WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 |

Формируя систему уравнений для всей конструкции и решая её, получаем значения искомой физической величины (например, перемещений) в узлах конечно-элементной сетки, а также дополнительные физические величины, например, напряжения. Эти значения будут приближенными (с точки зрения теоретически возможного «точного» решения соответствующего дифференциального уравнения математической физики), но погрешность решения может быть очень небольшой – доли процента на тестовых задачах, имеющих «точное» аналитическое решение. Погрешность получаемого в результате конечно-элементной аппроксимации решения обычно гладко уменьшается с увеличением степени дискретизации моделируемой системы. Другими словами, чем большее количество КЭ участвует в дискретизации (или чем меньше относительные размеры КЭ), тем точнее получаемое решение. Более плотное КЭ разбиение в то же время требует более значительных вычислительных затрат.

В настоящее время разработаны сотни специализированных программных комплексов, предназначенных для решения с помощью МКЭ самых разнообразных задач не только из области механики деформируемого твердого тела, но и из таких областей, как гидродинамика, акустика, электротехника и т.д. В развитии современных машиностроительных САПР заметна тенденция к встраиванию в CAD системы CAE модулей, основанных на МКЭ. На сегодняшний день подобные модули имеют все САПР высшего уровня (CATIA, Unigraphics, Pro/Engineer) и многие CAD системы среднего уровня (Autodesk Mechanical Desktop, Solid Works и др.).

Подобная интеграция позволяет исследовать физические поля (напряже ний, деформаций, температуры и т.д.) в проектируемых изделиях без потерь точности при экспортировании чертежей и 3D моделей через промежуточные форматы.

Из отечественных CAD-систем CAE модуль на сегодняшний день имеет только T-FLEX CAD 3D. В T-FLEX CAD 3D версий 9.0 и выше встроен бесплатный модуль «Экспресс-Анализ». Этот модуль является облегчённой версией CAE пакета «T-FLEX Анализ», специально адаптированной для проведения упрощенных, но качественных прочностных расчетов. В распоряжении пользователя имеется необходимый набор типов нагрузок и закреплений. Основываясь на геометрии модели T-FLEX CAD, автоматический генератор экспресс-анализа создаёт качественную конечноэлементную сетку. После выполнения расчета в графическом виде выводятся результаты по деформациям, напряжениям, перемещениям, запасу прочности.

Таким образом, модуль экспресс-анализа позволяет проектировщику быстро определить расположение концентраторов напряжений, степень деформации, оценить элементы конструкции с избыточным материалом.

Это позволяет серьезно повысить эффективность и качество проектирования.

Поскольку анализ ведётся в параметрической системе, то от пользователя не потребуются дополнительные действия в случае её повторного анализа после внесения параметрических изменений в модель.

Главной отличительной особенностью модуля является её глубокая интеграция с комплексом геометрических редакторов. Модуль конечноэлементного анализа интегрирован непосредственно в систему 3D моделирования T-FLEX CAD 3D. Пользователь T-FLEX CAD 3D создает в среде моделирования объемную модель. Непосредственно в интерфейсе T-FLEX CAD 3D присутствует специальное меню, используя команды которого, пользователь может осуществить конечно-элементное моделирование поведения изделия в различных постановках физических задач. Весь процесс осуществляется непосредственно в T-FLEX CAD 3D, в привычном для пользователя интерфейсе.

Преимущества такого интегрированного решения для пользователя очевидны:

- отсутствуют затраты времени на повторный ввод информации об изделии в систему конечно-элементного анализа (CAE) с помощью редактора CAE системы;

- модель передаётся из T-FLEX CAD 3D в систему конечноэлементного анализа максимально точно, насколько это возможно, отсутствуют возможные погрешности экспорта-импорта моделей через универсальные обменные форматы или погрешности повторного ручного ввода.

