Инженерные расчеты с применением САПР. Инженерные расчеты с применением сапр

• Название: Инженерные расчеты с применением сапр
• Дата: 17.10.2018
• Размер: 0.85 Mb.
• Имя файла: Инженерные расчеты с применением САПР.docx
• Тип: Документы; #53711

Инженерные расчеты с применением САПР

• Обязательным требованием рынка является оптимизация изделия, позволяющая получить максимально легкую и технологичную конструкцию и в то же время гарантирующую его правильную работу в течение всего жизненного цикла. • Проанализировать несколько альтернативных вариантов, найти оптимальное конструктивное решение и уменьшить объем натурных испытаний позволяет инженеру интеграция систем проектирования и решения инженерных задач в различных сочетаниях: механика — термодинамика — гидрогазодинамика электромагнетизм.

Назначение программ инженерного анализа в САПР • Инженерный анализ включает расчет статической прочности конструкции, ее устойчивости, возможных причин разрушений. • Анализируются воздействие статических, динамических и тепловых нагрузок на поведение разрабатываемой конструкции, траектории движения отдельных точек и звеньев, рассчитывается способность конструкции правильно функционировать при заданных условиях эксплуатации. • Моделирование работы механизмов помогает удостовериться в правильности разработанного проекта. В ряде случаев удается исключить необходимость производства опытных образцов.

оптимизации конструкции изделия является итерационной, так" align=bottom width=664 height=498 border=0>Назначение программ инженерного анализа в САПР • Задача оптимизации конструкции изделия является итерационной, так как в процессе ее решения необходимо последовательно и многократно изменять ее параметры и выполнять повторный анализ. • Переменные оптимизации (целевая функция и ограничения) могут быть связаны с такими параметрами, как коэффициент запаса, деформации, напряжения, перемещения, моменты инерции, устойчивость конструкции, форма и частота собственных колебаний и т. п.

Компьютерное моделирование внешних воздействий различной физической природы на конструкцию изделия • Компьютерное моделирование позволяет без натурных испытаний определить влияние внешних воздействий на конструкцию, снизить до минимума количество создаваемых прототипов и сократить время выпуска нового изделия. • Для успешного решения физической задачи необходимо корректно определить граничные условия. В статике их роль выполняют закрепления и приложенные к системе внешние нагрузки.

Компьютерное моделирование внешних воздействий различной физической природы на конструкцию изделия • Проектировщик может выполнить расчет напряженного состояния конструкции, возникающего под действием не только силовых, но и температурных нагрузок. • Имитация движения механизма позволяет рассмотреть перемещение его отдельных частей. • На проектируемое изделие могут действовать силы, моменты, гравитация и т. д. Рис. 4. 1. Подсистема динамического экспресс-анализа TFLEX CAD 3 D

Методы анализа механических систем • Статический, динамический, кинематический, теплофизический, гидро , газодинамический анализы позволяют оценить функциональность изделия в целом, его отдельных узлов и деталей механизмов. • Вес, напряжения, перемещения, собственные частоты и многие другие характеристики рассматриваются либо в качестве целевых функций (в этом случае их можно минимизировать или максимизировать), либо в качестве ограничений.

Методы анализа механических систем • Статический анализ позволяет рассчитать напряженное состояние конструкции под действием приложенных к системе постоянных во времени сил. • По цветовой гамме оценивается влияние допустимых нагрузок на прочность разработанной конструкции, определяются ее наиболее слабые места и вносятся необходимые изменения. При этом между 3 D моделью изделия и расчетной конечно элементной моделью может поддерживаться ассоциативная связь.

Методы анализа механических систем • Кинетостатический анализ механизмов используется для определения таких характеристик, как скорости, ускорения и реакции в соединениях, силы инерции, а также для проверки выполнения различных стандартных и задаваемых пользователем критериев. • Частотный анализ позволяет осуществлять расчет собственных (резонансных) частот конструкции и соответствующих форм колебаний. • Тепловой анализ используется для оценки влияния источников тепла и излучения на температурные поля и температурные деформации отдельных деталей и изделии в целом при определенных граничных условиях.

