Учебное пособие Иваново 2018
 Скачать 3.57 Mb.
|
|
Autodesk Inventor Autodesk Inventor – система трёхмерного твердотельного и поверхностного параметрического проектирования компании Autodesk, предназначенная для создания цифровых прототипов промышленных изделий. Модели деталей и изделий, создаваемые в Inventor, представляют собой их точные цифровые 3D прототипы, позволяющие всесторонне изучать поведение изделий по мере их разработки. Поэтому корректней отнести Autodesk Inventor к CAD/CAE системам. Инструменты Inventor обеспечивают полный цикл проектирования и создания конструкторской документации: 2D-/3D-моделирование; создание изделий из листового материала и получение их разверток; разработка электрических и трубопроводных систем; проектирование оснастки для литья пластмассовых изделий; динамическое моделирование; параметрический расчет напряженно-деформированного состояния деталей и сборок; визуализация изделий; автоматическое получение и обновление конструкторской документации (оформление по ЕСКД). Autodesk Revit Revit – программное обеспечение, разработанное компанией Autodesk для информационного моделирования зданий (Building Information Modeling – BIM). Предназначен для архитекторов, проектировщиков несущих конструкций и инженерных систем. Предоставляет возможности трехмерного моделирования элементов здания и плоского черчения элементов оформления, создания пользовательских объектов, организации совместной работы над проектом, начиная от концепции и заканчивая выпуском рабочих чертежей и спецификаций. Существует версия программы Revit LT с урезанными возможностями 3D-моделирования. В целом работа в Revit идет следующим образом: общая трехмерная модель здания условно разбивается на рабочие плоскости, откуда берутся все анализируемые элементы (колонны, стены, 80 фундаменты, перекрытия). Элементы берутся из загруженных семейств (в программе предусмотрена возможность создания своих семейств). Рис. 8.3. Пример проекта в системе Autodesk Revit ArchiCAD ArchiCAD – программный пакет для архитекторов, основанный на технологии информационного моделирования зданий (BIM), созданный фирмой Graphisoft. Предназначен для проектирования архитектурно- строительных конструкций и решений, а также элементов ландшафта, мебели и т. п. При работе в пакете используется концепция виртуального здания. Суть её состоит в том, что проект ArchiCAD представляет виртуальную модель реального здания, существующую в памяти компьютера. Для её выполнения проектировщик на начальных этапах работы с проектом фактически «строит» здание, используя при этом инструменты, имеющие свои полные аналоги в реальности: стены, перекрытия, окна, лестницы, разнообразные объекты и т. д. Завершив этап моделирования, пользователь может извлечь из «виртуального здания» все необходимые данные для создания проектной документации: планы этажей, фасады, разрезы, экспликации, спецификации, визуализации и пр. 81 Solid Edge Solid Edge – система твердотельного и поверхностного моделирования от компании Siemens PLM Software, в которой реализованы как параметрическая технология моделирования на основе конструктивных элементов и дерева построения, так и технология вариационного прямого моделирования. Данная технология, разработанная компанией Siemens PLM Software, получила название «синхронная технология». Система Solid Edge построена на основе ядра геометрического моделирования Parasolid и вариационного решателя D-Cubed и использует графический пользовательский интерфейс Microsoft Fluent. Система Solid Edge предназначена для моделирования деталей и сборок, создания чертежей, управления конструкторскими данными, и обладает встроенными средствами конечноэлементного анализа. Solid Edge с успехом применяется в проектировании широкого спектра изделий: от сельскохозяйственных машин до космических аппаратов, от деревянной мебели до медицинских приборов, от сложного промышленного оборудования до бытовой техники. Рис. 8.4. Пример модели детали в Solid Edge 82 TurboCAD TurboCAD – система автоматизированного проектирования для двухмерного и трехмерного дизайна и черчения американской компании IMSI Design. TurboCAD имеет обширный набор инструментов для создания и модификации двух- и трехмерных чертежей, моделей и документации: от базовых инструментов черчения до наиболее современных функциональных возможностей. В их числе параметрические ограничения, трехмерное твердотельное и плоскостное моделирование, средства фотореалистической визуализации. TurboCAD Pro осуществляет чтение и запись файлов в формате DWG и DXF, а также поддерживает свыше 30 других форматов файлов для обмена данными с разнообразными приложениями. VariCAD VariCAD – система автоматизированного проектирования чешской компании VariCAD, главным образом предназначенная для инженерного проектирования. В дополнение к мощным инструментам 3D моделирования и 2D черчения, VariCAD содержит библиотеки стандартных механических деталей (ANSI, DIN) и все необходимые для них расчеты. Это всеобъемлющее CAD-решение позволяет проектировщикам быстро создавать, модифицировать и подсчитывать стоимость их моделей. Система обладает хорошей функциональностью и простым, интуитивно понятным интерфейсом. 