Mechanische und Thermomechanische

Strukturanalyse für Berechnung und Forschung

www.code-aster.org

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Phänomene> Mechanik

• Statik: linear oder nichtlinear,quasistatisch

• Dynamik: linear oder nichtlinear, direkt oder mit modaler Reduktion

• Bruchmechanik, Schädigung undErmüdung

• Boden-Struktur-, Fluid-Struktur- undBoden-Fluid-Struktur-Wechselwirkungen

> Wärmetransport• Stationär, transient, linear oder nicht

linear• Feste oder bewegte Bezugssysteme

> assoziierte Phänomene• Akustik• Metallurgie• Hydratation und Trocknung

Analyseart > Standardanalyse

> Zerlegung in Fourier Moden

> Substrukturen

> Modellüberlagerung, Multiskalen

> adaptiver FE-Vernetzungsprozess

> Sensitivitätsanalyse

> Rückstell und Optimierung

> Strukturzuverlässigkeitsanalyse

Multiphysik > interne Kopplung mit

Wärmetransport• Hydratation, Trocknung• Metallurgie

> interne Kopplung mit Mechanik• Wärme• • Metallurgie• Hydratation und Trocknung

> interne Kopplungen • Thermo-Hydro-Mechanik• Fluid-Struktur

> externe Kopplungen mit anderenCodes• Boden-(Fluid)-Struktur (MISS3D)

> externe Kopplung mit anderen Codes• Hydraulik: Code_Saturne• Thermomechanik: SYRTHES• Elektromagnetik: Flux2D/3D• Schnelle Dynamik: EUROPLEXUS

Belastungen > Mechanik

• Knotenbelastung oder verteilte Kräfte• Druck• Eigengewicht• Fliehkraftbeschleunigung• Aufgezwungene Bewegung• Inelastische Verformung• Windeinwirkung

> Wärmetransport• Temperatur• Wärmefluss, linear oder nichtlinearer• Erzwungene Konvektion• Strahlungsaustausch zwischen

Oberflächen• Joulesche Wärme

> Besondere Belastungen (mitbewegteLasten, elektromagnetische Kräfte,Ausgangszustände)

Nichtlinearität bei Statik und Dynamik

> Geometrische Nichtlinearitäten• Geometrische Aktualisierung, große

Verschiebungen, große Rotationen• Mitbewegte Lasten• Steuerung durch: Verschiebung,

Bogenlänge, Verformung,Kriterienvorgabe

• Entlastungsindikatoren undNichtradialität der Belastung

• Kontakt mit Reibung. Diskrete Methoden (aktivierteZwangsbedingungen, Penalty-Methode, projizierte konjugierteGradienten) oder kontinuierlicheKontakt-Methode

• Knicken und Beulen erster Ordnung

> Materialien (95 Stoffgesetze)• Lineare, nichtlineare Elastizität• Nichtlineare Hyperelastizität• Lokale und Gradienten-

Elastoplastizität• Nichtlineare Viskoelastizität• Lokale und Gradienten-Schädigung• Elastoviskoplastizität• Metallurgische Effekte• Stoffwerte abhängig von Temperatur,

dem metallurgischen Zustand, derHydrierung, des Trocknungs, der Fluenz

• Progressive Verformung• Hydrierung, Schwinden und Kriechen

von Beton• Geomaterialien

Dynamik > Modale Analyse

• Mit oder ohne Dämpfung (viskos,hysteretisch, modal)

• Direkt oder mit Substrukturtechnik• Normierung, Filterung, modale

Parameter

> Lineare transiente Antwort• Direkt, modal, mit Substrukturtechnik

> Transiente Antwort mit lokalenNichtlinearitäten (modalbasiert)• Stöße• Reibung• Flüssigkeitsfilm

> Harmonische Antwort• Direkt, modal, mit Substrukturtechnik

> Zufallsantwort• Probabilistisch, parametrisch und

nichtparametrisch • Stochastisch

> Direkte nichtlineare Analyse• Implizit• Explizit• Stöße• Plastizität, Schädigung• Kontakt und Reibung

> Substrukturbildung• Klassisch oder zyklisch• Modale, transiente oder harmonische

Analyse

> Seismische Analyse• Mit Stößen oder mehrfacher Lagerung• Spektrale oder linear transient (direkt

oder modal)• Berechnung der modalen Dämpfung

(RCG-G)

> Extrapolierung vonVersuchsergebnissen• Nach Zeit oder Frequenz

Wechselwirkungen > Fluid-Struktur

• Inkompressible Struktur-FluidWechselwirkung , Turbulenz

• Vibroakustik (freie Oberfläche)

> Boden-Struktur und Boden-Fluid-Struktur• Absorbierende Randelemente• Frequenzkopplung mit MISS3D

Code_Aster bietet vielmehr als die

Standardfunktionalitäteneines

thermomechanischenFinite-Elemente

Programmes. Einevielfältige Palette von

Analysemethoden undnichtlinearen

multiphysikalischenModellierungen, von der

seismischen Analyseüber Akustik, Ermüdung

und stochastischeDynamik bis zurBerechnung von

porösen Medien, stehtzur Verfügung.

Die Modellierungen, dieAlgorithmen und die

Solver (1 200 000Programmzeilen,

200 Operatoren) werdenlaufend verbessert underweitert. Code_Aster

hat einen offenenQuellecode und kann

zur Analyse gekoppelterphysikalischer Prozesse

verwendet werden.

Anwendungen von Code_A

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Thermische Analyse > Linearer und nichtlinearer

Wärmetransport• Phasenumwandlung• Hydrierung und Trocknung• Auflösung im bewegten

Koordinatensystem

>Metallurgische Entwicklungen• Stähle, ZircaloyHärteberechnung von Phasen

> Wärmebehandlung undSchweißen

GeotechnischesBauingenieurwesen

> Stoffgesetze von Stahl- oderSpannbeton und Geomaterialien

> Hydrierung, Trocknung,besonderes Kriechen nachverschiedenen Zeitskalen

> Auswirkung der passivenArmierungen oder derVorspannung mit einem elasto-plastischen Verhalten: Stab, Gitterund Membran

> Kopplung von Kriechen undRissbildung

> P1-P2 gemischte Modellierung fürThermo-Hydro-Mechanik (poröseMedien, Formulierung miteffektiven Spannungen, Set vonStoffgesetzen)

> Spezifische Belastungen (Wasser-und Gasströmungen)

> Analyse von Aushubvorgängen

> Bruch, Schädigung, Ermüdung undKollaps von Strukturen

> Rückgewinnungsrate der globalenEnergie• Thermoelastizität: G• Thermoelastoplastizität:

GP und GTP

> 3D-Rückgewinnungsrate derlokalen Energie

> Spannungsintensitätsfaktoren

> Modelle für Spröd- und Zähbruch,Zündung und Instabilität

> spezifische Steuerung derBelastung

> Lokale und nichtlokaleSchädigung

> Modellierung von Rissen:Stoßstellen und X-FEM

> Entkoppelte Schädigung

> Ermüdungsanalyse• Lastgeschichte• Zählmethoden• Anwendung von spezifischen

Kriterien

> Nachprüfung der RCC-M Kriterien

> Zarka-Casier Methode beizyklischer Belastung

> progressiver Verschleiß

> Traglastanalyse

> Mikro-Makro Ansatz: Polykristall-Modell

Qualität derAnalysen

> Räumlicher Fehlerindikator• Mechanisch (in reinem Residuum,

durch Glättung)• Thermisch (in reinem Residuum)

> Remeshing mittels HOMARD(automatische Verfeinerung/Vergröberung von FE-Netzen)

> Robustere finite Elemente• Mechanisch (subintegriert,

inkompressibel)• Thermisch (räumlich nicht

aufgelöste Modellierung)

> FE-Netzdiagnose

> Neue thermo-mechanischeZeitschritteilung

> Sensibilitätsanalyse• Mechanisch• Thermisch• In Bezug auf Materialien,

Belastungen und Gebietsvariation

> Approximation von Parametern• Materialien oder Belastungen• In Bezug auf eine Auswahl von

Tests oder digitalen Ergebnissen

> Zuverlässigkeitsanalysen:Wahrscheinlichkeit einerSchwellwertüberschreitung durchein mittels FORM gesteuertesVerfahren.

Modellierung > Materialien Datenkatalog

> Verbindung inkompatibler FE-Netze („gekleber Kontakt“)

> Modellüberlagerung mit derArlequin-Methode

> Verbindung unterschiedlicherElementtypen (Modellierungen3D-Schale, Balken-Rohr, usw.)