Динамический анализ механической системы • В процессе динамического анализа определяются действующие на звенья механизма усилия, давления в кинематических парах, при воспроизведении механизмом заданного закона движения (силовой расчет), изучаются траектории движения, скорости и ускорения элементов механической системы, ее временные характеристики. • Проверяется взаимодействие различных деталей механизма в процессе его работы, определяются массово инерционные характеристики и деформации отдельных частей системы.

Динамический анализ механической системы Современные пакеты позволяют моделировать сборки с подвижными компонентами. Например, можно проконтролировать вращение рычага кривошипа механизма с мальтийским крестом. При попадании рычага в паз креста мальтийский крест начинает вращаться в соответствии с оставшейся у него степенью свободы, но только до выхода рычага из паза. Если какая либо из деталей лишена требуемых степеней свободы, то при контакте с ней механизм будет останавливаться, отражая его реальные проблемы.

Метод конечных элементов • Метод конечных элементов (МКЭ) является одним из основных при решении задач, связанных со столкновением автомобилей, судов, при моделировании сложных физических технологических процессов. • МКЭ позволяет конструктору, не обладающему специальными знаниями, выполнить математическое моделирование и получить наглядное представление о влиянии испытываемых нагрузок на прочность и деформации отдельных деталей, рассчитать стационарные и динамические тепловые потоки с учетом температурных изменений материала.

Метод конечных элементов • При выполнении расчета встроенный генератор автоматически создает сетку тел, выбранных в качестве конечных элементов, на основе существующей геометрии модели. • Местную и общую плотность сетки можно задать прямо на модели, используя, например, треугольники, для поверхностного моделирования, или объемные четырехугольники и тетраэдры. • Тетраэдальная сетка позволяет достаточно аппроксимировать сколь угодно сложную произвольную геометрию изделия.

Метод конечных элементов • При автоматическом создании тетраэдальных конечно элементных сеток используются сетки двух типов: 4 и 10 узловые. 4 х узловые позволяют выполнить линейную аппроксимацию искомой функции (например, перемещений или температуры) в пределах объема конечных элементов. 10 узловые обеспечивают более высокий порядок аппроксимации — квадратичную. Они лучше аппроксимируют криволинейные границы.

Метод конечных элементов С помощью МКЭ можно выполнять конструкторские и технологические расчеты пластических деформаций в зоне контакта базовой поверхности заготовки с базирующим элементом приспособления, тепловых деформаций приспособления и заготовки. При проведении расчета поверхности контакта разбиваются сеткой конечных элементов. Задают конкретные значения допустимого износа и рассчитывают износ поверхностей. Ограничивающим фактором при проведении расчетов методом конечных элементов служит объем оперативной памяти.

Универсальная отечественная расчетная система АРМ Win. Machine • Научно технический центр «Автоматизированное проектирование машин» (НТЦ АПМ) • В комплекс включены модули кинематического и динамического анализа механизмов, создания и редактирования баз данных, препроцессор создания моделей для конечно элементного анализа, проектирования механических передач вращения, валов и осей, разветвленную систему подсказок и электронный учебник по основам проектирования машин.

Универсальная отечественная расчетная система АРМ Win. Machine • АРМ Win. Machine позволяет рассчитать кинематические, силовые и деформационные характеристик различных механизмов, моделировать процессы движения механических систем. • Предусмотрена возможность совместного использования модуля прочностного анализа и трехмерного графического редактора. • Позволяет рассчитать инерционные силы, возникающие при ускоренном поступательном и вращательном движении тел.

Анализ с помощью пакета ANSYS • ANSYS/Multiphysics компании ANSYS (Analysis System) Inc. (США) • Обеспечивает постановку и решение задач линейной статики, стационарной теплопроводности, вычислительной гидродинамики, электростатики.

Анализ с помощью пакета ANSYS Пакет состоит из следующих основных модулей: • ANSYS/MECHANICAL — конструкционный и термический анализ; • ANSYS/EMAG — электромагнитный анализ; • ANSYS/FLOTRAN — гидрогазодинамический анализ. • Разработанные в ANSYS технологии и пакеты взаимодействуют с САПР при помощи интерфейсов, позволяющих передавать геометрию. В рамках интуитивного и упрощенного интерфейса пользователь может импортировать геометрические модели из других пакетов, например Pro/ENGINEER, Parasolid, IGES.