8.2. CAE системы CAE (англ. Computer-aided engineering) – системы инженерного анализа. Это комплекс программных продуктов, которые способны дать пользователю характеристику того, как будет вести себя в реальности разработанная на компьютере модель изделия. При помощи CAE-систем инженер может оценить работоспособность изделия, не прибегая к значительным временным и денежным затратам. Расчетная часть САЕ пакетов чаще всего основана на численных методах решения дифференциальных уравнений: методе конечных элементов, конечных объемов, конечных разностей и т. д. 83 Существенным достоинством применения CAE систем перед проверочными натурными испытаниями является возможность определения элементов не только с недостаточной прочностью, но и с избыточной. Это позволяет оптимизировать геометрию деталей с целью снижения их массы, что особенно критично, например, в авиакосмической отрасли, двигателестроении. Расчетные системы позволяют «заглянуть» внутрь детали, что практически невозможно при натурных прочностных испытаниях, получить исчерпывающую картину распределения любых параметров: деформаций, напряжений, температурных полей и т. д. Что немаловажно – расчет может быть произведен не только для статического нагружения, но и в динамике, в сопряжении с кинематическим расчетом. Наряду с расчетом конструкций компьютерное моделирование и симуляция могут использоваться и для оптимизации проектов. Оптимизацию можно проводить для задач статики, устойчивости, установившихся и неустановившихся динамических переходных процессов, собственных частот и форм колебаний, акустики и аэроупругости. Все это делается одновременно, путем вариации параметров формы, размеров и других свойств проектируемого изделия. ANSYS ANSYS – универсальная программная система конечно-элементного анализа. Модули ANSYS могут быть классифицированы на основе физических дисциплин и инженерных приложений, на которые они ориентированы: вычислительная гидродинамика; механика деформируемого твердого тела; электромагнетизм; тепловой анализ; многодисциплинарный анализ. Кроме того, в состав программных продуктов ANSYS входят специализированные приложения для подготовки расчетных моделей, работы с геометрией и конечно-элементной сеткой, моделирования на системном уровне, оптимизации и управления инженерными данными. Весь набор средств инженерного моделирования компании ANSYS объединяет специальная платформа – ANSYS Workbench. Рассмотрим основные модули ANSYS. 84 Вычислительная гидродинамика (Computational Fluid Dynamics – CFD) – это совокупность теоретических, экспериментальных и численных методов, предназначенных для моделирования течения жидкостей и газов, процессов тепло- и массообмена, реагирующих потоков и т.д. Для решения этих задач предназначены следующие программные продукты: ANSYS CFX, ANSYS Fluent, ANSYS CFD, ANSYS Polyflow, ANSYS TurboGrid и др. Программный продукт ANSYS Fluent является мощным инструментом, позволяющим моделировать практически любые виды течения жидкости и газа (рис. 8.5). При этом возможен учет таких сложных физических явлений как турбулентность, конвективный и лучистый теплообмен, химические реакции, фазовые переходы, горение, акустические эффекты. Кроме широкого набора моделей и численных методов, ANSYS Fluent также предлагает пользователю мощный функционал по добавлению в расчет собственных моделей, что делает его пригодным как для промышленного, так и для научно-исследовательского применения. Рис. 8.5. Моделирование движения жидкости в аппарате с мешалкой с помощью программы ANSYS Fluent Решения ANSYS для механики деформируемого твердого тела позволяют производить расчет конструкций на прочность, динамический расчет конструкций, тепловые и акустические расчёты. К этой группе относятся модули: ANSYS Mechanical, ANSYS Rigid Body Dynamics, ANSYS Composite PrepPost и др. 85 Решения ANSYS в области электромагнетизма позволяют инженерам разрабатывать современную электронику и электротехнику в единой расчетной