> Ebener Spannungszustand an alleModelle anpassbar

> Berechnung der Balken-Querschnittswerte

> Homogenisierung(Verbundwerkstoffe,Wiederholung, usw.)

Elementbibliothek(400 FiniteElemente)

> Mechanisch• 2D, axialsym. (mit oder ohne

Fourierzerlegung), 3D,unterintegriert, inkompressibel

• Stäbe, Balken (einfach odergeschichtet), Rohre, Platten,Schalen, Membranen, Seile, diskreteund formbeständige Elemente.

> Wärmetransport: 2D, axialsym.(mit oder ohne Fourierzerlegung),3D, Schalen

> Hydrierung-Trocknung: 2D,axialsym., 3D

> THM-Kopplung: 2D, axialsym., 3D

Solver > Lineare (LDLT, multifrontal, GCPC,

MUMPS, FETI)

> Nichtlinear (Newton, usw.)

> Integrationsschemata (Runge-Kutta, Newmark, adaptiv, usw.)

> Modal (Leistung, Lanczos, IRAM,usw.)

> Erweiterte Parametrierung,mehrere Strategien fürUmnummerierung, Speichern,Vorkonditionierung, Nachprüfung,usw.

SpezielleWerkzeuge

> Abzweigungen und Rohrkrümmer:ASPIC/ASCOUF

> Dampferzeugerrohre : GEVIBUS

Software-Umgebung

> Integration in Salomé

> Pre-/Post-Prozessoren: IDEAS™,GIBI, Gmsh, ENSIGHT, Xmgrace

> Datenaustausch in MED-Format

> Tool zur Steuerung der Soft- und Hardware-Umgebung: ASTK

> Befehlsdateien-Editor und Parser:EFICAS

> Übertragbarkeit der Datenbasen

> Befehlssprache: PYTHON• Schleife, Test, Kontrolleinrichtungen,

usw.• Methode, Klasse, usw.• Interaktive Berechnung und

Visualisierung (mathematischeBibliothek, MCI,Musterzeichnungen, usw.)

> Übersetzung von Befehlsdateien

Nicht zu vergessen > Software mit QS (unabhängige

Validierungen, Katalog mit 2000Testfällen, 13000 SeitenDokumentation, Verwaltung desQuellcodes, Qualifizierung derVersionen, usw.)

> Webseite: code-aster.org(Downloads, online Unterlagen,Forum, FAQ, Beispiele, usw.)

> Kommunikation undGemeinschaft (QuartalzeitschriftASTER échos, Verband der Nutzermit einer eigenen Gemeinschaftund einem Nutzertag, Code_Asterals freie Software unter der GPL-Lizenz...)

Aster

Code_Aster, eine freie SoftwareDie nichtlinearen Operatoren haben von der Quellöffnung von Code_Aster viel profitiert,

was den Informationsrückfluss von der Anwenderseite sowie die Entwicklungneuer Funktionalitäten betrifft. Darunter:

- Gleit-Kontakt, von Martin Guiton (IFP, französisches Institut für Erdöl)

- hyperelastisches Verhalten (für Elastomere), ein von der UniversitätLyon 1 eingeführtes Mooney-Rivlin Modell.

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von Optionen zur Optimierung desNewton-Raphson Algorithmus (Wahlund Aktualisierung der Matrizen,Liniensuche, intelligenteZeitdiskretisierung, usw.) profitieren

Die Konvergenz der nichtlinearenBerechnungen wird von Kriterien, diesich auf physikalische Referenzwerte(Spannungen, Verformungen, usw.)stützen, bestimmt. Diese Stärkenbieten eine bessereBenutzerfreundlichkeit und eineangepasstere Genauigkeitinsbesondere mit heterogenenResiduen (gemischte Modellierung,Physik, usw.).

Allgemeine Methoden zur Verfolgungder Entwicklung von instabilenStrukturen und zur Berechnung derMaximallast stehen zur Verfügung:Steuern der Verschiebungen oder überdie Bogenlänge. Was entfestigendeMaterialien betrifft, erlaubt dieSteuerung über elastische Prognoseden lokalen Stabilitätsverlust durchKontrolle der am stärksten belastetenPunkte effizient zu überwachen. Eineweitere Methode besteht darin, sichder Stetigkeit der Verformungs antwortzu vergewissern.

Im Bereich der nichtlinearen Dynamikstehen zahlreicheZeitintegrationsschemata zurVerfügung (Newmark, HHT, Theta-Methode).

Beim Vergleichen experimentellenErgebnissen mit Simulations -ergebnissen werden die optimalenParameter durch einApproximationsverfahren(MACR_RECAL) bestimmt. Schließlichgibt es die Möglichkeit, diePlausibilität der Ergebnisse mitSensitivitätsberechnungen(SENSIBILITE) und Fehlerprognosen(CALC_ELEM) zu bewerten.

KinematischeNichtlinearitäten

Die durch große Transformationentstandenen Nichtlinearitäten kannman in verschiedener Weisemodellieren (Schlüsselwort:DEFORMATION).

SIMO_MIEHE behandelt großeplastische Verformungen und großeDrehungen durch Berücksichtigen dervollständigen Information aus demDeformationsgradient. MehrereMaterialgesetze sind anwendbar:Plastizität mit isotroper Verfestigung,Viskoplastizität (mit metallurgischerPhasenum wand lung) und duktileSchädigung (ROUSSELIER Modell).Das Modell ist inkrementell objektivund ermöglicht es so, großeDrehungen unbeschränkt zubehandeln.

GREEN behandelt große Drehungen,Verschiebungen und kleineVerformungen. Alle elastischen undinkrementellen Verhalten könnendamit behandelt werden.

NichtlineareOperatoren...

... sind mit vielen Funktionalitätenausgestattet und benutzerfreundlich.Mit DYNA_NON_LINE undSTAT_NON_LINE kann eine statischeoder implizit dynamische Analyse mitkinematischen Nichtlinearitäten(große Transformationen undVerformungen) oder Nichtlinearitätenaus dem Materialgesetz und derBerücksichtigung vonKontakt/Reibung durchgeführtwerden.

Im Bereich Thermalanalyse simuliertTHER_NON_LINE auchNichtlinearitäten (Materialien,Strahlung, Zwangskonvektion) undermöglicht es, die Entwicklung derphysischen Zusammensetzung und derFeuchtigkeit des Betons im Laufe derZeit zu berechnen.

Leistung undExpertenwissen

Die nichtlinearen Operatoren inCode_Aster profitieren am meisten vonden Innovationen, die aus unserenForschungsaktivitäten auf dem Gebietder numerischen Mechanikentstanden.

Viele Bemühungen sind im Ganggesetzt, um die Anforderungen derExperten an mechanischeSimulationen zu erfüllen und denbenutzerfreundlichsten Zugang zudem Auflösvermögen zu leisten.

Dank vieler Optionen wird die Arbeitdes Berechnungsingenieurs erleichtert:er/sie kann den Ablauf seinerBerechnung überwachen, eineEchtzeitverfolgung derinteressierenden Größen(Spannungen, innere Variable,Verschiebungen, usw.) realisieren und

Schädigung: Last getrieben

NichtlinearIn einer industriellen Studie

muss man zunehmendNichtlinearitätenberücksichtigen:

Materialien, Geometrie und Kontakt.

Durch die OperatorenDYNA / THER /

STAT_NON_LINE bietetCode_Aster für jede

Nichtlinearität angepassteLösungen an.

VERSCHIEBUNG

KR

AFT

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Homogenisierung und die als Paketfunktionierende gekoppelte Thermo-Hydro-Mechanik.

Da diese Verhalten durch den deBorst-Algorithmus an Schale undMultifaserbalken leicht anpassenlassen, kann man sie mit vielenModellierungen und Stützmaschenbenutzen.

Falls das nicht reichen sollte, bestehtnoch die Möglichkeit, ein neuesMaterialgesetz zu schaffen. DerMakrobefehl SIMU_POINT_MATwurde entwickelt und in V8 eingeführt(NEW V8), um die Validierung zuvereinfachen.

Nichtlinearitäten beiKontakt mit Reibung

Code_Aster beschäftigt sich mitKontakt/Reibung auf verschiedeneWeise. Sie ist in allenModellierungsarten (2D/3D, Balkenund Schalen) anwendbar, eventuellauf inkompatible FE-Netze undaktualisierte Geometrie (groß flächigesRutschen) basiert.

Diskrete klassische Formulierungen(mit Straf- oder Dualisierungs -methoden) sind verfügbar.

