Тема 8. Аналіз та інтерпретація результатів розрахунку

Візуалізація напружено-деформованого стану схеми значно полегшує аналіз результатів розв’язку задачі.

Використовуючи графічні можливості, можна легко оцінити достовірність деформованого стану схеми від кожного завантаження чи їх комбінації, коректність задання в’язей та жорсткостей, отримати чисельну інформацію по кожному вузлу чи елементу.

Загальноприйнятий набір потрібних результатів (переміщення, зусилля, поля напружень) став настільки традиційним, що майже не обговорюється. Проте цей набір далеко не достатній для серйозного осмислення характеру отриманого розв’язку задачі. Крім того, способи відображення цих результатів є дуже громіздкими, що також не сприяє ясному розумінню особливостей вирішеного завдання.

Результати статичного і динамічного розрахунків складної системи, представлені в числовій формі, містять такі величезні масиви даних, що їх осмислення і аналіз практично нездійснимі. Мало допомагає і передбачена в більшості програмних систем можливість вибіркового друку результатів, оскільки користувач не завжди знає, які з них виявляться критичними.

Набагато більша наочність досягається при графічному відображенні результатів у вигляді епюр та ізополів, при якому відбувається серйозне стискування інформації і вона отримує наочність. В ідеалі, програмна система має бути здатна видавати ізополя (або ізолінії) тих параметрів напружень/деформацій, функціональну залежність яких від компонент тензора напружень/деформацій формулює сам користувач.

ПК ЛІРА забезпечує наочну візуалізацію наступних результатів з можливістю фрагментації, масштабування та повороту:

• деформована схема конструкції;
• мозаїки переміщень та поворотів вузлів схеми;
• епюри та ізополя сил, моментів і напружень в елементах схеми;
• анімації форм коливань системи;
• прискорення та інерційні сили у вузлах схеми;
• навантаження на фрагменти.

Але і це не завжди дозволяє якісно виконати аналіз, оскільки для системи в цілому графічна інформація може виявитися недостатньо розбірливою і легкою для читання, а при її фрагментації відновлюється наочність, але виникає нова проблема – пошук того фрагмента, на якому реалізувалися значення тих або інших результатів розрахунку, що цікавлять користувача. Вирішення цієї задачі для скільки-небудь складної схеми зовсім нетривіальне.

Виходом з положення може служити прийом, заснований на управлінні колірним відображенням. Є можливість видачі в кольорі тільки тих частин ізополя, які належать певному діапазону значень, з відключенням усіх інших рівнів. Тоді стає очевидною локалізація «критичних» значень результатів розрахунку.

Невдала візуалізація результатів розрахунку може звести нанівець усі переваги, які були отримані в процесі його виконання. Розробники програмних засобів зазвичай звертають велику увагу на цю сторону проблеми і надають користувачеві на вибір декілька систем візуалізації. Окрім ізополів це може бути представлення результатів розрахунку (переміщень, зусиль, напружень) у вигляді так званих мозаїк, коли користувач може розфарбувати скінченні елементи або вузли в кольори, відповідні деяким вибраним діапазонам значень або ж нанести на скінченні елементи спеціальні кольорові маркери. Дуже корисна наявна в багатьох програмних системах функція "пробника", що дозволяє отримати оцифровані значення ізополів в будь-яких точках, які користувач помітить курсором.

Незважаючи на усі зручності графічного представлення результатів, отримані числові значення також украй важливі і не лише для наступної обробки числової інформації, але і для уточнення даних, представлених в графічній формі. Одним з найбільш вдалих варіантів слід вважати можливість одночасного показу даних розрахунку    в   чисельній    і   графічній    формі,   що   представляється  деякими програмними системами.

 Правильність результатів – поняття дуже невизначене і розтяжне, врешті- решт, це теж термін і про нього можна сперечатися.

У технології проведення комп’ютерного моделювання фігурують два учасники користувач і програмний комплекс. Користувач як відповідальна особа повинен мати розвинений набір засобів і знань, щоб не допустити помилок на етапі синтезу комп’ютерної моделі, а потім винести вердикт про правильність отриманих результатів.

Помилки можуть бути обумовлені недосконалістю програмного комплексу або збоями комп’ютера. Збої комп’ютера зустрічаються вкрай рідко і легко діагностуються, оскільки отримані результати в цьому випадку мають нечитабельний вигляд. Помилки, обумовлені неправильною реалізацією в програмному комплексі різних методів, зустрічаються частіше. Тут слід зробити такі зауваження:

1)     як правило, програмні комплекси масового застосування розробляють фахівці високої кваліфікації, а жорсткі закони конкуренції примушують їх з особливим завзяттям піклуватися про якість створюваного продукту;

2)     в сертифікацію програмного продукту включається така процедура як верифікація. Верифікація ґрунтується на рішенні ряду завдань, точне рішення яких заздалегідь відоме.

Проте набагато більше поле для помилок надає сам користувач. Причин для цього багато – від неповної інформації про можливості програмного комплексу до елементарної неуважності. По характеру помилки умовно можна розділити на формальні і змістовні.

До формальних помилок відносяться такі, які можна виявити на основі строгих формальних міркувань. Наприклад, навантаження прикладене поза областю конструкції або вказаний тип чотирикутного скінченного елементу, а в описі вказано тільки три вузли і т.п. Програмний комплекс допомагає користувачеві виявити і усунути більшість формальних помилок. З одного боку програмний комплекс безпосередньо виявляє помилки (режим діагностики), з іншого боку надає користувачеві численні режими візуальної перевірки створеної комп’ютерної моделі (численні фільтри, колірна індексація, візуалізація в тілі, масштабування, багатовіконний режим роботи).

Дуже важлива наявність в програмному комплексі режиму попереджень, орієнтованого на пошук різних невідповідностей, які можуть бути допущені користувачем, у тому числі і свідомо. Наприклад, наявність вузлів з однаковими координатами, дублювання скінченних елементів, негативна жорсткість і т.п. Користувач має бути попереджений про ці невідповідності і на власний розсуд приймати або не приймати відповідні заходи.

Змістовні помилки виявити на стадії створення комп’ютерної моделі значно складніше. Їх характер дуже різноманітний – помилку величинах навантажень, в жорсткостях, в геометрії системи, неправильне накладання в’язей, неправильне об’єднання переміщень і багато іншого. На жаль, окрім неуважності, основною причиною допущення такого роду помилок є недостатня кваліфікація користувача. Виявити ці помилки на стадії створення комп’ютерної моделі, окрім прояву особливої ретельності, можна використовуючи декілька різних способів задання початкових  даних. Сучасні  програмні  комплекси допускають     можливі альтернативні варіанти створення комп’ютерних  моделей. Звичайно, кардинальнішим рішенням проблеми є вирішення задачі по двох  різних програмних комплексах з подальшим порівнянням отриманих результатів.