среде ANSYS Electronics Desktop. Она позволяет рассчитывать интегральные схемы и упаковки интегральных схем, печатные платы, соединители и линии передач, антенны и элементы трактов, аналоговую и цифровую электронику, датчики, трансформаторы, электроприводы и многое другое. Для задач теплового анализа подойдут модули ANSYS Mechanical, ANSYS CFD, ANSYS Icepak. Многодисциплинарное моделирование может быть применено во многих отраслях промышленности, где требуется последовательный или совместный расчет, включающий в себя решения из разных дисциплин. К таким расчетам относятся сопряженные термомеханические, электротепловые, электротермомеханические и магнитогидродинамические задачи, задачи сопряженного теплообмена и механического взаимодействия между твердыми телами и жидкостью или газом. Неучтенные взаимосвязи тех или иных физических явлений могут проявиться в снижении технологичности, надежности и ресурса проектируемого изделия. В зависимости от уровня сложности задачи и количества учитываемых физических дисциплин, для выполнения многодисциплинарных расчетов можно использовать как комбинацию из нескольких программных продуктов ANSYS, так и специализированный программный продукт ANSYS AIM. Adams Adams – система виртуального моделирования машин и механизмов, разработанная компанией MSC Software Corporation. Adams используется для разработки и совершенствования конструкций фактически всего, что движется – от простых механических и электромеханических устройств до автомобилей и самолетов, железнодорожной техники и космических аппаратов и т.д. С помощью Adams можно быстро создать полностью параметризованную модель изделия, строя ее непосредственно в препроцессоре или импортируя из наиболее распространенных CAD-систем. Задав связи компонентов модели, 86 приложив нагрузки, определив параметры кинематического воздействия и запустив расчет можно получить данные, полностью идентичные результатам натурных испытаний системы. SIMULIA CAE система SIMULIA французской компании Dassault Systemes, разработанная для реалистичного моделирования на базе платформы 3DEXPERIENCE, позволяет в реальных условиях изучать продукты, объекты природы и жизни. SIMULIA – это масштабируемый набор инструментов для решения множества инженерных задач, от типовых до уникальных по уровню сложности. Портфель SIMULIA включает продукты с расширенными функциями мультифизического моделирования, интеграции и оптимизации процессов, который может быть развернут в соответствии с задачами пользователя. В состав SIMULIA могут входить: ABAQUS – программный комплекс, который предлагает решения для сложных инженерных задач на базе метода конечных элементов. Предназначен для решения традиционных задач конечно-элементного анализа, таких как статика, динамика, теплопередача в совокупности с контактными взаимодействиями и нелинейными свойствами материалов, основан на неявной схеме интегрирования. Помимо этого ABAQUS имеет дополнительные модули и интерфейсы: модуль исследования чувствительности конструкции к геометрическим изменениям, модуль исследования подводных и надводных сооружений. Isight & SEE – программный комплекс для автоматизации вычислительных процессов и параметрической оптимизации. Tosca Structure и Tosca Fluid Individual Approach – программный комплекс непараметрической оптимизации для задач прочности и гидродинамики. Fe-safe – программный комплекс для расчетов усталостной прочности, долговечности и ресурса конструкций. Simpack – программный комплекс для моделирования нелинейного движения любых механических или мехатронных многомассовых систем. 87 Приложения SIMULIA ускоряют процесс оценки рабочих характеристик, надежности и безопасности материалов и продуктов перед изготовлением физических прототипов. Использование SIMULIA позволяет сравнивать, оценивать и оптимизировать проекты на всех этапах разработки, чтобы повышать эффективность конечного продукта при снижении затрат. Примеры задач, которые можно решать с помощью SIMULIA, приведены на рис. 8.6. Рис. 8.6. Возможные области применения SIMULIA: а – краш-тест автомобиля; б – листовая штамповка; в – задача пробития; г – соударение с птицей FlowVision FlowVision – программный комплекс для моделирования трехмерных течений жидкости и газа, разработанный отечественной компанией ТЕСИС. FlowVision основан на численном решении трехмерных стационарных и нестационарных уравнений динамики жидкости и газа, которые включают в себя законы сохранения массы, импульса (уравнения Навье-Стокса), уравнения состояния. Для расчета сложных движений жидкости и газа, сопровождаемых 88 дополнительными