In den letzten Jahren wurden vieleBemühungen um die Leistung derAlgorithmen unternommen. Ein neueriterativer Algorithmus (projizierterkonjugierter Gradient) wurde in Bezugauf den reibungslosen Kontakteingefügt. Probleme, die Tausendenvon Maschen in Kontakt bringen, kannman jetzt mit hervorragender Leistung(bezüglich Rechenzeit sowieSpeicherplatz) lösen.

Eine sogenannte „stetige“Kontaktmethode wird auch in

Code_Aster angeboten. Sie beruht aufeiner schwachen Formulierung desKontakt-/Reibungsproblems mit dreiunbekannten Feldern (Verschiebung,

Mit PETIT_REAC wird einfach dieGeometrie in jedem Zeitschritt(notwendigerweise gering)aktualisiert. Nur kleine Drehungensind zugelassen.

Was die Strukturelemente betrifft,behandelt GREEN_GR großeVerschiebungen und Drehungen vonBalken und Schalen. REAC_GEOMsorgt für die Multifaserträger.

Schließlich ermöglicht dieCOROTATIONNEL-Option, das externeModul zur Integration des ZMAT-Materialgesetzes zu benutzen.

PhysikalischeNichtlinearitäten

Code_Aster enthält mehr als einhundert Materialgesetze, darunter diebereits klassischen Gesetze:

isotrope und anisotrope Elastizität,Hyperelastizität (Signorini-Modelleventuell mit Mooney-Rivlin),Plastizität mit isotroper und/oderkinematischer Verfestigung,Elastoviskoplastizität (Chaboche undLemaître Modelle).

Dazu bietet Code_Aster eine Reihe vonGesetzen zur Simulation vonSchädigung: Modelle progressiverVerformung (Taheri-Modell,Polykristallmodell), spröde oderduktile Schädigung (Rousselier-Modell).

Code_Aster enthält auch Gesetze zuspeziellen Problemen: Plastizität undSchädigung von Beton, Stählen undVerbindungen, kohäsive Elemente,Gesetze der Boden- und Felsmechanik(Cam-Clay, Barcelona, Hujeux),Gesetze der Mikro-Makro-

Nichtlineare thermomechanischeAnalyse einer Verbrennungs-Turbine-Verdichter: Rotor mit Schaufeln undViertel Verdichter.

Kontaktdruck, Reibungsdruck) undbenutzt eine Formulierung mit einererweiterten Lagrange-Funktion. DieseOption ist insbesondere im BereichKontaktphysik präzise und ermöglichtes ebenso, ein der Simulation derMikro-Unebenheiten zugeordnetesModell (Compliance-Modell) zubenutzen, das bei der Behandlung vonStößen in der Dynamik besonderswirksam ist. Die ist auch eine sehrallgemeine Option, die in einfacherLagrange Formulierung ebensoanwendbar ist wie in einerFormulierung als Strafmethode durcheine geschickte Wahl derKoeffizienten, bei effektiverAusnutzung der Redundanz zwischenRand- und Kontaktbedingungen.

Das Auswerten wird durch dieGenerierung an jedem potentiellenKontaktpunkt von Datenfelder; wo dieSpalt- und Reaktionswertengespeichert werden. Sie werden alsIsowert (isoValue) oder Kurvedargestellt. Schließlich wird dieBenutzung der Kontakte dank eineseinzigen Eingangspunktes vereinfacht:AFFE_CHAR_MECA, StichwortCONTACT.

Implizite nichtlineare Dynamik: Plastizität + großeDehnungen + Kontakt + Reibung.

GeomaterialienWarum interessiert sich

EDF für Modellierung desVerhaltens von Beton,Lehm, Sand, Ton und

Felsen? Antwort: Überdas das Vorhalten von

Staudämmen hinaus sindvorgesehene Gutachten

zur vorgesehenenLagerung radioaktiver

Abfälle erforlich Diethermo-hydro-

mechanische Modelle vonCode_Aster sind einer der

Beiträge von EDF E&F zuder heiklen Frage

bezüglich der Folgeunterhalb des Zykluses.

Die nichtlinearen Geomaterialienwerden unter Nennbelastung oftverzögert verformt. Deswegen ist esnotwendig, die Phasen des Baus zusimulieren, um den Stand desBauwerkes kurz- und langfristigvorauszusagen. Umso mehr als dasVerhalten von Wasser, das dieMaterialien durchtränkt, mechanischeFolgen hat, insbesondere was dielangfristige Entwicklung der Bödenund Felsen betrifft. Es ist dann äußerstwichtig, die Strömungen als solche zuberechnen, weil die an teilgesättigteZustände gebundenen kapillarenAuswirkungen den Spannungszustandstark beeinflussen. Das giltinsbesondere für wenig durchlässigeMaterialien, wo starkes Saugenauftreten kann.

BesondereMaterialgesetze

Natürlich können nur bestimmte AsterModelle die folgenden Phänomenesimulieren. Trotz ihrerVerschiedenartigkeit haben alle diesePhänomene eins gemeinsam: siestellen eine Alterung des Materialsunter Schub dar, die von derVerspannung abhängt und mitdeutlichen Volumenveränderungeneinhergeht. Abhängig davon, ob esum Beton, Lehm, Sand, Ton oder Felsgeht, wird der Rahmen derFormulierung unterschiedlich. FürBeton dessen Mikro-Rissbildung dieSteifigkeit verringert, wird einSchädigungsformalismus bevorzugt,während für Böden es die Plastizitäterlaubt, die bleibenden Verformungenzu berücksichtigen. Die Verfestigungwird für Tone eher von der plastischenVolumendehnung abhängig und fürFelsen von der plastischenSchubverformung. Jedenfalls entstehtoberhalb eines bestimmtenGrenzwerts einEntfestigungsverhalten. Was Bödenund Felsen betrifft, modellieren dieAster Funktionalitäten diedazukommenden Dilatanzphänomenesehr genau. Sie modellieren auchhydraulische und thermischeEntwicklungen, die Schäden direktverursachen, wie z.B. Reißen beiTrocknung, Einsturz bei erneuterFlutung, Plastizierung durch Schwellen

der Tone, Einbruch von Böden wegenthermischer Dilatation des Wassers.

Die anGeomaterialienangepassten AsterOptionen

Was Sand und Lehm angeht, erlaubtdie erste Stufe der CJS-Gesetze(Cambou, Jeffari, Sidoroff), die demMohr-Coulomb Kriterium fastentspricht, eine „Grenzlast“Vorgehensweise. Bei der zweiten unddritten Stufe geht es um die Kopplungvon isotropen und deviatorischenplastischen Mechanismen mitisotroper oder kinematischerVerfestigung einschließlich derDilatanz und der Entfestigung in derdritten Stufe. Für gesättigten Tonverbindet das Starmodell Cam Clay(RELATION_KIT=’CAM_CLAY’)nichtlineare Elastizität mit Plastizität,die die Spannungen auf einen Bereichbegrenzt, dessen Größe vomKonsolidierungsdruck abhängt. Das„Barcelona Modell“, seineErweiterung auf nicht gesättigteBöden, lässt dazu diesen Bereich vomkapillaren Druck abhängen. WasFelsen betrifft, hat EDF von derErfahrung des Wasserbau-Zentrumsder EDF in Chambéry profitiert. Sie hatbewiesen, dass es notwendig war, dassogenannte „post-peak“ Verhalten –d.h. rissig – der Felsen zu behalten,und hat eine Verallgemeinerung desModells von Hoek und Brown(‘LAIGLE’) vorgeschlagen. Das Modellvon Hoek und Brown, das einfacher istund von der Anerkennung derGemeinschaft der Geophysikerprofitiert, steht auch zur Verfügung.Für Beton und gewisse Böden enthältCode_Aster das elastoplastischeDrucker-Prager Modell.

Code_Aster trifft die Vielfalt derhydraulischen Phänomene in porösenMedien durch einfache Modelle fürdie Trocknung und die Hydrierung desBetons, oder sogar schwierigereModelle auf die gekoppelteIntegration zweier nichtlinearenStrömungsgesetze und derEnergieerhaltung gestützt. In derVerarbeitungsversion dieser ohneHypothese über den Brenngasdruck

Modellierung regeln allgemeineGleichgewichtgesetze derThermodynamik den Austauschzwischen den Phasen. Es geht umDarcysche Strömungen und dieDurchlässigkeiten und Sättigung sinddurch beliebige Gesetze, die vom Nutzererteilt werden, verbunden. Dasselbe giltfür das Verhältnis zwischen derSättigung und dem kapillaren Druck.Streuungsmechanismen inGasgemischen (trockenes Gas undDampf) und Flüssigkeiten (gelöstes Gasund flüssiges Wasser) sind durch dieFickschen-Gesetze geregelt.

