Предисловие

Прежде чем приступить собственно к лекциям, представляется целесообразным заранее, на берегу, сделать ряд замечаний с целью свести к минимуму неоправданные потери времени у слушателей и, не исключено, снять изначально многие из не заданных пока еще вопросов. По мнению автора, самое главное при этом состоит в том, чтобы "на пальцах" объяснить слушателям не только то, что их ждет, но и (что, возможно даже более важно) то, чего в рамках этого курса изучать мы точно не будем.

Начнем с ответа на очевидный вопрос: "Почему именно ANSYS ?". В самом деле, в мире предлагается множество самых разнообразных программных комплексов, например, MARC, ABAQUS, DEFORM, COSMOS, NASTRAN и т.п. Почему же автор выбрал именно ANSYS ? Ответ очень прост: во второй половине 1990-х гг. у автора просто ничего другого под рукой не было. За прошедшие годы у него не возникло необходимости в переходе к другому программному продукту. И именно по этой причине автор не ставит своей целью проведение каких-либо сравнительных оценок известных программных комплексов. В рамках данного курса сделана попытка рассказать слушателям о том, какие именно задачи уже удалось решить, какие при этом возникали проблемы, какие интересные результаты были получены. Причем все исходя из личного опыта, а не информации, почерпнутой из книг, написанных другими авторами. Почему так? Автор искренне убежден в том, что кандидаты технических наук и молодые преподаватели УГНТУ в состоянии самостоятельно читать книги и учебно-методические пособия. И для этого им совсем не нужно обращаться за помощью в ИПК УГНТУ. Кроме того, никаких книг по ANSYS, которых в последние годы появилось множество, автор не читал, поскольку не видел в этом необходимости. Поэтому задавать ему вопросы на тему о том, почему в одной книге написано то-то и то-то, а в другой− нечто совсем другое, не имеет смысла.

Другой вопрос, который часто задают автору, формулируется примерно следующим образом. Вот Вы, как мы слышали, освоили ANSYS. Не могли ли Вы помочь нам решить ту или иную задачу, используя этот программный комплекс? Не исключено, что некоторые из пришедших в аудиторию слушателей такие вопросы уже приготовили. Для того чтобы попытаться кратко ответить на этот вопрос, воспользуемся методом аналогий. Автор, много лет работая в среде ANSYS, часто сравнивает его с хорошим пианино. И в этом смысле другие програмные комплексы могут рассматриваться как те же самые пианино от других производителей. И именно по этой причине он не спешит менять инструмент: от добра добра не ищут. Но перейдем к ответу на сформулированный выше вопрос: не может ли автор за 2-4 пары помочь тому или иному слушателю решить его проблемы ?
Предположим, что автор приобрел в свое распоряжение пианино и научился играть на нем некоторые этюды и пьесы, и, возможно, даже сам стал что-то писать. Из этого же не следует, что он уже умеет играть на этом пианино 5-ю симфонию Бетховена или ноктюрн Шопена, не так ли? И уж тем более из этого не следует, что он уже умеет сам писать подобного рода музыкальные произведения. По этой причине автор не ставит задачи научить слушателей писать ноктюрны и увертюры и решать другие интересные им (слушателям) проблемы. В то же время, автор готов поделиться со слушателями тем, что узнал сам, пощупал своими собственными руками, где именно набил свои собственные шишки, на какие грабли наступил и от каких сумел увернуться.
Резюме следующее: Не стреляйте в пианиста − он играет как умеет.

Если аналогия с пианино не совсем понятна, попробуем подойти к этому же вопросу с другой стороны. Автор является специалистом в области, если говорить очень широко, механики деформируемого твердого тела. Если говорить более предметно и ответственно, то − механики сверхпластичности. Это чрезвычайно узкая область, охарактеризовать которую может аналогия, предложенная Михаилом Жванецким: "Ну, в общем, это про что-то там в носу". Такая узкая специализация вообще характерна для всего современного естествознания. Время мыслителей прошлого масштаба Исаака Ньютона или Альберта Эйнштейна ушло и уже вряд ли вернется. Вряд ли в мире сейчас можно назвать фамилии людей, которые были бы специалистами в достаточно широкой области не только естествознания, но и, скажем, физики, химии, медицины, механики и т.д. Каждый исследователь специализируется в очень узкой области, как отмечено выше, про что-то там в носу. Поэтому не стоит ожидать от него ответов на вопросы, который каждый из слушателей накопил в своей узкопрофессиональной области.
Широко распространено заблуждение, которое часто используется в рекламе. Автор для краткости называет его так: "Компьютер ставит диагноз". Разрешите огорчить вас и рассказать суровую правду жизни об аисте и капусте: никаких диагнозов компьютер не ставит. Сказки это. На это утверждение автор иногда слышит в ответ: но ведь ANSYS − это сертифицированный (лицензированный, надежный, проверенный, уважаемый, заслуживающий доверия и т.д. − выбери подходящее) программный продукт, он не может ошибаться! Автор в ответ говорит следующее. Компьютер − это железка. Ей что скажешь, то она и делает. И если вы сядете за руль шикарного Мерседеса, то никто вам при этом не мешает доехать до ближайшего фонарного столба. На этом самом Мерседесе. Сертифицированном, лицензированном, надежном, проверенном и т.д. На нем еще нужно научиться ездить, и правила дорожного движения (ПДД) тоже неплохо бы знать. Так и с ANSYS: на нем еще нужно научиться ездить (задача сама по себе сравнительно несложная). Но вот что касается ПДД ANSYS... Чтобы ставить диагнозы, нужно быть врачом. Чтобы эффективно использовать ANSYS для решения краевых задач механики, нужно быть специалистом в области механики. И т.д.

