Файл: Программные средства профессиональной деятельности.pdf

106
Рис. 7.1. Рабочий экран ELCUT
В подсказках всегда можно найти много полезной информации. Если вы выключили справку, то вернуть ее обратно можно с помощью клавиш
Ctrl+F1, или нажатием кнопки на панели инструментов.
Главное меню содержит подменю: Файл, Правка, Вид, Задача,
Сервис, Окна и «?». Каждое подменю имеет соответствующие пункты.
Если в конце названия пункта меню имеется многоточие, то это означает, что за ним следует окно диалога, предназначенное для запроса дополнительной информации. Выбор пункта меню осуществляется с помощью мыши или
≪горячих≫ клавиш. Сочетание ≪горячих≫ клавиш и их назначение приводится в виде подсказки в меню.
Используя ELCUT, вы работаете с разными типами документов: задачи, геометрические модели, библиотеки свойств материалов и др.
Каждый документ открывается в своём отдельном окне внутри главного окна ELCUT. На рис.6.2 в качестве примера приведена картина магнитного поля электромагнитного устройства, полученного в результате решения с помощью прикладной программы ELCUT.
Рис. 6.2. Результат расчета магнитного поля

107
Алгоритм (последовательность шагов) при решении новой задачи в
ELCUT можно представить в виде блок-схемы рис. 6.3.
Рис. 6.3. Алгоритм разработки пользовательской программы
3.Этапы решения задачи.
В соответствие с алгоритмом разработки пользовательской программы в ELCUT на первом этапе необходимоопределить исходные
данные новой задачи. Для этого задачу нужно сформулировать.
Рассмотрим этот процесс на примере двухпроводной линии, рис. 6.4.
Рис. 6.4. Двухпроводная линия в диэлектрике
В этой линии один проводник имеет круглое сечение другой прямоугольное. Линия находится внутри диэлектрика прямоугольного сечения, и вся эта конструкция находится в воздушном пространстве в электрическом поле с напряженностью Е. Направление силовых линий внешнего поля слева на право.
Заданы исходные данные:

108
Геометрические размеры проводников d=1см, b=3см, l=2,5см, a=5 см, c=8 см, h=2,5 см.
Относительная диэлектрическая проницаемость воздуха ε=1.
Относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика ε=4.
Напряженность поля E=5 кВ/м.
Определяется конечный результат решения. «Требуется построить
картину поля».
На втором этапе необходимо создатьновую задачу. Для этого запускают программу ELCUT и после щелчка мыши по пунктам
Файл/Создать…(или щелкнув по кнопке 2) появляется окно, рис 6.5, в котором следует выбрать соответствующее поле. Некоторые поля могут быть в данный момент недоступны, тогда они выделяются серым цветом.
В появившемся окне Новый документ выбрать пункт Задача ELCUT и нажать кнопку OK. В более поздних версиях при аналогичных действиях появляется окно рис 6.6.
В окне Создание задачи ввести имя файла задачи в соответствующей строке (рис. 6.6). Данное окно позволяет определить место хранения файла новой задачи. После того как место хранения новой задачи определено, щелкните указателем мыши по кнопке Далее>.
Рис. 6.5.
Пример окна диалога
Рис. 6.6. Создание задачи.
При необходимости изменения месторасположения новой задачи производится щелчком указателя мыши по кнопке Обзор
После чего

109 появится новая форма Создание новой задачи, рис.6.7, которое позволяет определить новое месторасположение файла и при необходимости его можно переименовать. Основной файл задачи имеет расширение pbm.
Рис. 6.7.
Окно для сохранения файла задачи
После нажать кнопку Далее. В следующем окне выбрать тип задачи
,например, Электростатическое поле, класс модели плоская и параметр расчета обычный (рис. 6.8). После ввода этих данных при нажатии Далее>.
ELCUT запрашивает информацию о единицах измерения и координатах рис. 6.9. Единицы представлены диапазоном от микронов до километров.
Работая со студенческой версией ELCUT лучше выбрать миллиметры, т.к. данная версия позволяет ставить только 200 узлов сетки конечных элементов. После щелчка по кнопке Готово, задача будет выведена в левую часть рабочего экрана ELCUT. После появления окна с
≪деревом≫
задачи рис. 6.10 рекомендуется сразу сохранить созданное описание новой задачи. Для этого нужно пройти меню Файл/Сохранить все
файлы задачи.
Рис. 6.8. Выбор типа задачи.