Eine guteBenutzungserfahrung

Der Zeitrang einiger Modelle und ihreLangzeitanwendung haben dazubeigetragen, ihre Robustheit zuverstärken. Die gekoppelte THMModellierungen sind gut am Bedarf vomEDF angepasst: Abdichtung desContainments von Kernkraftwerken;Tieflagerung der Abfälle, wiederSättigung, Thermomechanik vonschwellenden Tonen, Schaden beimAuffahren und Befestigung von Stollenund daraus entstehende Probleme.

OptimierteArchitektur für THM Die THM Modellierungen wurdenletztlich entwickelt, insbesonderewas die Optimierung derArchitektur der Freiheitsgraden(mit einer Interpolation zweiterOrdnung für die Mechanik underster Ordnung für dieThermohydraulik) betrifft. DieMethode der numerischenIntegration wurde auch verbes-sert, was zur Trennung derIntegrationspunkte für diffusiveElemente (Gauß-Punkte) und

kapazitive Elemente(Elementknoten) führt. Dafür

muss man an den Namender Modellierung ein S

anhängen, um dieselektive

Modellierung zunutzen (z.B.

D_PLAN_HMS).6

Karte derWassersättigungin einemmittelaktivenAbfallschacht

Zoom in einen Lagerstollen – AndraArchitektur

Bemerkung Letztlich wurde das CORR_ACIER Verhalten für Armierungen (BARRE Elemente)entwickelt. Es bezeichnet ein schädigbares elastoplastisches Verhalten, dessenplastische für Bruch anfällige Verformung von der Korrosionsstärke abhängt.

Bei der Vorhersagen undder Beherrschung der

mechanischen Haltbarkeitvon Infrastrukturen für dieStromerzeugung, wie z.B.Schutzmäntel, Kühltürme

von Kernkraftwerken,Dämme, usw., steht die

Verantwortung von EDF, fürdie Anlagensicherheit im

Vordergrund.

Dank der entschlossenenPositionierung von

Code_Aster im Bereichnichtlineare Modellierungvon Spannbeton wird die

numerische Verfolgungsolcher Bauten im Laufe der

Zeit vereinfacht.

Um die Betriebsdauer einerBetonstruktur zu schätzen, ihre Defektevorauszusehen und zu beseitigen, mussman ihren Zustand am Anfang oder zueinem bestimmten Zeitpunkt kennen.Genau dafür gibt es verschiedeneBetonmodelle, umsetzbare StudieMethodik und deren experimentellenValidierung: Thermohydrierung,Trocknung, Schwinden, Reißen,Schädigung, Kriechen, Auswirkung deraktiven oder passiven Armierungen.Neben der physischen Haltbarkeit gibtes viel weitere Problematiken, wie z.B.die Dichtheit des Schutzmantels ausBeton von Kernkraftwerken, seineVerformung im Laufe der Zeit sowie dieAuswirkungen von zufälligenBelastungen wie Erdbeben, Verlust vonPrimärkühlmittel oder Einschlag vonGeschossen.

PhysikomechanischesVerhalten von Beton

Die Entwicklungen der Eigenschaftenvon Beton werden durch gekoppelteThermohydrierungs- und Trocknungs-Modelle (Granger, Bazant, Mensi, usw.)behandelt. Die Aster Operatorenberechnen das Schwinden von jungemBeton aus den Schwankungen derHydrierung und desAustrocknungsschwindens aus einerTrocknungsberechnung. Für dasEigenkriechen, sind zweiModellierungen verfügbar: GRANGERund BETON_UMLV_FP. DasAustrocknungskriechen ist auch dankder von Bazant vorgeschlagenenVorgehensweise modellierbar. Sie istalleine verfügbar entweder(BAZANT_FD) oder gekoppelt mit demEigenkriechen in dem BETON_UMLV_FPGesetz.

NichtlinearemechanischeModellierungen

Das nichtlineare mechanische Verhaltenvon Beton wird von verschiedenenModellierungen behandelt, die nach dergewünschten Problematik gewähltwerden. Ein neues Modell, das das„rechtwinklige Parabel“ Regelgesetz(BETON_REGLE_PR) in 2D darstellt,steht zur Verfügung. Das Modell ist anModelle, die auf Schalen-Elementeunter monotoner Belastung gestützt

sind, angepasst. Es kommt zurErgänzung der schon bestehendenModellpalette: Laborderie(LABORD_1D), Doppel Drucker-Prager(BETON_DOUBLE_DP), Mazars(MAZARS), Badel(ENDO_ISOT_BETON), Godard(ENDO_ORTH_BETON). DieSchädigungsmodelle kann manregulieren (GRAD_EPSI), um dernumerischen Abhängigkeit von derNetzgröße unabhängig zu werden.Schließlich ist es durchFortsetzungsmethoden möglich,eventuelle Rückschlage zuüberwinden

Die VorspannungCode_Aster bietet mehrereFunktionalitäten an, um das Verhaltenvon vorgespannten Strukturen zuanalysieren. Die Vernetzung von Betonund Vorspannungskabeln könnengetrennt vorbereitet werden, um dieArbeit zu vereinfachen. Der BefehlDEFI_CABLE_PB ermöglicht eseinerseits die Kabel mit dem Betongemeinsam zu verbinden undandererseits das vorgeschriebeneSpannungsprofil zu berechnen und esins Modell zu integrieren. Aus denBefehlen STAT_NON_LINE undCALC_PRECONT (nach Natur derStudie) ergibt sich die Einschaltungder Kabel und ihren Phasing.

Die Armierungen des Betons könnendurch finite Elemente von Stäben oderArmierungslagen modelliert werden.Wenn die Lagen mitSchalenelementen verbunden sind,können die Armierungslagen eventuellder Mittelfläche gegenüber gelegensein, um die Baustahlgewebedarzustellen. Für Armierungslagenkann ein nichtlineares Gesetzangesetzt werden, um nichtlinearePlastifizierungs- undVerfestigungsmechanismen zusimulieren.

Festigkeit eines öffentlichenBauwerks einem Erdbebengegenüber. Kontrolle dererdbebensicheren Lagerung.

Nichtlineare transientedynamische Analyse mitdiskreten Elementen wie lineareFeder/nichtlinearer Dämpfer .

Studie der Firma NECS(www.necs.eu)

Mechanische Haltbarkeit vonRohrleitungen aus Beton mitBlechsteg. Auswirkung derKorrosion auf die mechanischeHaltbarkeit. Nichtlineare statischeStudie, die das Reißen des Betons,die Plastifizierung derArmierungen sowie die Korrosiondes Blechstegs einschließt.

Studie der Firma NECS(www.necs.eu) für EDF/MMC

Verhaltenskurve der Rohrleitung.Vergleich Versuch/AsterSimulation

Vernetzung derVorspannungskabel einesSchutzmantels

Modellierung derSchubspannungen im Beton: EDFSEPTEN Studie

Dämpferkraft während einesErdbebens.

Verschiebung des 2. Bodenwährend eines Erdbebens

Bauwesen, Beton

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Die Analyse eines Rissesohne Vernetzung...... ist jetzt dank der Entwicklung der X-FEMMethode in Code_Aster möglich. Der Risswird geometrisch definiert(DEFI_FISS_XFEM Operator) und in derunbeschädigten Vernetzung beimAnreichern der klassischen finiten Elemente

eingetragen. Bei der Nachbearbeitungder mechanischen Berechnung kön-

nen die Spannungsintensitäts-faktoren mit dem CALC_GOperator berechnet werden.Der Kontakt der Rissflächenkann berücksichtigt werden.

Schädigung von StahlbetonZwei neue Modelle von Schädigung durchBiegung (GLRC_DAMAGE et GLRC_DM)wurden für die statische oder seismischeStudie des Verhaltens von Platten ausStahlbeton entwickelt.

Bruchmechanik in dermodalen DynamikDer Operator ermöglicht es, bei derNachbearbeitung einer Berechnung vontransienter modalbasierter Dynamik dieEntwicklung im Laufe der Zeit derSpannungsintensitätsfaktoren schnell undpräzise zu identifizieren.

Bruch, Schädigung und Ermüdung

Bei der Analyse derUrsache des Kollapseseines Baus oder einer

mechanischenKomponente muss die Art

der festgestelltenSchädigungen und diegesuchte Feinheitsgradberücksichtigt werden.

Mit einer breiten Palettevon Modellierungen und

Analysetools – vomVerlässlichsten bis zum

Fortschrittlichsten – decktCode_Aster dieProblematik der

Beschädigung, desBruchs, der Ermüdung

und der Grenzlasten ab.