Следующая проблема, с которой пришлось столкнуться автору в процессе общения с коллегами, является труднообъяснимый страх некоторых специалистов старшего возраста при переходе к новым возможностям, появившимся в результате взрывного развития средств вычислительной техники. Наверняка у каждого из вас есть знакомые, которые до сих пор не пользуются Интернетом исключительно из-за боязни компьютера. Вспомните, как Президент РФ на всю страну отчитывал одного из губернаторов, которому помощники клали на стол бумажные документы. Аналогичная ситуация встречается и в среде профессионалов старшего возраста. Бояться не нужно. Чтобы научиться ездить на ANSYS, не нужно больших затрат времени. Но вот для того чтобы изучить ПДД ANSYS, иногда требуется вся жизнь.

В рамках настоящего курса мы будем заниматься ездой по автодрому под руководством инструктора. И маршрут выберем самый простой, и рычаги управления изучим только те, которые нам будут нужны для того, чтобы проехать учебную трассу. И уж само собой, мы не будем лезть внутрь этого Мерседеса чтобы узнать, какие именно у него тормозные колодки и покрышки, и как передается поворот руля к колесам. Это все остается за скобками курса.

Теперь поговорим о самих подходах к изучению правил игры, то есть к тому, как нажимать на кнопки. Или, говоря более аккуратно, как осваивать новый для вас программный продукт? Автор ни в коей мере не навязывает слушателям тот или иной подход, просто считает своим долгом поставить их об этом в известность.
Пусть нам почему-то захотелось изучить новый программный продукт, назовем его для определенности "Бабочка". По информации, полученной от знакомых, или через Интернет, или от коллег по работе, мы уже знаем, что этот программный продукт может смоделировать полет бабочки и хотим сейчас сами научиться делать это, тем более, что сам продукт у нас уже установлен кем-то на нашем компьютере.
Первый подход, который получает в последние годы все более широкое распространение, основан на том, чтобы где-то у кого-то узнать (спросить, прочитать, подслушать − выбери подходящее) на какие именно кнопки следует нажать, чтобы бабочка наша полетела. Например, если деньги жмут нам ляжку, купим мы дорогущую книгу типа "Бабочка для чайников" в местном книжном магазине, откроем ее на нужной странице и станем читать. Прочитали предложение, нажали кнопочку, посмотрели результат, сравнили с тем, что есть в книжке. Получилось? − Ура! Нет? − Снова читаем.. И т.д. Знаком вам такой подход? Автор за всю свою сознательную жизнь никогда не пользовался этим первым подходом. Возможно, связано это с тем, что никаких книжек по тем программным продуктам, которые ему приходилось осваивать, тогда просто не было в продаже. Возможно, с чем-то другим. Как бы то там ни было, но в результате он никому не советует использовать такой подход. Хотя, конечно, и не запрещает, поскольку Конституции РФ этот подход не противоречит.
Второй подход заключается в следующем. Вы сознательно не читаете никаких книг, не спрашиваете совета у коллег, не ищете информации в Интернете, а вместо всего этого просто запускаете программу и начинаете в ней работать. Главным недостатком такого подхода к освоению нового программного продукта являются большие затраты времени на начальном этапе. Однако они с лихвой окупаются на более поздней стадии.
Каждый выбирает по себе женщину, религию, дорогу.
Дьяволу служить или пророку − каждый выбирает по себе...

Теперь о том, что ждет нас в ближайшие 4 пары. Сам автор человек крайне недоверчивый. И любой рекламной информации просто не верит. И программным продуктам не шибко доверяет, предпочитает всегда сам писать программы, которые ему нужны в жизни. И в ANSYS он, кстати, не верил до тех пор, пока не прощупал его своими собственными руками. Тут уж ему просто деваться было некуда: для того чтобы написать программу уровня ANSYS, нужны годы жизни, а те люди, которые занимались этими вопросами у нас в стране, в лихие 90-е ушли на базар колготками женскими торговать или за бугор подались от безысходности. Автор принадлежит к тем, кто вернулся. Зачем? − Пыльные стекла к празднику протирать. В результате ему пришлось всерьез задуматься, в поисках ответа на извечный российский вопрос: что делать? Поэтому и стал изучать современное программное обеспечение. Естественно, не самое лучшее, которое у нас в стране просто приказало долго жить, а зарубежное, поскольку науку там никто уничтожать не собирался и не собирается.
Было еще и второе соображение, стоит ли о нем тут говорить? Дело в том, что помимо судьбы России в мире происходило много всякого разного и без этого. Если раньше разработка программных комплексов уровня ANSYS была возможна усилиями одного или нескольких высококвалифицированных программистов, то к 2000 г. ситуация изменилась просто кардинально. Об этом хорошо говорит в своих лекциях Ивар Якобсон, − тот, который со своими друзьями Rational Rose и язык UML создали. Интересующиеся могут обратиться к первоисточнику, а здесь лучше привести цитату из статьи автора 2007 г. В ней содержится ответ на вопрос о том, почему он стал изучать ANSYS. Кому интересно, прочтет, а кому нет − пропустит при первом чтении.

