¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

18 €нвар€ 2017

»нженерный анализ средствами T-FLEX

—ергей Ѕабичев

—ергей Ѕабичев “оп —истемы

ѕо просьбе компании Ђ“оп —истемыї воспроизводим статью, опубликованную на сайте компании и в декабрьском 2016 года выпуске журнала Ђ—јѕ– и графикаї.

јвтор Ч системный аналитик, менеджер продуктов T-FLEX јнализ, T-FLEX ƒинамика

јктуальность систем инженерного анализа

¬ современном мире инженерное программное обеспечение (ѕќ) стало неотъемлемой частью проектной де€тельности. ќно используетс€ на всех стади€х управлени€ жизненным циклом издели€, PLM (Product Lifecycle Management), при этом реализуетс€ простое требование: быть конкурентоспособным. ¬ проектной де€тельности инженерное ѕќ примен€етс€ непосредственно дл€ проектировани€, при проведении расчетно- конструкторских работ, при виртуальных испытани€х, исследовани€х и проработке дизайна. ѕри этом наиболее трудоемкой €вл€етс€ задача рационального (и уж тем более Ч оптимального) проектировани€, где необходима кропотлива€ работа над проектом по подбору различных параметров, многократные проверки и корректировки.

Ќередко требуетс€ подтверждение работоспособности или проверка определенных эксплуатационных характеристик, особенно там, где это св€зано с безопасностью людей и/или цена инженерной ошибки слишком высока. ¬ таких случа€х наиболее простым способом проверки работоспособности и надежности €вл€етс€ создание опытных образцов или макетов с последующим испытанием в услови€х, приближенных к реальным. ќднако натурные испытани€ с помощью физических прототипов €вл€ютс€ длительными и затратными, поэтому наиболее эффективным считаетс€ проведение виртуальных испытаний с применением современных систем инженерного анализа, CAE (Computer-Aided Engineering), позвол€ющих численными методами решать различные задачи механики: механики деформируемого твердого тела, теплообмена, гидро-, газодинамики и других дисциплин.

„асто имитационное моделирование полностью избавл€ет от проведени€ натурных экспериментов. “ам же, где без подтверждени€ на физических образцах не обойтись, имитационное моделирование позвол€ет существенно сократить количество экспериментов, подобрав оптимальные параметры конструкции, тем самым сократив издержки на апробацию результатов или сертификацию издели€. «ачастую результаты виртуальных испытаний дают более широкую картину происход€щих процессов, чем натурный эксперимент, предоставл€€ больше возможностей дл€ оптимизации и улучшени€ эксплуатационных характеристик, эконом€ при этом значительные средства и врем€ (рис. 1).

TFLEX CAE

–ис. 1а. –асчетна€ модель

TFLEX CAE

–ис. 1б. –езультат решени€ задачи

 роме того, практикуетс€ применение численно-экспериментальных методов исследований, когда результаты натурных испытаний дополн€ютс€ результатами имитационного моделировани€, которые недостижимы в натурном эксперименте [4]. ¬ этом случае достоверность результатов автоматически подтверждаетс€ коррел€цией полученного решени€ с экспериментальным. ¬ целом дл€ CAE-систем достоверность результатов расчета подтверждаетс€ как сертификацией ѕќ в соответствующих инстанци€х, так и результатами решени€ верификационных задач в сопоставлении с точным аналитическим решением.

CAE относ€тс€ к разр€ду наукоемких систем, которые непрерывно развиваютс€. ƒл€ этого разрабатываютс€ более совершенные алгоритмы вычислений, оптимизируетс€ и упрощаетс€ работа и т.д. ¬о многом этому способствует развитие вычислительной техники. ѕри этом наблюдаетс€ одновременное упрощение пользовательских инструментов и расширение функциональных возможностей систем. ¬сЄ это способствует более широкому распространению CAE-инструментов среди проектировщиков, напр€мую не св€занных в своей основной де€тельности с расчетами. ѕрименение относительно простых расчетных инструментов позвол€ет им более эффективно решать задачи рационального проектировани€.

Ќесмотр€ на кажущуюс€ простоту, специалисты-расчетчики предостерегают от чрезмерного упрощени€ задач. ѕонимание задачи, ее правильна€ постановка и правильное интерпретирование результатов €вл€етс€ ключевым фактором, которым должен руководствоватьс€ проектировщик.