110
ELCUT запишет файл с расширением pbm в выбранное ранее место на диске или другом носителе.
Рис 6.9. Выбор единиц длины и системы координат
Рис. 6.10.
Окно с
≪
деревом
≫
задачи.
Третий этап – этапсоздания модели. Создание модели начинается с описания геометрии конструкции возбуждающей поле. Для этого нужно правой кнопкой мыши щелкнуть по полю Геометрия в дереве задачи в раскрывшемся меню выбрать Открыть рис. 6.11.
Рис.6.11. Описание геометрии модели

111
Поскольку файла «электро1.mod» еще нет, то появится окно с соответствующим сообщением (рис. 6.12):
Рис. 6.12. Окно диалога
В данном случае следует щелкнуть по кнопке OK. После чего откроется окно работы с моделью. Для большего удобства Вы можете развернуть его на весь экран, рис. 6.13.
Рис.6.13. Меню и окно работы с моделью
После того как создано поле для геометрического представления модели, следует приступить к описанию конструкции, возбуждающей поле. Для этого, прежде всего, нужно поместить указатель мышки над полем редактора, запустить контекстную команду Сетка привязки. На экран будет выведен диалог, показанный на рис. 7.14.
Рис. 6.14. Диалог настройки параметров сетки

112
Рекомендуется всегда использовать режим привязки к сетке и выводить саму сетку на экран. Команда Масштабировать вместе с окном
включает или отключает изменение видимого размера ячеек сетки в процессе масштабирования изображения. определить размеры расчетной области. Уточним, что имеется в виду.
Как известно, распространение электромагнитного поля в свободном пространстве неограниченно. Естественно, что решить задачу для бесконечного пространства численными методами невозможно. Учитывая, что напряженность электрического поля быстро падает с увеличением расстояния от источника, вполне достаточно, чтобы границы решения задачи имели линейные размеры, превышающие размеры источника поля в
3-5 раз. Ограниченное пространство, для которого производится расчет поля, называется расчетной областью. Расчетная область может быть выделена любой геометрической фигурой: квадратом, прямоугольником или окружностью (в зависимости от геометрии задачи). Фигура строится из отрезков линий, чаще всего прямых. Эти линии принято называть
ребрами. Концы ребер называются вершинами.
Построение геометрии расчетной области осуществляется с помощью небольшого, но довольно простого и гибкого инструментария. Как уже было отмечено основными графическими примитивами, которые можно строить являются вершина, ребро, фигура.
Каждый элемент обрисовывается с помощью соответствующего инструмента. Все инструменты сосредоточены в панели Модель (рис.
6.15), которая выводится на экран только после активизации (щелчка мышкой по рабочей области) графического редактора.
Рис. 6.15. Инструменты панели Модель
Примечание.
ELCUT имеет лишь базовые возможности построения двумерной графики. Их хватает лишь для построения несложного рисунка.
Если рисунок сложный, состоит из большого количества элементов, то его проще выполнить в специализированном графическом пакете, например
AutoCAD, а затем импортировать в ELCUT. Для импортирования нужно сохранить исходный чертеж в формате DXF, после чего запустить Файл /
Импорт DXF.

113
1. Построение ребра.
Для создания нового ребра необходимо действовать по алгоритму:
Нажмите кнопку на панели инструментов Вставлять вершины и
ребра или клавишу INS, чтобы перейти в режим вставки.
Укажите раствор нового ребра в окне Раствор дуги. Выберите одно из значений, находящихся в выпадающем списке (прямая линия, четверть круга, половина круга, три четверти круга).
В начальной точке создаваемого ребра нажмите левую кнопку мышки и не отпуская ее, перетащите указатель к конечной точке. В процессе перетаскивания следует обращать внимание на координаты текущей точки, отображаемые в статус-строке в выбранных по чертежу единицах измерения.
2. Построение вершины. Чтобы создать новую вершину необходимо действовать по алгоритму:
Выберите команду Вставлять вершины и ребра на панели инструментов, чтобы перейти в режим вставки.
Укажите точку, где нужно создать новую вершину, и дважды быстро нажмите левую кнопку мыши.
3. Вставка фигуры.
Вставка фигуры позволяет ускорить процесс создания геометрии, путем ввода стандартных геометрических фигур: круга, прямоугольника, эллипса. Их ввод осуществляется запуском команды Добавить фигуру из панели Модель. На экране появится диалог.
Рис. 6.16. Добавить фигуры
После выполнения вышеперечисленных процедур построение геометрической модели полностью завершено. Сохраняют ее нажатием комбинации клавиш Ctrl+S, либо через меню Файл. ELCUT сохранит геометрическую модель с расширением *.mod. Следующим этапом в