Конечно элементный комплекс COSMOSWorks • Мощный и простой в использовании конечно элементный комплекс COSMOSWorks создан американской компанией Structural Research & Analysis Corporation для совместного использования с системой твердотельного параметрического моделирования Solid. Works. • Комплекс представляет собой открытую систему модулей, предназначенных для решения задач прочности, устойчивости, динамики конструкций, а также задач оптимизации, гидродинамики и электромагнитного излучения.

Конечно элементный комплекс COSMOSWorks Базовая конфигурация COSMOSWorks позволяет производить следующее: • линейный статический анализ. Результатами расчетов являются перемещения, деформации и напряжения. Программа рассчитывает также температурные напряжения; • частотный анализ. Рассчитываются собственные частоты и формы колебаний с учетом предварительного напр женного состояния изделия; • анализ устойчивости. Вычисляются критические силовые факторы и формы потери устойчивости с учетом предварительного напряженного состояния изделия; • термический анализ. Рассчитываются стационарные и нестационарные тепловые процессы с учетом теплопередачи, излучения и конвекции. Результатами вычислений являются поля температуры и тепловых потоков, температурные градиенты.

5. Инженерные расчеты с применением САПР

• Обязательным требованием рынка является оптимизация изделия, позволяющая получить максимально легкую и технологичную • Обязательным требованием рынка является оптимизация изделия, позволяющая получить максимально легкую и технологичную конструкцию и в то же время гарантирующую его правильную работу в течение всего жизненного цикла. • Проанализировать несколько альтернативных вариантов, найти оптимальное конструктивное решение и уменьшить объем натурных испытаний позволяет инженеру интеграция систем проектирования и решения инженерных задач в различных сочетаниях: механика — термодинамика — гидрогазодинамика электромагнетизм.

Назначение программ инженерного анализа в САПР • Инженерный анализ включает расчет статической прочности конструкции, Назначение программ инженерного анализа в САПР • Инженерный анализ включает расчет статической прочности конструкции, ее устойчивости, возможных причин разрушений. • Анализируются воздействие статических, динамических и тепловых нагрузок на поведение разрабатываемой конструкции, траектории движения отдельных точек и звеньев, рассчитывается способность конструкции правильно функционировать при заданных условиях эксплуатации. • Моделирование работы механизмов помогает удостовериться в правильности разработанного проекта. В ряде случаев удается исключить необходимость производства опытных образцов.

Назначение программ инженерного анализа в САПР • Задача оптимизации конструкции изделия является итерационной, так Назначение программ инженерного анализа в САПР • Задача оптимизации конструкции изделия является итерационной, так как в процессе ее решения необходимо последовательно и многократно изменять ее параметры и выполнять повторный анализ. • Переменные оптимизации (целевая функция и ограничения) могут быть связаны с такими параметрами, как коэффициент запаса, деформации, напряжения, перемещения, моменты инерции, устойчивость конструкции, форма и частота собственных колебаний и т. п.

Компьютерное моделирование внешних воздействий различной физической природы на конструкцию изделия • Компьютерное моделирование позволяет Компьютерное моделирование внешних воздействий различной физической природы на конструкцию изделия • Компьютерное моделирование позволяет без натурных испытаний определить влияние внешних воздействий на конструкцию, снизить до минимума количество создаваемых прототипов и сократить время выпуска нового изделия. • Для успешного решения физической задачи необходимо корректно определить граничные условия. В статике их роль выполняют закрепления и приложенные к системе внешние нагрузки.

Компьютерное моделирование внешних воздействий различной физической природы на конструкцию изделия • Проектировщик может выполнить Компьютерное моделирование внешних воздействий различной физической природы на конструкцию изделия • Проектировщик может выполнить расчет напряженного состояния конструкции, возникающего под действием не только силовых, но и температурных нагрузок. • Имитация движения механизма позволяет рассмотреть перемещение его отдельных частей. • На проектируемое изделие могут действовать силы, моменты, гравитация и т. д. Рис. 4. 1. Подсистема динамического экспресс-анализа TFLEX CAD 3 D

Методы анализа механических систем • Статический, динамический, кинематический, теплофизический, гидро , газодинамический анализы позволяют Методы анализа механических систем • Статический, динамический, кинематический, теплофизический, гидро , газодинамический анализы позволяют оценить функциональность изделия в целом, его отдельных узлов и деталей механизмов. • Вес, напряжения, перемещения, собственные частоты и многие другие характеристики рассматриваются либо в качестве целевых функций (в этом случае их можно минимизировать или максимизировать), либо в качестве ограничений.