—истемы инженерного анализа комплекса T-FLEX PLM

T-FLEX PLM Ч это программный комплекс дл€ управлени€ жизненным циклом изделий, разработанный компанией Ђ“оп —истемыї. ¬ состав комплекса программ (T-FLEX CAD/CAM/ CAE/CAPP/PDM/CRM/Е) вход€т системы инженерного анализа, представленные продуктами T-FLEX јнализ и T-FLEX ƒинамика (рис. 2).
TFLEX CAE

–ис. 2. —истемы инженерного анализа в составе комплекса T-FLEX PLM

T-FLE’ јнализ и T-FLEX ƒинамика имеют общие черты:
  • оба приложени€ встроены в T-FLEX CAD, что обеспечивает Ђбесшовнуюї интеграцию платформы и программных модулей. »спользуютс€ единые принципы и элементы пользовательского интерфейса, схожие принципы работы с объектами расчетной модели. Ёто упрощает воспри€тие и позвол€ет пользователю без труда переключатьс€ между интерфейсами программ;
  • используетс€ едина€ геометрическа€ модель, данные о которой €вл€ютс€ общими дл€ обоих приложений. «а счет этого обеспечиваетс€ полна€ ассоциативность расчетных данных с исходной моделью. ѕроектировщик имеет возможность быстро перейти от конструкторской модели к расчетной и обратно, в том числе параметрически измен€€ геометрию;
  • оба приложени€ €вл€ютс€ относительно простыми универсальными решени€ми дл€ наиболее распространенных видов инженерных задач. ѕричем пользовател€ми программ €вл€ютс€ и небольшие коллективы проектировщиков, и отделы крупных компаний, имеющих в штате как выделенных специалистов- расчетчиков, так и конструкторов, решающих более простые задачи;
  • оба приложени€ €вл€ютс€ полноценными компонентами комплекса T-FLEX PLM, что позвол€ет использовать программы при коллективной разработке в едином информационном пространстве, организованном на базе T-FLEX DOCs.
’арактеризу€ назначение T-FLE’ јнализа и T-FLEX ƒинамики, следует отметить следующее:
  • программы предназначены в первую очередь дл€ проектировщиков, которым требуетс€ быстра€ проверка гипотез, понимание тенденций в поведении конструкции либо проработка различных вариантов, например, на этапе эскизного проекта. ѕодобные задачи зачастую возникают спонтанно в процессе проектировани€, а оперативна€ проверка вариантов специалистами-расчетчиками не всегда возможна;
  • системы T-FLEX идеально подход€т дл€ решени€ типовых задач, апробированных специалистами-расчетчиками, либо задач, предварительно отработанных по стандартным методикам. ¬ случае применени€ регламентированных расчетных методик универсальные программы T-FLEX используютс€ и дл€ получени€ данных к эмпирическим зависимост€м, и дл€ подтверждени€ самих результатов расчетов.

T-FLEX јнализ: функциональные возможности программы

T-FLEX јнализ Ч это среда дл€ проведени€ инженерного анализа методом конечных элементов. ѕользователь имеет возможность осуществл€ть моделирование распространенных физических €влений и решать важные практические задачи, возникающие в повседневной де€тельности проектировщика (рис. 3).
TFLEX CAE

–ис. 3. T-FLEX јнализ позвол€ет автоматически генерировать сетку, воспользоватьс€ настроенным в программе методом решени€ задачи и получить нагл€дные графические результаты