Man spricht von „Ermüdung“, wennes um mechanische Schädigungendurch wiederholte Beanspruchungengeht. Ansonsten wird von „Bruch“oder „Schädigung“ gesprochen. Die Bruchmechanik stützt sich aufglobale Kriterien, um über dieAusbreitung eines bestehendenRisses zu entscheiden. Dagegen trittdie Schädigungsmechanik beiMaterialien ein, um die Initiierungund die Entwicklung dergeschädigten Zonen herauszufinden.

Entwicklung vonRissen

Zwei Hauptparameter ermöglichen esin der Bruchmechanik die Stabilitätund die Ausbreitung eines Risses zuanalysieren: DieEnergiefreisetzungsrate G und derSpannungsintensitätsfaktore K. DieParameter können in Code_Aster inder linearen Elastizität dank derOperatoren CALC_G (energetischeMethode) und POST_K1_K2_K3(Interpolation derVerschiebungssprünge) berechnetwerden. Dies gilt für verschiedenenSituationen: 2D und 3D, Flächen-oder Volumenkräfte, Druck auf denRissflächen, usw.

Was die Elastoplastizität betrifft ist esmöglich, G mit CALC_G zu berechnen,solange die Belastung monoton undradial bleibt. Um diese Grenze zuüberschreiten wurden zwei neuenParameter festgelegt: GTP (G-totalplastisch, das mit CALC_G auf Kerbein zähen Bruch berechnet wurde) undGP (G-plastisch). Letzter betrifft nurden Sprödbruch und ist eineErweiterung zur Plastizität derFrancfort-Marigo Formulierung. DerPOST_GP Operator ermöglicht dieIdentifizierung der kritischen Wertevon GP und des genauen Zeitpunktsdes Bruchs für einen bestimmtenthermomechanischenÜbergangsvorgang.

Außerdem wird dank einer aufverfugte Elemente (PLAN_JOINTModellierung) oder Sprungelemente(PLAN_ELDI Modellierung) gestütztenVorgehensweise die Modellierung derEntwicklung von zweidimensionalenRissen in einer bestimmten Richtungmöglich. Dies gilt in der Statik sowiein der Dynamik mit einem kohäsivenInterfacegesetz (Berücksichtigung derRestwechselwirkungen zwischen denRissflächen, CZM_EXP oderCZM_EXP_REG Verhalten).

Schädigung vonStrukturen

Reißen nach einem Interface-Gesetzist nur eine Art von Schädigung. Dankder Schädigungsmechanik wird sieMaterialpunktgemäß feiner modelliert.

Beschränkt man sich auf die genaugenommene Studie von Initiierung,bietet dafür der POST_ELEM Operatordank des Weibull Modells eineWahrscheinlichkeit an. Sollte manaber die gesamte Reaktion der

Struktur über die Initiierung bis zumKollaps modellieren wollen, ist esnotwendig auf Materialgesetzezurückzugreifen, dieMaterialpunktgemäß die Entwicklungder Schädigung und der Spannungenkoppelt (ENDO_ISOT_BETON,ENDO_ORTH_BETON oder MAZARSfür Beton, ROUSSELIER für Stahl). Mankann auch auf entfestigendePlastizitätsgesetze(BETON_DOUBLE_DP für Beton,DRUCKER_PRAGER für Böden undVENDO_CHAB für Metalle)zurückgreifen. Auch wenn solcheGesetze feinere Modellierungenermöglichen, stoßen sie auf zweiSchwierigkeiten: die Instabilität dergesamten Reaktion der Struktur unddie Lokalisierung der Verformungen.Um diese zu überwinden, bietetCode_Aster innovative Lösungen an:ein spezifisches Steuern der Belastungermöglicht die Überwachung derInstabilitäten (Rück-/Durchschlag-Phänomen) und Verhalten mitnicht-lokaler Formulierung verhinderneine pathologische Abhängigkeit vonder Vernetzung.

Schaden durchErmüdung

Die meisten Brüche von industriellenKomponenten bei normalem Betriebentstehen wegen Ermüdung.Ermüdung ist genauso schleichendwie gefährlich und genau darum istdie Abschätzung solcher Phänomeneschon während der Konzeptionwichtig.

Code_Aster bietet angepassteMethoden (CALC_FATIGUEOperator...) nach der Art vonErmüdung (mit vielen Zyklen,Kurzzeitermüdung, usw.),Beanspruchungen (deterministische,zufällige, periodische, mehrachsige,usw.), verfügbaren Eingabedaten(Bestandteile oder derSpannungstensor und Verformungen)und erwarteten Ergebnissen (Feld ineinem Punkt oder von Struktur,Kriterium).

Die X-FEM Methode zur Analyseeines Risses in einer Platte unterZugbelastung.

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Krümmer im Kühlungszyklus einesReaktors im abgeschaltetenZustand: Berechnung derSchädigung mit dem Van DangKriterium und thermischerRissbildung.

Dynamik

SchallDie Analyse der akustischenAusbreitung in einem kompressiblenFluid und für geschlossene Bereichewird mit zwei Formulierungen(klassisch und gemischt) modelliert(ACOUSTIQUE Phänomen). Sie lösendie Helmholtz Gleichung, um dieFelder von Stand des Tons undder akustischen Intensitätdaraus abzuleiten.

Untergliedern, um besser zuberechnen Angesichts der Komplexität der mechani-schen Strukturen erweisen sich manchmaldie klassischen digitalen oder innovativenMethoden als zu teuer. Darum ist es vorzu-ziehen, das globale Modell in mehrereSubstrukturen zu zerlegen und derenSchwingungsverhalten getrennt zu analy-sieren, bevor sie zusammenzubinden.Verschiedene Interfacemoden stehen zurVerfügung in DEFI_INTERF_DYNA: Craig-Brampton, Mac Neal oder dynamischeInterfacemoden. Es ist nicht mehr nötig,dass die Vernetzungen der Flächen kongru-ieren. Code_Aster passt sich auch an inkom-patible Anschlussstücke an. Dank weiterenEntwicklungen in diesem Bereich könnendie Auswirkungen einer strukturellenVeränderung nach Messungen derOriginalstruktur vorgesehen werden.

Fluide Kräfte verschiedenerArt...... werden in Code_Aster modelliert. In derströmungsinduzierten Schwingung(Brennstab) gibt es zwei fluide Kräfte: die,die von der Bewegung der Struktur – durchTurbulenzen oder als Folge der zweiphasigenNatur der Strömung (DEFI_SPEC_TURB)unabhängig sind, und die sogenannten„elastisch-fluiden“ Kräfte, die die Fluid-Struktur-Kopplung (CALC_FLUI_STRU) ver-sachlichen. CALC_MATR_AJOU berechnetdie zu dieser Kopplung assoziiertenKoeffizienten. Außerdem ist es möglich dievibro-akustische Kopplung und dasSchütteln der mit Fluid gefüllten Strukturen(Leitungen, Behälter...) mit freier Oberflächedank Ad-hoc-Elementen (XX_FLUI_PESA/STRU...) Modellierungen zu analysie-ren. Diese starke Kopplung wird durch einesymmetrische Formulierung (u,p,�) behan-delt. Die Kopplung kann in harmonischer

oder direkter transienter Analyse benutztwerden. Die Strukur kann irgendeineNichtlinearität aufweisen, solange das Fluidlinear modelliert wird.

Modellierung einer Bogenmauerwährend eines Erdbebens: Boden-Struktur Kopplung zwischen Bau- undStauwerk.

Modale Spannungen auf einemmodellierten Alternator

Das dynamische Verhaltender Strukturen verursachtmanchmal unangenehmeÜberraschungen. Sollte es

eine Resonanz geben,erhöht sich die

Spannungshöhe vonPumpen rasch. Während

eines Erdbebens können dieOberflächenbewegungen

einen Behälter zumWackeln bringen. Zum

Glück können dieTrägheitskräfte von

Strukturen und derenAuswirkungen während

instationären oderstationären Phänomenen

dank Code_Aster modelliert werden.

Trägheitstermen in den Gleichungender Dynamik einzuführen, ermöglichtes, die Komplexität der dynamischenPhänomenen und der Vibrations- undmobilen Aspekten: Ob deterministischoder zufällig, mit linearen odernichtlinearen Verhaltensgesetzen,sollen die Strukturverformungen mitSchall oder Fluidbewegungengekoppelt werden oder nicht, sollendie Komponente in Kontakt tretenoder reiben. Mit Code_Aster könnendiese Phänomene modalbasiert oderim Raum, auf das gesamte Systemoder bei Substrukturen modelliertwerden.