- за счёт прямой программной интеграции сохраняется ассоциативная связь расчётной математической модели и электронной объемной модели изделия, т.е. пользователь может, например, изменить размеры анализируемого изделия, обновить конечно-элементную модель, и сразу же получить результаты расчёта измененной модели. При этом ему не понадобится повторно осуществлять ввод геометрии, экспорт-импорт, задание граничных условий и т.п.

В модуле «Экспресс-Анализ» реализованы возможности статический конструкционного анализа, позволяющие осуществлять расчёт напряжённого состояния конструкций под действием приложенных к системе постоянных во времени сил. На сегодняшний день это, наиболее востребованная в проектировании задача. С помощью модуля «Экспресс-Анализ» пользователь может оценить прочность разработанной им конструкции по допускаемым напряжениям, определить наиболее слабые места конструкции и внести необходимые изменения (оптимизировать) изделие. При этом между трёхмерной моделью изделия и расчётной конечно-элементной моделью поддерживается ассоциативная связь. Параметрические изменения исходной твёрдотельной модели автоматически переносятся на сеточную конечно-элементную модель.

Типичный порядок работы с модулем «Экспресс-Анализ» состоит из нескольких этапов (рис. 7.1). На первом этапе необходимо построение трёхмерной модели изделия в T-FLEX CAD 3D. 3D модель может быть также импортирована из других САПР через различные форматы обмена, например Iges или STEP. Это может быть "рабочая" модель, содержащая проекции и оформленные рабочие чертежи, участвующая в составе сборки, или модель, используемая для расчета траекторий ЧПУ обработки. Для выполнения прочностного расчета нет необходимости специально готовить специальную расчетную модель, а можно использовать непосредственно те электронные документы, с которыми работает конструктор в CAD системах. Назначение материала моделируемой детали также обычно производится при геометрическом 3D моделировании.



На втором этапе определяется тип решаемой задачи. Специализированный CAE модуль «T-FLEX-Анализ» позволяет решать задачи типа:

"Статический анализ", "Частотный анализ", "Устойчивость", "Тепловой анализ". Бесплатный модуль «Экспресс-Анализ» содержит только один тип решаемых задач: «Экспресс-расчет».

На третьем этапе необходимо осуществить генерацию сеточной конечно-элементной модели изделия с помощью Препроцессора «ЭкспрессАнализ». Генерация сеточной модели предусматривает создание конечноэлементной сетки, отражающей геометрию изделия и наложения граничных условий, определяющих физическую задачу, подлежащую решению.

Рис. 7.1. Схема организации расчета по МКЭ в T-FLEX CAD.

Модуль «Экспресс-Анализ» предназначен для решения прочностных задач в объёмной трехмерной постановке. Геометрию анализируемой детали в этом случае удобнее всего описывать тетраэдальными конечными элементами, поэтому Препроцессор «Экспресс-Анализ» ориентирован на автоматическое построение тетраэдальных конечно-элементных сеток.

Тетраэдальная сетка позволяет достаточно точно аппроксимировать сколь угодно сложную произвольную геометрию изделия, и поэтому часто используется для объёмного МКЭ анализа. Препроцессор «Экспресс-Анализ» позволяет строить сетки из четырехузловых тетраэдров (рис. 7.2). Элементы этого типа обеспечивают линейную аппроксимацию искомой функции (например, перемещений или температуры) в пределах объёма КЭ. Для ориентировочных расчетов применение линейных элементов первого порядка обеспечивает достаточную точность.

Рис.7.2. Тетраэдальный линейный, четырёхузловой конечный элемент.