T-FLEX јнализ имеет модульную структуру.
ћодули статического анализа
  • јнализ напр€женно-деформированного состо€ни€ Ч позвол€ет производить расчет напр€женно-деформированного состо€ни€ конструкций под действием приложенных к системе посто€нных во времени нагрузок. ”читываютс€ напр€жени€, возникающие вследствие температурного расширени€/сжати€ материала. ѕо результатам расчета оцениваетс€ прочность конструкции, определ€ютс€ наиболее у€звимые места конструкции;
  • јнализ устойчивости Ч позвол€ет оценить запас прочности и формы потери устойчивости по критической нагрузке.  ритическа€ нагрузка, при которой конструкци€ может потер€ть устойчивость, и форма потери устойчивости позвол€ют оптимизировать конструкцию путем изменени€ геометрических параметров либо создани€ дополнительных ребер жесткости;
  • јнализ усталостной прочности Ч позвол€ет оценить прочность материала при действии переменных нагрузок. ѕо результатам анализа делаетс€ заключение об усталостной прочности конструкции при заданном цикле нагружени€.
ћодули динамического анализа
  • јнализ собственных частот Ч позвол€ет осуществл€ть расчет собственных (резонансных) частот конструкции и соответствующих форм колебаний. –езультаты используютс€ дл€ повышени€ надежности и работоспособности издели€ вуслови€х, исключающих возникновение резонансов;
  • јнализ вынужденных колебаний Ч позвол€ет получить зависимости отклика системы от частоты вынуждающих воздействий Ч силовых и/или кинематических, измен€ющихс€ по гармоническому закону с учетом (или без) демпфировани€ системы. ѕо результатам расчета дл€ диапазона частот могут быть получены зависимости амплитуд и виброускорений от частоты вынуждающих воздействий, что важно при оценке виброустойчивости системы в заданном диапазоне частот;
  • јнализ динамических процессов Ч позвол€ет рассчитать напр€женно-деформированное состо€ние механической системы под действием измен€ющихс€ во времени силовых и кинематических нагрузок. ћодуль позвол€ет оценивать ударные и сейсмические воздействи€ на конструкции, а также ситуации падени€ объектов. ћодуль включает два типа динамических задач: расчет линейной динамической задачи (суперпозици€ мод) и расчет динамических нестационарных процессов (переходные процессы) [1].
ћодули теплового анализа
  • јнализ тепловых установившихс€ процессов предназначен дл€ решени€ задач теплопроводности и теплопередачи, обеспечива€ возможность оценки температурного поведени€ издели€ под действием источников тепла и излучени€. –асчет распределени€ температурных полей и тепловых потоков производитс€ в предположении бесконечно-длительного периода времени, прошедшего после приложени€ тепловых нагрузок;
  • јнализ тепловых нестационарных процессов Ч его назначение аналогично предыдущему модулю с той разницей, что расчет температурных полей осуществл€етс€ в функции времени (рис. 4).
TFLEX CAE

–ис. 4. ќценка эффективности радиаторов охлаждени€

ќдной из наиболее трудоемких задач, сто€щих перед расчетчиком, €вл€етс€ преобразование конструкторской модели в расчетную. —итуаци€ осложн€етс€ тем, что проверка модели часто приводит к доработкам конструкции, а это, в свою очередь, Ч к повторному созданию расчетной модели. ќптимальным выходом из такой ситуации €вл€етс€ ассоциативное перестроение конструкторской и расчетной модели. T-FLEX јнализ в полной мере поддерживает такую ассоциативность. Ќа рис. 5 показана схема ассоциативного перестроени€ конструкторско-расчетной модели. ƒл€ ее использовани€ достаточно один раз создать расчетную модель на основе конструкторской Ч то есть упростить геометрию, сгенерировать конечно-элементную ( Ё) сетку, задать граничные услови€ (√”) Ч и определить набор необходимых результатов. ѕри последующих перестроени€х конструкторской модели перезадание расчетной модели не потребуетс€ (например, когда изменились типоразмеры или была произведена незначительна€ доработка конструкции).
TFLEX CAE

–ис. 5. јссоциативность конструкторско-расчетной модели

ƒругой особенностью программы €вл€етс€ возможность оптимизации конструкций. Ќапример, дл€ подбора геометрических параметров сечени€ несущей балки при заданных услови€х нагружени€. ѕрограмма позвол€ет в итерационном режиме решать задачу несколькими алгоритмами, сравнива€ получаемый результат с необходимым в предварительно заданном диапазоне. јссоциативное перестроение моделей и оптимизаци€ основаны на параметрических возможност€х T-FLEX CAD, предоставл€ющих пользовател€м системы неоспоримые преимущества в задачах рационального проектировани€.

T-FLEX ƒинамика: функциональные возможности программы

T-FLEX ƒинамика предназначена дл€ качественного и количественного анализа кинематики и динамики механизмов. ѕрограмма ориентирована на проведение анализа механических систем с учетом внешних и внутренних силовых факторов, масс-инерционных характеристик отдельных частей системы и взаимодействи€ компонентов механической системы. »спользуетс€, к примеру, при проектировании новой техники или оборудовани€ дл€ имитации движени€ механизмов со сложными св€з€ми, при проверке заклинивани€, имитации падений и взаимодействи€ тел при столкновении (рис. 6). ѕриложение позвол€ет оценить траектории движени€, скорости и ускорени€ элементов исследуемой механической системы, временные характеристики, а также силы взаимодействи€ между элементами системы.
TFLEX CAE