Modale AnalyseDie Berechnung von Eigenfrequenzenund -moden einer Struktur bringtschon eine wichtige Information überIhr Schwingungsverhalten mit sich.Die MODE_ITER_XX Operatorenberechnen die modalen Verformungenund ihre Eigenkreisfrequenzen, mitoder ohne struktureller Dämpfung. DieModen können auch als Basis derVereinfachung des Models dienen,damit nur seine wichtigsteBewegungsfreiheiten verbleiben.Dadurch wird die Analyse derÜbergangsvorgänge erleichtert.Natürlich ist es möglich, die Modennach den verschiedenen Konventionenzu normieren (NORM_MODE) oder zufiltern (EXTR_MODE).

Transiente oderFrequenzanalyse

Die Reaktion der Struktur auf eineAnregung ist notwendig für eine feineAnalyse der Verformungen und derSpannungen im Laufe der Zeit.Gewidmete Operatoren sorgen für dieBehandlung solcher Situationen:harmonische lineare Dynamik(periodische Anregungen), transienteDynamik auf vereinfachte transienteoder physische Basis (linear odernichtlinear mit vielenIntegrationsschemas), spektraleAnalyse und Kombination vonseismische Belastungen oder zufälligelineare Dynamik (interspektraleDichten).

DämpfungIn Strukturen treten dissipativePhänomene (z.B. Reibung, Viskosität,usw.) auf. Sie haben einen wichtigenEinfluss auf die Amplitude derReaktionen. Es ist aber oft schwierig,die Dämpfung zu modellieren.Deswegen stehen drei Arten vonglobaler Dämpfung zur Verfügung:viskos, hysteretisch und modal.

Vom Messung zurBerechnung

Durch die digitale Modellierung werdendie experimentellen Messungen inGebieten, wo es keine Sensoren gibt, undwo man eine Spannung berechnenmöchte, vervollkommnet.

PROJ_MESU_MODAL extrapoliert diegewünschte Größe beim Transit via einemodale Basis des digitalen Modells.

Boden-StrukturWechselwirkung

Boden-Struktur Wechselwirkungen,die bei der Dynamik vonReaktorgebäuden oder Bogenmauereintreten, kann man auf zwei Weisenlösen: entweder bei derFrequenzkopplung mit MISS3D(XX_MISS_3D), der von ECPentwickelte Code mitIntegralgleichungen beiUntergliederung, oder durch Elementemit absorbierender Grenze, diequasiunendliche Bereiche modellieren(XX_ABSO). In jedem Fall bestätigtsich die Hypothese einesreflexionsarmen Raums (Beseitigungder elastischen oder akustischen vonder Struktur zum Unendlichenabgelenkten ebenen Wellen).

Druck des Fluids im Behälter undBewegung der freien Oberfläche.

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Von der Mehrskalen- zur Multiphysik

In der Elektroindustrie wieüberall sonst werden die

Phänomene oftgekoppelt. Code_Aster

bietet Lösungen, uminterne sowie externe

Phänomene mit anderenspezialisierten

Rechenprogrammen zuverketten und koppeln.

In Mehrskalen und MultiphysikAnalyse werden interne und externeVorgehensweise zum Codeunterschieden. Im ersten Fall wird dieVielfalt der Physik direkt vonCode_Aster berücksichtigt. Dagegenwird im zweiten Fall ein andererRechencode eingesetzt, um dieWechselwirkung durch Kopplung oderVerkettung zu erstellen.

InterneVorgehensweise

Thermomechanische Verkettung fürStudien mit von der Temperatur odervon anderen Variablen abhängigenMaterialien.

Starke Kopplung der Gleichungen derThermik, der Hydraulik und derMechanik (Thermo-hydro-mechanik).Poröse Medien – gesättigt oder nicht -werden berücksichtigt: Felsen, Ton,Beton.

Die Thermometallmechanik wirdinsbesondere für die Simulation vonmehrlagigem Schweißen.

Die Fluid-Struktur Wechselwirkungermöglicht die Berechnung derSchwingungen einer Struktur, die einFluid enthält/in ein Fluid eingetauchtist oder unter Strömung.

Eine Strom-Mechanik Verkettungliefert die Dynamik von Strukturen,

die den durch die relative Lage derLeiter bedingten Laplace-Kräfteunterworfen sind.

Die Arlequin Methode öffnet die Türender Mehrskalen Analyse, indem siedigitale Modellierungen verschiedenerArt (Risse, Schweißen,

Dank des MED Formats(Modellierung undDatenaustausch von durchEDF-R&D und den CEAentwickelten finitenElementen )...... tauscht Code_Aster mit anderen CodesVernetzungen, topologische Einheitenund Ergebnisse aus. Ihre Struktur ist ziem-lich reich: jedes Feld bei Elementen(gleichbleibend an den Gauß- undKnotenpunkten), Größe-Feld, definiertesoder nicht definiertes Feld, Feld mitBestandteile von heterogener Größe (z.B.eine 3D-Modellierung mit Schalen undBalken). Dieser Reichtum ist eineSicherheit, sich der Benutzung von nicht

eigenen Vor- und Nachbehandlung Toolsöffnen. Es hat ein einziger

Einstiegsort: FORMAT=’MED’,in LIRE_MAILLAGE,

LIRE_CHAMP undIMPR_RESU.

Mikro-MakroEin Verhalten aus elementarenGrundsteinen (ein Strömungsgesetz, einekinematische Verfestigung, eine isotropeVerfestigung) zu bestimmen, ermöglichtes, nicht alle kombinierten Verhalten zudefinieren. Die Bausteine werden durchden DEFI_COMPOR Operator mit einemEinkristall und dessen Gleitsystemen ver-bunden. So wird in STAT_NON_LINE einMaterialgesetz für eine bestimmteVernetzungsgruppe geschafft. Dann kön-nen Aggregate berechnen werden, wojedes vernetzte Korn aus einem orientier-ten Einkristall besteht.

D i e s e n e u e r „ M i k r o - M a k r o “Funktionalität öffnet den Weg für voll-modulare Mehrskalen Studie. Dafürbraucht man einfach, die verschiedenMaßstäbe in einen aus mehreren hete-rogenen Einkristallen bestehendenPolykristall einzugliedern, einLokalisierungsgesetz für das Ganze zubestimmen und dann kann dieBerechnung beginnen.

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Tragstrukturen...) durch eineÜberlagerungstechnik miteinanderverbindet.

Risse kann man ebenso mit der X-FEMMethode auf einer spannungslosenVernetzung analysieren.

3D/Schale Anschluß und geissenesPatch mit Arlequin.

Verkettung Saturne/Aster.

Aggregat-Berechnung

Mit dem Mikro-Makro könnenMaterialgesetze in verschiedenenMaßstäben modular manipuliertwerden (siehe Textbox).

Das Verfeinerungs-/Verallgemeinerungstool vonHOMARD Vernetzung, das mit derBerechnung von Fehlerindikatorenoder Sensitivitäten (Berechnung deranalytischen Ableitungen im Vergleichzu den Daten), erlaubt dem Benutzer,die Qualität der Berechnungen zuschätzen.

ExterneVorgehensweise

Verkettung Code_Saturne (EDF-CEA,Thermohydraulik für Fluide)-Syrthes (EDF,Temperaturwechsel für Wandungen)-Code_Aster (Struktur) mit einerInterpolation des Temperatur- oderDruckfelds auf der mechanischenVernetzung.

Verkettung Code_Aster-Europlexus(Schnelle Dynamik Rechencode von demEDF-CEA-CCR/Ispra-SamtechKonsortium).

Frequenzantwort unter MISS3D (ECP,Integralgleichungscode für dieAusbreitung von Wellen) an einerseismischen Erregung für Schicht-Bödenmit oder ohne flüssigem Gebiet nach derModalanalyse unter Code_Aster.

Code_Aster, eine flexibleund offene Software

Die Struktur vonCode_Aster erlaubt dem

fortgeschrittenenBenutzer, die Softwareleicht an seinen Bedarfanzupassen – teilweise

dank PYTHON, umprofessionelle

Anwendungen zuschreiben, ein finites

Element oder einMaterialgesetz

einzugliedern, oder einneues

Datenaustauschformat zubestimmen.

Die BefehlssprachePYTHON

Der Benutzer von Code_Aster definiertdie Einstellungen sowie den Weg seinerAnalyse in einer Befehlsdatei. DieGrammatik und der Wortschatz dieserBefehlssprache, die für Code_Asterbestimmt und in der Sprache PYTHONgeschrieben wurde, sind in Katalogenbeschrieben. Eine solche Strukturierungder Information ermöglicht es, dieSprache mit geringem Aufwand umneue Befehle zu erweitern, oderwiederkehrende Rechenfolgen inMakro-Befehle einzubinden.