114 создание модели является связь физических свойств с геометрическими объектами модели.
Четвертый этап – это описание физических свойств модели.
Описание физических свойств элементов и объектов модели проводится в два приема.
1. Необходимо присвоить имена геометрическим объектам, с помощью
меток, которые необходимы для того, чтобы пользователь мог обращаться к конкретному элементу модели для описания свойств его материала, или описания источников поля, а также граничных условий.
2. Провести описание свойств материалов элементов модели, источников поля и граничных условий.
6.3. Модель для расчета электростатического поля
В качестве примера рассмотрим поле геометрической модели представленной на рис. 6.17.
Рис. 6.17. Модель двухпроводной линии.
Исходными данными для этой модели являются геометрические размеры двухпроводного кабеля в диэлектрической изоляции рис. 6.4.
Блоками модели являются ограниченная квадратом ABCD область воздушного пространства, охватывающего диэлектрик с заключенными в него проводниками и сами проводники.
По условию задачи требуется построить результирующую картину поля, которая определяется внешним электростатическим полем, силовые линий которого направлены слева на право, а так же составляющими поля, создаваемого проводниками кабеля. В рассматриваемой задаче содержатся три материала с различными свойствами: воздух, диэлектрик и проводники.

115
Для присвоения свойств элементам модели выберем следующие имена меток Воздух, Диэлектрик, Провод, Шина.
Этап присвоение меток.
Для присвоения меток блокам необходимо:
1. Щелкнуть мышью внутри прямоугольника ABCD. Блок станет выделенным заливкой красного цвета.
2. Открыть левой кнопкой меню Правка/Свойства.
3. После появления формы Свойства выделенных объектов, в окно
Метка поместите имя метки, в данном случае Воздух (рис. 6.18) .
Рис. 6.18. Блок для присвоения свойств выделенным объектам.
4. На этом нажатием кнопки ОК следует закончить диалог.
Точно так же нужно поступить с блоком Диэлектрик. Блокам Провод
и Шина метки можно не присваивать. Объясняется это тем, что эти блоки представляют собой проводники. Как известно электростатическое поле внутри проводников отсутствует, т.е. рассчитывать его нет смысла.
В окне описания задачи в разделе Метки блоков появятся метки рис.
6.19.
Рис. 6.19. Метки блоков
Кроме меток блоков необходимо присвоить метки ребрам а, в общем случае, и вершинам. Метки рёбер используются для задания граничных

116 условий на внешних и внутренних границах области. В данном случае задаются граничные условия для ребер АD и BC.
Метки рёбер.
Щелкнув правой кнопкой на ребро AD, вызывают контекстное меню, и в нем выбрав Свойства (Alt+Enter) и отмечают его как Лево.
Точно так же присваивают метки правому ребру ВС обозначив его, например, Право. Правое и левое ребро, в дальнейшем рассматриваются как пластины конденсатора, создающего электрическое поле с напряженностью E. Верхнее и нижнее ребро области в решении не участвуют, и, поэтому, соответствующие им метки можно не создавать.
Затем присваивают метки четырем ребрам диэлектрика, присвоив им имена Диэлектрик, а именно, Диэлектрик лево, Диэлектрик право,
Диэлектрик низ, Диэлектрик верх.
После этого определяют метки верхнему и нижнему ребру провода.
Дав им имена Верх провода и Низ провода. Таким же образом можно выделить отдельные ребра шины и присвоить им метки, но можно это сделать сразу для всех ребер. Для этого удерживая кнопку Ctrl, выделяют все ребра шины. Для этого в меню Правка/Свойства (Alt+Enter)
отмечают все 4 ребра одной меткой Поверхность шины.
После того, как указанные метки созданы к дереву задачи, добавляются метки с флажками, означающими, что описание меток не закончено (рис. 6.20).
Рис. 6.20. Метки модели