Кроме построения конечно-элементной сетки, с помощью Препроцессора задаются граничные условия, необходимые для решения физической задачи. Для получения корректного и достоверного решения пользователю необходимо хорошо представлять физическую сторону анализируемого явления, чтобы задать граничные условия, соответствующие реальным условиям эксплуатации изделия. Результат решения задачи будет полностью определяться набором и параметрами граничных условий, определёнными пользователем. В случае неверного истолкования пользователем смысла задаваемой механической или тепловой нагрузки или ограничения, может быть получено решение, не отвечающее сути анализируемого физического явления. Отметим, что процесс назначения граничных условий не доступен полной автоматизации, поэтому ответственность за корректность приложенных к системе нагружений и ограничений с точки зрения физики решаемой задачи лежит на пользователе.В T-FLEX «Экспресс-Анализ» для этого предусмотрены специальные команды, позволяющие в интерактивном режиме задать внешние воздействия, прикладывая их непосредственно к элементам твердотельной модели. Препроцессор автоматически переносит граничные условия на конечно-элементную модель для выполнения расчёта. В статическом прочностном анализе роль граничных условий выполняют закрепления и приложенные к системе внешние нагрузки. Для задания закреплений в полнофункциональной версии «Экспресс-Анализ» предусмотрены две команды: "Полное закрепление", лишающая выбранный объект всех степеней свободы, и "Частичное закрепление", предоставляющая пользователю самостоятельно установить ограничения на различные степени свободы выбранного объекта. В учебной версии T-FLEX CAD доступно лишь задание полного закрепления.

Для задания нагрузок в полнофункциональной версии «ЭкспрессАнализ» предусмотрен целый набор специализированных команд. Кратко рассмотрим их:

• Нагрузка "Сила" – позволяет задать сосредоточенную или распределенную силу, приложенную к вершине, ребру или грани модели.

• Нагрузка "Давление" – позволяет приложить к грани модели известное давление, распределенное по площади (равномерно распределенную нагрузку).

• "Линейное ускорение" позволяет задать такие нагрузки, как сила тяжести или другое постоянное инерционное ускорение.

• "Вращение" позволяет приложить к системе центробежные и касательные силы инерции, возникающие при равномерном или ускоренном вращательном движении модели.

• "Цилиндрическая нагрузка" – специальный тип нагружения предназначен для передачи силовых взаимодействий между цилиндрическими гранями элементов конструкции, что часто встречается в практике машиностроительного проектирования.

• Нагрузка "Крутящий момент" обеспечивает возможность приложения моментов к цилиндрическим поверхностям изделия.

В учебной версии T-FLEX CAD доступно лишь задание нагрузок «Сила» и «Давление».

Пятый этап моделирования выполняется модулем Процессора TFLEX «Экспресс-Анализ». В Процессоре осуществляется генерация расчётных систем уравнений и их решение. Результатами работы конечноэлементного Процессора являются значения искомых целевых функций, таких, как, на пример, перемещения и напряжения при статическом анализе.

Для всестороннего анализа результатов работы Процессора на шестом этапе моделирования используется еще одна составная часть системы:

Постпроцессор модуля конечно-элементных расчётов T-FLEX «ЭкспрессАнализ». Постпроцессор, также как и предыдущие модули, глубоко интегрирован в T-FLEX CAD 3D и позволяет пользователю после завершения расчётов осуществить всестороннее изучение полученных результатов.





Постпроцессор T-FLEX «Экспресс-Анализ» обладает набором удобных пользовательских функций, таких как анимация, отображение деформированного состояния и др. Результаты расчета отражаются в дереве задач, что обеспечивает удобный и быстрый доступ к ним. Визуализация результатов осуществляется непосредственно в интерфейсе T-FLEX CAD. Одновременно могут быть открыты несколько результатов одной или разных задач.

В учебной версии T-FLEX CAD постпроцессор «Экспресс-Анализ» дает только качественную картину распределения напряжений, перемещений и коэффициента запаса прочности. В полнофункциональной версии «Экспресс-Анализ» выводятся численные значения эквивалентных напря жений и деформаций, модуля перемещений и коэффициента запаса прочности.

Чтобы облегчить анализ в Постпроцессоре «Экспресс-Анализ» есть различные средства:

• Анимация – позволяет воспроизвести поведение исследуемой модели при плавно меняющейся нагрузке, с одновременным отображением полей напряжений или перемещений, соответствующих переменной нагрузке.