физическими явлениями, такими как турбулентность, горение, контактные границы раздела, пористость среды, теплоперенос, в математическую модель включаются дополнительные уравнения, описывающие эти явления. FlowVision использует конечно-объемный подход для аппроксимации уравнений математической модели. FlowVision находит применение в различных отраслях промышленности. Например, в авиакосмической, автомобильной промышленности и в судостроении его используют для моделирования внешнего обтекания объекта (самолета, автомобиля, судна), горения топлива в двигателях внутреннего сгорания, движения газов и жидкостей по магистралям и др. Рис. 8.7. Интерфейс программы FlowVision FlowVision в нефтегазовой и химической промышленности используют для моделирования движения нефти и газа в насосных станциях, трубопроводах, в пластах месторождений, для решения задач перемешивания жидкостей в химических реакторах и специальных резервуарах, в том числе с учетом выделения тепла, моделирования теплообмена в рубашке охлаждения, расчета компрессоров, вентиляторов и насосов различных типов. 89 DEFORM DEFORM – это специализированный программный комплекс, созданный американской компанией Scientific Forming Technologies Corporation (SFTC) и предназначенный для моделирования технологических процессов обработки металлов давлением и термообработки. Комплекс, состоящий из виртуального штампа, пресса, молота, прокатного стана, печи, позволяет проверить разработанный технологом процесс не экспериментально, на реальном производстве, а виртуально – сидя за компьютером. Сегодня программный комплекс DEFORM не имеет достаточно сильных конкурентов в области обработки металлов давлением. 8.3. CAM системы Основные функции современных САМ систем сосредоточены, в основном, на автоматизации подготовки управляющих программ для станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Модули системы САМ часто входят в состав развитых (интегрированных) САПР, называемых системами CAD/CAM, или CAE/CAD/CAM. CAM-системы освобождают человека от ручного программирования станков с ЧПУ, заучивания языков программирования низкого уровня, которые могут отличаться у оборудования разных производителей. Входными данными CAM-системы является геометрическая модель изделия, разработанная в CAD- системе. В процессе интерактивной работы с трехмерной моделью в CAM- системе инженер определяет траектории и скорость движения режущего инструмента по заготовке изделия, которые затем автоматически верифицируются, визуализируются и обрабатываются постпроцессором для получения программы управления конкретным станком. Постпроцессор – программа, которая преобразует файл траектории движения инструмента и технологических команд (промежуточный файл), сформированный САМсистемой, в файл управляющей программы (УП) в соответствии с требованиями конкретного комплекса «станок – система ЧПУ». 90 Для того чтобы абстрагироваться от большого разнообразия станков, систем ЧПУ и языков программирования обработки, САМсистема генерирует промежуточный файл, содержащий информацию о траектории, угле поворота инструмента и обобщенные команды управления станком. Обычно этот промежуточный файл называется CLфайлом (Cutter Location) или CLDATAфайлом. Далее в работу вступает постпроцессор. Он преобразует этот промежуточный файл в программу обработки в строгом соответствии с форматом программирования конкретного станка с ЧПУ. Такая технология позволяет программисту во время проектирования обработки в САМсистеме не задумываться о том, на какой конкретно станок попадет УП и каков будет ее формат. Ему необходимо лишь выбрать постпроцессор, соответствующий определенному станку с ЧПУ, и тот возьмет на себя всю работу по созданию программы обработки определенного формата. Важной особенностью CAM-систем являются встроенные средства проверки корректности сгенерированных программ, для чего используются два основных подхода. Первый подход состоит в визуализации процесса работы станка на экране компьютера (пользователь может видеть работу металлорежущего инструмента или сборочных роботов и оценить корректность траекторий их движения). Второй способ – это моделирование процесса получения детали из заготовки и сравнение геометрии полученных в результате обработки поверхностей с данными, хранящимися в геометрической модели. Как правило, соответствующая функциональность существует во многих интегрированных CAD/CAM пакетах, включая CATIA, SolidWorks, T-FLEX и др. Из независимых решений третьих производителей (не поставляющих собственно CAD программы) отметим ГeMMa-3D, SURFCAM и EdgeCAM. |