Für Fortgeschrittene ist es möglich,Programmierung in ihren Datensatzeinzusetzen: von der einfachsten(Kontrolleinrichtung, Schleife, Tests) biszu der kompliziertesten, die den ganzenReichtum von PYTHON benutzt(Methoden, Klassen, Importieren vongraphischen oder mathematischeBerechnungsmodulen...).

Ein erstes einfaches Beispiel: dieOptimierung des Radius eines

Rohrkrümmers. Alle Ergebnisseder Berechnungenkönnen in den

PYTHON-Raumhochgeladen werden. Es handelt sichhier um einen Indikator fürMaximalspannung im Krümmer, damitdie Vernetzungs-, Berechnungs- undNachbehandlungsaufgaben wiederholtwerden können. So kann man denRadius des Rohrkrümmers optimieren.

Zweites Beispiel: der MEIDEE Makro-Befehl ermöglicht es, durch eingraphisches Interface Berechnungen fürSpannungsidentifizierung aufKabelstrukturen zu starten. DieBenutzung des graphischen Modulsbietet ein intuitives Interface, um dieIdentifizierung durchzuführen. Aus derVerkapselung in einen Makro-Befehlergibt sich ein professionellesWerkzeug, das die Methodologiebetriebssicher und dauerhaft macht.

Modul Python vom MCI

Modulen für graphischeDarstellung

Code_Aster Befehle

Expansion Rechnung➔ vielseitige Moden Basis

Kriterienberechnung

Ist die Korrelationtreffend ?

Anzeige derErgebnissen

Auswahl vonDateneingabe und Moden, usw.

IMPR_RESU

MAC_MODES...

PROJ_MESU_MODALREST_BASE_PHYS...

Nein

Ja

Start von MACR_VISU_MEIDEETab "Korrelation"

Schreiben der Ergebnissen,Ende der Makro

Beispiel der Anwendung von Python in einem Makro-Befehl: Ablaufschema vonMACR_VISU_MEIDEE.

Finite Elemente undMaterialgesetze

Falls die etwa hundert existierendenMaterialgesetze Ihr Problem nicht lösenkönnen, können die Stoffgesetze einfachprogrammiert oder verändert werden

Nachdem der Katalog fürMaterialparameter damit erweitertwurde, braucht man nur eine Routine zuschreiben, die die Zustandsgleichungintegriert und den Spannungstensor, dieaktualisierten inneren Variablen, sowiedie Tangentialmatrix liefert.

1.Optimierung eines Rohrbogens

Sollte sich das gewünschte Element nichtunter den 480 bestehenden Elementenfinden, können Sie es entwickeln. DieDokumentation gibt die Anweisungen fürdiese Entwicklung. Es ist dafür nichtnötig, den ganzen Code zu beherrschen.

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Ein neuer Look2007 hat sich die Webseite völlig geän-dert und stützt sich seither aufverlässliche Technologien, um neueFunktionalitäten hinzuzufügen: wiki, RSS-Feed, neu gestaltetes Forum, ...

Code_Aster als freieSoftware! Warum?Natürlich lautet die Antwort„Annerkennung“ und „Anreicherungdurch Benutzung“. Die Fehler werdenschneller und vollständig identifiziert, das

vielseitige Know-How und dieKreativität der professionellen

Beiträge werden sich zuneh-mend entwickeln, was eine

bessere Validierung/Qualifizierung der Modelledurch die Gemeinschaft

der Benutzer garantiert. Über den tech-nischen Aspekt hinaus stellt sich das poli-tische Engagement, das von EDF R&Dund Code_Aster Libre unter GPL Lizenz(GNU General Public Licence) – Ergebnisder Kompetenz und derQualitätsanforderungen derNukleartechnik – gebracht wird, resolutauf den Transfer von Innovation zurIndustrie. Durch diese Entwicklung solltedie Aster-Beiträge von Teams aus derstaatlichen oder der privaten Wirtschaft(siehe AE Nr. 43) beleben, indem sie hin-gegen eine dauerhafte, für die eigeneArbeit wiederverwendbare Plattform bie-tet. Code_Aster Libre ist halbjährlich zumDownload verfügbar und profitiert jedesMal von der Aster Methode: keinRückschritt in Präzision/Leistung desErreichten.

Die Webseite www.code-aster.org ist

die Multimediabasis desCodes. Sie entspricht derdoppelten Erwartungen,

Benutzern undEntwicklern zur

Verfügung zu stehen unddie Verbreitung als Open-

Source-Software zuunterstützen. Kleiner

Einblick in dieverschiedenen Teile undRubriken der Webseite

und ein paar Erklärungenüber die technische undpolitische Motivationen

für die Quellöffnung vonCode_Aster.

DarstellungDie Rubriken „Généralités“,„Fonctionnalités“ und „Domaines de modélisation“ ergänzen dieseCode_Aster V8 Brochüre. Hier befindensich auch die während der jährlichenBenutzer- und freier Code_Aster-Tagenvorgeführten Folien. Die„Applications“ Rubrik befasst sich mitindustriellen Aster Studien. In derRubrik „Versions“ wird derUnterschied zwischen der „freien“und „Entwicklungs und Betriebs“Version erklärt. Die „Qualité“ Rubrikstellt genauer die Kriterien für dieAnnahme von Entwicklungen undFehlerbehebungen dar. Schließlichwird in der „Outils“ Rubrik dieCode_Aster benutzende oder vonCode_Aster benutzte Softwareaufgelistet.

DokumentationDie „Documentation“ Rubrik bietetdie ganze technische Dokumentationan.In dieser Rubrik sind die Dateien„Verwaltung“(Qualitätsicherungsverfahren), dieAngaben zu „Materialien“ undandere Dokumentationen bezüglichder von EDF qualifizierten Version mitbeschränktem Zugriff.

Ein Wiki steht der freien Gemeinschaftzur Verfügung, um den offiziellen Kernbeim Schreiben von Dokumenten zurersten Benutzung, Beispielen undLernprogrammen zu ergänzen.

DownloadIn dieser Rubrik befinden sich dieDownloads für Code_Aster. Mit demQuellcode des Codes kommen alleerforderlichen Tools undVoraussetzungen in einem einzigenPaket: „aster-full“. Dadurch wird dieInstallation erleichtert. Sie entsprichtgewöhnlich einer einzigenBefehlszeile.

Die wöchentlichen Updates derEntwicklungsversion sind auch onlineverfügbar.

SupportDie Lehrmittel und Übungen zu denSchulungen stehen dem Benutzer zurVerfügung. Hier findet man dieRegeln, die zu beachten sind, um inder zentralisierten Version zu

entwickeln und die Entwicklung zuvalidieren, sowie die Historie dersukzessiven Updates derEntwicklungs-Version, derenProtokolle (beschränkter Zugriff) undein Organigramm, das die Mitarbeiterdes Projektes vorstellt. Die Seite„Version NEW“ bietet alleInformationen, um auch mit denwöchentlichen Patches der Version dieeigenen Entwicklungen zu behalten.

HilfeDiese Rubrik – mit beschränktemZugriff – ist für EDF-Benutzerbestimmt. Sie bietet alleInformationen über den Zugang zumCode, die Telefonhilfe, dieAusbildungen und denBenutzerverein.

Code_AsterDie Webseite, die freie version

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Das Feedback...... ist ein wertvolles Tool für dasEntwicklungsprozess. Dadurch werden dieWünsche der Benutzer gesammelt, die Fehlergemeldet und im Laufe der Zeit verfolgt. DasFeedback stützt sich auf Intranet-Technologien,um eine Datenbank von über 10 000Dokumenten zu verwalten.

Immer mehr...... Berechnungsmittel für die Benutzer vonCode_Aster: Ein zentraler Bull NovascaleRechner (120 Prozessoren mit 1,6 GHz,Speicherkapazität von 960 GB), ein

Entwicklungscluster mit 10 Opteron 64-Bit-Prozessoren, und ein Zugang zu den massivParallelrechnern des CCRT („Zentrum fürBerechnungen, Forschung und Technologie“)der CEA („Atomenergiebehörde“)..

Der Dienst „Hilfe zurBenutzung“...... liefert die erforderlichenKenntnisse für schwierige oderinnovative Studien. Dieser Dienstist durch das Feedback-Tool zuerhalten.

Seit 1989 wirdCode_Aster bei EDF als

das Tool für digitaleSimulation, das alle

erforderlichenInnovationen für die

Expertise der Problemerechtzeitig hervorbringt,

anerkannt. Die 8. Versionbekräftigt diesen

Doppeleinsatz: einqualifiziertes und

operativesBerechnungstool, das

Entwicklungen aus derForschung aufnimmt.