************************************

Бурное развитие компьютерной техники привело в настоящее время к возникновению качественно новой по сравнению с недавним прошлым ситуации, когда многие заводские лаборатории оказались оснащены мощной компьютерной техникой и современным программным обеспечением. Традиционные проблемы, связанные с машинным временем, объемом оперативной памяти, быстродействием постепенно уходят в прошлое. На повестку дня встают совершенно новые задачи. Если раньше для создания математической модели технологического процесса необходимо было уметь грамотно ставить краевую задачу, выбирать метод и алгоритм ее решения, писать программу, отлаживать ее, тестировать и т.д., - и на это уходили многие годы труда научного коллектива, то теперь, вообще говоря, создать математическую модель практически любого технологического процесса можно за очень короткий срок. Сейчас не то что в каждой лаборатории, но и почти в каждом доме имеется современный персональный компьютер, который по своим возможностям намного превосходит все, о чем только мечтать могли научные сотрудники в прошлом веке. И как он сейчас по факту используется? На деле, а не на словах? Положа руку на сердце, следует признать, что чаще всего на практике используются все эти компьютеры для оформления служебной документации, подготовки отчетов, публикаций и выхода в сеть Интернет (если не говорить о компьютерных играх и мультимедийных приложениях, которые к делу, вообще говоря, отношения не имеют). Таким образом, по факту складывается следующая ситуация: в распоряжении каждого инженера-практика уже на самом деле, а не на словах, имеются мощнейшие инструменты исследования (персональный компьютер плюс современное программное обеспечение), однако на практике эти инструменты, если и применяются, то разве что для делопроизводства, оформления отчетности, статей и диссертаций. В этой связи представляется целесообразным использовать доступные всем средства вычислительной техники и современное программное обеспечение для решения практических проблем, возникающих при разработке и совершенствовании технологических процессов обработки металлов давлением.

************************************

Вернемся к нашим ба... то бишь ANSYS. Что же мы делать с ним будем-то? Итак, давайте мы с вами тоже не поверим программе ANSYS! И устроим ей коллективную проверку на вшивость! Поскольку деваться-то вам все равно уже некуда, соглашаться, по-видимому, придется. Куда податься бедному крестьянину?.. И в ходе этой проверки мы не только и не столько проверим сам ANSYS, сколько проверим самих себя, а правильно ли мы им пользуемся? По крайней мере, эта, оборотная, сторона медали и используется в том курсе, который предлагается вашему вниманию.

Итак, в ближайшие 4 пары всем слушателям предстоит следующее
• Проверить программу ANSYS на вшивость
• Убедиться своими собственными руками в том, что ANSYS работает правильно
• Убедить преподавателя в том, что вы в этом на самом деле убедились

Переведем на русский язык, то, что выше изложено. Что означает фраза "Проверить программу ANSYS на вшивость"? Ну, ребята, мы же все преподаватели! Нас ли этому учить.. Это же элементарно, Ватсон! Нужно придумать такую задачу, решение которой мы знаем, а студент (читай ANSYS) не знает и дать ему ее решить. Логично? Осталось только эту самую задачу найти. Решение которой мы знаем.. Задачи такого рода хорошо известны, − загляните в раздел Линейные задачи. Одной из таких задач является классическая задача теории упругости, точное решение которой опубликовано еще в 1852 г. (Lame Lecons sur la trheorie de l'elasticite, Paris, 1852). В курсах сопротивления материалов она известна как задача о нагружении толстостенной трубы внешним и внутренним давлением. Каждый, кто сдавал сопромат, просто не мог о ней не слышать. Эта задача замечательна тем, что она позволяет получать точные решения краевой задачи теории упругости. Именно это обстоятельство и положено в основу проверки на вшивость программы ANSYS.

В заключение несколько слов специально для гуманитариев, пришедших в ИПК с кафедр истории, иностранных языков, физвоспитания. Несмотря на то, что они вряд ли изучали сопромат, все это не имеет никакого значения. Почему? − Да просто студенты, проходящие обучение на кафедре ВТИК по специальности ПО тоже не изучают сопромат. И не только сопромат, но даже и теоретическую механику! А лабораторную работу ЛР3_КЗ Задача Ламе современные (в полном смысле этого слова) студенты специальности ПО выполняют безо всяких видимых усилий (если, конечно, хвост им хорошо накрутить и держать крепко). Так что и гуманитариям данная лабораторная работа тоже по плечу, − никаких сомнений в этом нет.