• Управление отображением сеточной модели – пользователь может задать различные режимы визуализации результатов расчета (с сеткой или без сетки; с контурами исходной детали и тел, присутствующих в сборке, или без них; с отображением деформированного состояния и т.п.).

Таким образом, используя модуль конечно-элементных расчётов TFLEX «Экспресс-Анализ», пользователь получает возможность осуществлять различные виды инженерных расчётов для сложных машиностроительных конструкций. Оценивая результаты моделирования, инженер, например, может скорректировать модель таким образом, чтобы обеспечить снижение ее материалоемкости за счет обеспечения равнопрочность конструкции. Достигается это путем удаления материала модели из наименее нагруженных участков и добавления его в наиболее нагруженные с последующей оценкой результатов модифицирования модели в модуле «Экспресс-Анализ».

При наличии полнофункциональной версии T-FLEX CAD инженеринструментальщик может, например, определить численную величину деформаций (перемещений) элементов станочного приспособления или режущего инструмента под действием сил закрепления и резания и на основании результатов моделирования спроектировать конструкции инструмента и приспособления, обеспечивающие выполнение всех необходимых требований по точности обработки.

Цель работы: Научиться разрабатывать рациональную конструкцию элементов технологической оснастки и режущего инструмента с помощью моделирования их напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов в T-FLEX CAD 3D.

Порядок выполнения лабораторной работы 1. Взять задание у преподавателя и построить 3D модель заданной детали.

2. Произвести моделирование напряженно-деформированного состояния заданной детали с помощью МКЭ.

3. На основе результатов моделирования оптимизировать конструкцию детали с целью снижения ее материалоемкости.

4. Построить параметрический чертеж разработанной детали.

5. Распечатать чертеж и отчитаться по лабораторной работе.

Пример выполнения работы Рассмотрим в качестве простейшего примера проектирование кронштейна (рис. 7.3) специализированного приспособления, предназначенного для закрепления деталей при фрезеровании. Кронштейн представляет собой уголок, имеющий в основании отверстие для крепления с помощью болта к базовой плите, а в упоре отверстие для установки пальца, являющегося опорной базой обрабатываемой заготовки.

Рис. 7.3 Кронштейн.

Создадим новую 3D модель и сохраним ее в каталог, указанный преподавателем, с именем вида 41ИС_Иванов_7_1.grs, где 41ИС – название группы, Иванов – фамилия студента, 7 – номер работы, 1 – номер варианта задания, grs– расширение, автоматически присваиваемое файлам в учебных версиях T-FLEX CAD.

3D модель кронштейна проще всего создать с помощью команд работы с листовым материалом. Вначале зададим параметры листового материала с помощью команды «SMP: Параметры по умолчанию для листовых операций»:

Клавиатура Текстовое меню Пиктограмма “Операции|Листовой ме

талл|Параметры” В открывшемся диалоговом окне «Параметры листового металла» (рис. 7.4) зададим толщину металла переменной h=3 мм, а радиус сгиба переменной r=5 мм и подтвердим ввод параметров с помощью графической кнопки [OK}.

Рис. 7.4. Окно «Параметры листового металла».

Первое, что необходимо создать – листовую заготовку, являющуюся основой для создания 3D модели кронштейна. В качестве листовой заготовки целесообразно выбрать основание кронштейна. Операция создания листовой заготовки представляет собой, по сути, создание выталкивания по нормали к плоскому контуру на заданную толщину. Применение специализированной операции вместо выталкивания или другой операции общего назначения позволяет упростить создание заготовки, сведя к минимуму задаваемые параметры и настройки. Команда позволяет создавать листовую заготовку двумя способами: по заданной форме заготовки или по заданной форме сечения заготовки. В обоих случаях исходным является плоский 3D профиль.

Активизируем рабочую плоскость «Вид сверху» и построим на ней проекцию основания кронштейна (рис. 7.5). Построив профиль, выйдем в 3D окно.

dL Рис. 7.5. Проекция основания кронштейна.

Для создания основания кронштейна вызовем команду «SMC: Заготовка»:

Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.