Методы анализа механических систем • Статический анализ позволяет рассчитать напряженное состояние конструкции под действием Методы анализа механических систем • Статический анализ позволяет рассчитать напряженное состояние конструкции под действием приложенных к системе постоянных во времени сил. • По цветовой гамме оценивается влияние допустимых нагрузок на прочность разработанной конструкции, определяются ее наиболее слабые места и вносятся необходимые изменения. При этом между 3 D моделью изделия и расчетной конечно элементной моделью может поддерживаться ассоциативная связь.

Методы анализа механических систем • Кинетостатический анализ механизмов используется для определения таких характеристик, как Методы анализа механических систем • Кинетостатический анализ механизмов используется для определения таких характеристик, как скорости, ускорения и реакции в соединениях, силы инерции, а также для проверки выполнения различных стандартных и задаваемых пользователем критериев. • Частотный анализ позволяет осуществлять расчет собственных (резонансных) частот конструкции и соответствующих форм колебаний. • Тепловой анализ используется для оценки влияния источников тепла и излучения на температурные поля и температурные деформации отдельных деталей и изделии в целом при определенных граничных условиях.

Динамический анализ механической системы • В процессе динамического анализа определяются действующие на звенья механизма Динамический анализ механической системы • В процессе динамического анализа определяются действующие на звенья механизма усилия, давления в кинематических парах, при воспроизведении механизмом заданного закона движения (силовой расчет), изучаются траектории движения, скорости и ускорения элементов механической системы, ее временные характеристики. • Проверяется взаимодействие различных деталей механизма в процессе его работы, определяются массово инерционные характеристики и деформации отдельных частей системы.

Динамический анализ механической системы Современные пакеты позволяют моделировать сборки с подвижными компонентами. Например, можно Динамический анализ механической системы Современные пакеты позволяют моделировать сборки с подвижными компонентами. Например, можно проконтролировать вращение рычага кривошипа механизма с мальтийским крестом. При попадании рычага в паз креста мальтийский крест начинает вращаться в соответствии с оставшейся у него степенью свободы, но только до выхода рычага из паза. Если какая либо из деталей лишена требуемых степеней свободы, то при контакте с ней механизм будет останавливаться, отражая его реальные проблемы.

Метод конечных элементов • Метод конечных элементов (МКЭ) является одним из основных при решении Метод конечных элементов • Метод конечных элементов (МКЭ) является одним из основных при решении задач, связанных со столкновением автомобилей, судов, при моделировании сложных физических технологических процессов. • МКЭ позволяет конструктору, не обладающему специальными знаниями, выполнить математическое моделирование и получить наглядное представление о влиянии испытываемых нагрузок на прочность и деформации отдельных деталей, рассчитать стационарные и динамические тепловые потоки с учетом температурных изменений материала.

Метод конечных элементов • При выполнении расчета встроенный генератор автоматически создает сетку тел, выбранных Метод конечных элементов • При выполнении расчета встроенный генератор автоматически создает сетку тел, выбранных в качестве конечных элементов, на основе существующей геометрии модели. • Местную и общую плотность сетки можно задать прямо на модели, используя, например, треугольники, для поверхностного моделирования, или объемные четырехугольники и тетраэдры. • Тетраэдальная сетка позволяет достаточно аппроксимировать сколь угодно сложную произвольную геометрию изделия.

Метод конечных элементов • При автоматическом создании тетраэдальных конечно элементных сеток используются сетки двух Метод конечных элементов • При автоматическом создании тетраэдальных конечно элементных сеток используются сетки двух типов: 4 и 10 узловые. 4 х узловые позволяют выполнить линейную аппроксимацию искомой функции (например, перемещений или температуры) в пределах объема конечных элементов. 10 узловые обеспечивают более высокий порядок аппроксимации — квадратичную. Они лучше аппроксимируют криволинейные границы.