Transparenz undValidierung gewährenQualität

Die Aster Qualitätskriterien, die dieEntwicklung und die Verbreitung desCodes beherrschen, stützen sich auf einregelmäßig geprüftesQualitätshandbuch, das denVorschriften der Behörde für dieSicherheit von EDF nuklearenBauwerken entspricht. Diese Kriterienbilden den Aster Software-Qualitätsplanund sind in dem Verwaltungshandbuchdes Codes definiert. Dokumente zu dentheoretischen Grundlagen der AsterModelle befinden sich in den„Schlüssel-“handbüchern. Dieunabhängige Validierung derBetriebsversion des Codes, die vonexternen Berechnungsgesellschaftengemacht wird, betrifft die Gültigkeit derSoftware ihrer Dokumentationgegenüber, die tatsächliche Abdeckungder angesagten Analysegebiete und denRückschrittsverbot in derGenauigkeit/Leistung. DasQualitätsblatt, das jeder Betriebsversionbeiliegt, wird je Unterversion (behobeneFehler, anwendbare Dokumentation)aktualisiert.

Ein zentrales Teamvon etwa zwanzigIngenieuren...

... der EDF-R&D widmet sich derKohärenz und der Qualität der AsterPlattform (2 000 Tests zur Validierungoder Rückschrittsverbot): Struktur, Tools,Versionierung, Inbetriebnahme,Verwaltung des Feedbacksystems,Validierung, Dokumentation,Kommunikation, Ausbildung, usw. Dazukommen die Mitarbeiter der EDF angeeigneten Projekten, der industriellenund akademischen Forschung, derStudien- und Dienstanbieter. So warenüber 70 Ingenieure an der Entwicklungder 8. Version beteiligt.

ProdukteDie Aster Struktur besteht aus 1 200000 Fortran-Zeilen (darunter 440 000neue oder veränderte in der V8), diedurch C und Python unterstützt werden.Die Struktur beruht auf einerVerwaltung von dynamischem Speicher,einem Befehlskontrollprogramm undeiner EF-Berechnungmaschine

(Algorithmen unabhängig von derFormulierung finiter Elemente). DieÖffnung stützt sich auf einer großenAnwendung der Kataloge, in denen dieBefehle und finite Elemente beschriebensind.

Code_Aster ist in 3verschiedenenFormen erhältlich...

... Betriebs-, Entwicklungs- und freieVersion, die alle aus einem einzigenQuellcode stammen. Der Quellcode,dessen Tools und Vorbedingungenwerden unter Linux behalten undvalidiert. Die Aster Gemeinschaft hataber eine Portierung unter Windowsvorgeschlagen.

Die Betriebsversion (V8 im Juni 2007)entspricht die sogenannten IPS(„wichtig für die Sicherheit“)Qualitätsansprüche. Während 2 Jahrenwerden Fehler behoben und dieValidierung und Dokumentationergänzt. Es ist die von den EDF-Benutzern und deren zugelassenenLieferanten Version. Dann bleibt sienoch zwei Jahren verfügbar im Rahmender Wiederaufnahme der Studie.

Die Entwicklungsversion (V9.0 im Dez. 2006) wird wöchentlich durchFehlerbehebungen, Verbesserungen und Innovationen bereichert (jährlich 50 Updates). Nach einem 2-jährigenEntwicklungszyklus und derQualifizierung wird dieEntwicklungsversion zurBetriebsversion.

Die Linux Aster ausführbare Programmefür Betrieb und Entwicklung stehen EDFund deren Partnern zur Verfügung aufden zentralisierten Server.

Die halbjährliche Version Code_AsterLibre („frei“) wird unter GPL Lizenz aufwww.code-aster.org herausgegeben.Die freie Version kommt aus dem Paketder gegenwärtigenEntwicklungsversion. WöchentlichePatches ermöglichen dieWeiterverfolgung der Updates.

DokumentationBenutzung („U“: Allgemeine,Befehlsyntax, , Beispiele), Informatik(„D“: Struktur, Speicherverwaltung,Kontrollprogramm, Dateienstrukturen),Schlüssel („R“: Formulierung undAlgorithmen) und Validierung („V“:Testfälle für elementare Mechanik oderRückschrittsverbot). In der V8: 14 000Seiten (50% der Korpus wurde erneut)sind auf www.code-aster.org zu lesen.

Ausbildung und Hilfezur Modellierung

Der Wert einer Simulationssoftwareberuht auch auf der Kompetenz und derKritikfähigkeit seiner Benutzer. SolcheEigenschaften kann man sich durchbedeutende Erstausbildung undFortbildung aneignen. Die AsterLehrgänge entsprechen denverschiedenen Geschmäckern:„Einleitung“ zu dem Code oder dessen„Entwicklung“, Beherrschung der„Nachbehandlungen“ oder der Tools für die „Qualität der Studien“,„dynamische“ oder „nichtlinearestatische“ Analysen.

Produkte und Dienstleistungen

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Code_Aster, eine benutze

EFICAS: Aster intelligenter graphischer Befehlseditor

SALOME-MECA: Einheitliches Umfeld fürdie verschiedenen Phasen der Code_AsterStudien

Dieses in der Plattform eingegliederteSoftware erleichtert das Umgehen mitden Netzgruppen, das Aushalten vonRandbedingungen und den Belastungen.Für Standardstudien ermöglicht einAssistent die automatische Erzeugungvon Befehlsdateien nach der Wahl desBenutzers.

EFICASEFICAS, der Befehlsdateien Editor undParser, ist eine mit einerbenutzerfreundlichen GUI ausgerüsteteSoftware, die garantiert syntaktischgültige Dateien erzeugt, die der Wahl desBenutzers entsprechen. EFICAS verwaltetautomatisch die Syntax, die Stichwörter,verschiedenen Regeln sowie erwarteteArte von Konzepten, indem es denBefehlskatalog interpretiert.

SALOME-MECADie Salome-Meca Plattform bietet eineeinzige Umgebung für dieverschiedenen Phasen einer Studie.

Schaffung der CAO Geometrie

freie oder strukturierte Vernetzung

Umwandlung in physikalischeAngaben (EFICAS)

Start des Code_AsterBerechnungfalls (ASTK)

Nachbearbeitung der Resultate(STANLEY)

„Berechnung vonhohem Niveau

bedeutet nicht mehrSchwierigkeiten bei der

Benutzung.“

Die Eingliederung vonCode_Aster in die

Salome-Meca Plattformerleichtert die

Benutzung.

Ein paar Klicks reichen,damit Salome-Meca

die Berechnungdefiniert, ausführt und

nachbearbeitet.

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rfreundliche Software

ALOME-MECA: Darstellung der Ergebnisse

ASTK: Mittelpunkt der Benutzung und der Entwicklung in Code_Aster.

STANLEY: Browser für Ergebnisse aus Code_Aster.

ASTKUm einen multi-Plattformmultiversionierten Berechnungscode,der von verschiedenen Teams benutztund entwickelt wird, zur Verfügung zustellen, ist ein Verwaltungsprogrammfür Studie- und Entwicklungnotwendig. Genau dafür wurde ASTKgeschaffen: Auswahl derProgrammversion; Bestimmung derDateien, die die Studie bilden;Schaffung einer korrigierten Version;Zugang zu denKonfigurationsverwaltungstools für dieEntwickler und schließlich Verwaltungder Fehler- und Entwicklungsdaten.

Dieses Interface stützt sich aufNetzwerk-Protokolle, um die Dateienvon Benutzern zum Server umzuleiten,oder Fernsteuerungen – auch durchdas Internet – zu starten. DerBenutzer kann seine Daten- undErgebnisdateien auf verschiedeneComputer verteilen. Das Interfacegewährleistet den Dateitransfer durchdas Netz. Die Dateien könneneventuell komprimiert werden.

STANLEYDurch das interaktiveNachbehandlungstool Stanley hatman Zugang zur Liste der Felder, die in den Ergebnisdateistrukturen(Verschiebungen, Spannungen, ...)verfügbar sind. Es ist auch möglich,

neue Felder zu schaffen, Teile davonzu entnehmen und sie als Iso-Werteoder Kurve (Salome-Meca, gmsh,Xmgrace) bildlich darzustellen. Stanleypasst sich an alle Konfigurationen an:Arbeitplatz unter Unix, Linux oderWindows, Berechnung auf Lokal- oderFernserver.

EDF R&D1, avenue du Général-de-Gaulle92141 Clamart cedex - France

www.edf.comEDF SA au capital de 911.085.545 euros - R.C.S PARIS B 552 081 317