В статье также приведены сведения о верификации и опыте использования программного комплекса СТАДИО, а также рассмотрены перспективы развития.

Universal Software System “STADYO” for the Numerical Solution of Linear and Nonlinear Problems of the Field Theory, Statics, Stability and Dynamics of Spatial Combined Systems: General Parameters and Superelemental Features

The distinctive paper presents the general papers of the science-based universal software system “STADYO” intended for the numerical solution of stationary and nonstationary problems of field theory, analysis of static, temperature and dynamic stress-strain state (SSS), stability and strength of arbitrary combined mechanical systems (massive-shell-lamellar-membrane-rod with “rigid” bodies, fluid cavities and internal bonds, isotropic and orthotropic materials) into a flat axis, axisymmetric and three-dimensional linear and nonlinear formulations. The composition of the “STADYO” software system is briefly described; in terms of its theoretical foundations, the main provisions and matrix relationships of the superelement method (which is known to be one of the most effective ways to increase the universality and increase the computational efficiency of finite element algorithms) are presented, as well as methods for dynamic synthesis of substructures and submodelling. The superelement algorithm is also extended to solving a system of linear equations at each step of the implicit scheme of direct integration of the equations of motion, and at each iteration in the calculation of natural oscillations; however, an alternative and more efficient approach consists in constructing special superelement algorithms based on the direct condensation of the equations of motion and ideologically close to the method of dynamic synthesis of substructures. The submodelling options, in particular, are important for the refined analysis of the three-dimensional SSS of heavily loaded component parts of the objects under consideration. In general, the presentation of the global design model of the system as a set of substructures is also very convenient for its description and creates the prerequisite for the creation (application) of effective pre- and postprocessor software. The paper also provides information on verification and experience in the use of the “STADYO” software system, as well as prospects for development.