Метод конечных элементов С помощью МКЭ можно выполнять конструкторские и технологические расчеты пластических деформаций Метод конечных элементов С помощью МКЭ можно выполнять конструкторские и технологические расчеты пластических деформаций в зоне контакта базовой поверхности заготовки с базирующим элементом приспособления, тепловых деформаций приспособления и заготовки. При проведении расчета поверхности контакта разбиваются сеткой конечных элементов. Задают конкретные значения допустимого износа и рассчитывают износ поверхностей. Ограничивающим фактором при проведении расчетов методом конечных элементов служит объем оперативной памяти.

Универсальная отечественная расчетная система АРМ Win. Machine • Научно технический центр «Автоматизированное проектирование машин» Универсальная отечественная расчетная система АРМ Win. Machine • Научно технический центр «Автоматизированное проектирование машин» (НТЦ АПМ) • В комплекс включены модули кинематического и динамического анализа механизмов, создания и редактирования баз данных, препроцессор создания моделей для конечно элементного анализа, проектирования механических передач вращения, валов и осей, разветвленную систему подсказок и электронный учебник по основам проектирования машин.

Универсальная отечественная расчетная система АРМ Win. Machine • АРМ Win. Machine позволяет рассчитать кинематические, Универсальная отечественная расчетная система АРМ Win. Machine • АРМ Win. Machine позволяет рассчитать кинематические, силовые и деформационные характеристик различных механизмов, моделировать процессы движения механических систем. • Предусмотрена возможность совместного использования модуля прочностного анализа и трехмерного графического редактора. • Позволяет рассчитать инерционные силы, возникающие при ускоренном поступательном и вращательном движении тел.

Анализ с помощью пакета ANSYS • ANSYS/Multiphysics компании ANSYS (Analysis System) Inc. (США) • Анализ с помощью пакета ANSYS • ANSYS/Multiphysics компании ANSYS (Analysis System) Inc. (США) • Обеспечивает постановку и решение задач линейной статики, стационарной теплопроводности, вычислительной гидродинамики, электростатики.

Анализ с помощью пакета ANSYS Пакет состоит из следующих основных модулей: • ANSYS/MECHANICAL — Анализ с помощью пакета ANSYS Пакет состоит из следующих основных модулей: • ANSYS/MECHANICAL — конструкционный и термический анализ; • ANSYS/EMAG — электромагнитный анализ; • ANSYS/FLOTRAN — гидрогазодинамический анализ. • Разработанные в ANSYS технологии и пакеты взаимодействуют с САПР при помощи интерфейсов, позволяющих передавать геометрию. В рамках интуитивного и упрощенного интерфейса пользователь может импортировать геометрические модели из других пакетов, например Pro/ENGINEER, Parasolid, IGES.

Конечно элементный комплекс COSMOSWorks • Мощный и простой в использовании конечно элементный комплекс COSMOSWorks Конечно элементный комплекс COSMOSWorks • Мощный и простой в использовании конечно элементный комплекс COSMOSWorks создан американской компанией Structural Research & Analysis Corporation для совместного использования с системой твердотельного параметрического моделирования Solid. Works. • Комплекс представляет собой открытую систему модулей, предназначенных для решения задач прочности, устойчивости, динамики конструкций, а также задач оптимизации, гидродинамики и электромагнитного излучения.

Конечно элементный комплекс COSMOSWorks Базовая конфигурация COSMOSWorks позволяет производить следующее: • линейный статический анализ. Конечно элементный комплекс COSMOSWorks Базовая конфигурация COSMOSWorks позволяет производить следующее: • линейный статический анализ. Результатами расчетов являются перемещения, деформации и напряжения. Программа рассчитывает также температурные напряжения; • частотный анализ. Рассчитываются собственные частоты и формы колебаний с учетом предварительного напр женного состояния изделия; • анализ устойчивости. Вычисляются критические силовые факторы и формы потери устойчивости с учетом предварительного напряженного состояния изделия; • термический анализ. Рассчитываются стационарные и нестационарные тепловые процессы с учетом теплопередачи, излучения и конвекции. Результатами вычислений являются поля температуры и тепловых потоков, температурные градиенты.