–ис. 6. »митаци€ падени€ предметов с лестницы

ѕриложение T FLEX ƒинамика основано на собственных алгоритмах разработчиков компании Ђ“оп —истемыї. –асчетна€ модель создаетс€ на основе трехмерной модели TFLEX CAD и описываетс€ как система твердых тел, шарниров и нагрузок. –ешатель учитывает масс-инерционные характеристики модели. ƒл€ задани€ св€зей между трехмерными телами используютс€ сопр€жени€ и степени свободы. Ќа их основе система автоматически формирует список шарниров, которые наследуют геометрические характеристики объектов, использованных при создании соответствующих сопр€жений. ¬ основных типах шарниров система позвол€ет моделировать трение, а в контактах Ч задавать параметры удара (рис. 7).
TFLEX CAE

TFLEX CAE

–ис. 7. јнализ движени€ механизма и визуализаци€ траекторий движени€ выбранных точек

„исленные результаты анализа движени€ записываютс€ в виде графиков, которые показывают зависимость измер€емых величин от времени или от показаний датчиков. √рафики могут использоватьс€ дл€ описани€ любых входных параметров динамической системы. ѕри помощи графика можно, например, задать значение силы, действующей на объект, в зависимости от времени или задать величину силы упругости пружины в зависимости от ее длины.  роме того, можно задать зависимость величины нагрузки от значени€, измер€емого датчиком, например, дл€ задани€ зависимости крут€щего момента мотора от скорости его вращени€. Ёто позвол€ет смоделировать более реалистичное поведение механической системы.

T-FLEX ƒинамика дает возможность осуществл€ть реалистичное моделирование контактов между элементами расчетной модели. јнализ контактов выполн€етс€ автоматически, поэтому пользователь избавлен от необходимости задавать точки контакта вручную. ѕри этом форма контактирующих тел может быть произвольной (рис. 8).

TFLEX CAE

–ис. 8. ѕример анализа контакта дл€ тел произвольной формы [2]

ƒругой важной особенностью программы €вл€етс€ автоматическое создание кинематических св€зей на основе сопр€жений и назначенных степеней свободы. ≈сли св€зи вручную не назначены, они будут созданы автоматически.

—овместное решение инженерных задач

ЂЅесшовностьї интеграции платформы T-FLEX CAD с прикладными решени€ми также позвол€ет совместно решать задачи, когда результаты расчета в одной программе примен€ютс€ в качестве исходных данных в другой. ѕримером решени€ такой задачи €вл€етс€ исследовательска€ работа [3]. »сследовани€ проводились исключительно средствами T-FLEX: трехмерна€ модель и обработка результатов выполн€лись в T-FLEX CAD (рис. 9а и 9в), графики зависимости параметров получены в приложении T-FLEX ƒинамика (рис. 9б), оценка прочности Ч в приложении T-FLEX јнализ (рис. 9г).
TFLEX CAE

–ис. 9. ѕример совместного решени€ задач инженерного анализа: а Ч параметрическа€ модель шпиндел€; б Ч пример распределени€ нагрузки, действующей на шар за один оборот шпиндел€; в Ч обобщение результатов: кругова€ диаграмма сил, действующих на шар, за один оборот шпиндел€; г Ч распределение напр€жений в обойме

«аключение

¬ заключение хотелось бы отметить, что функциональность приложений T-FLEX јнализ и T-FLEX ƒинамика посто€нно развиваетс€, совершенствуютс€ пользовательские инструменты и сервисы. ќтдельные доработки платформы T-FLEX CAD также наход€т отражение в прикладных решени€х. ¬сЄ это наилучшим образом сказываетс€ на процессе прин€ти€ проектных решений, а также помогает при вы€влении потенциальных проблем, св€занных с проектированием. ¬ то же врем€, проектна€ организаци€ решает свою основную задачу, заключающуюс€ в разработке конкурентоспособной продукции.
—писок литературы
1.—ущих ј.Ћ. Ќовые возможности T-FLEX јнализ 15 // —јѕ– и графика. 2016. є 8.
2.  озлов —.ё., “уганов ј.Ќ. ЂT-FLEX ƒинамикаї Ч новое приложение комплекса T-FLEX дл€ решени€ задач динамического анализа // —јѕ– и графика. 2006. є 4.
3. ѕлахтин ¬.ƒ., »вочкин ћ.ё., ƒимитрюк —.ќ. »сследовани€ шарнира шарового шпиндел€ стана 250 // —јѕ– и графика. 2011. No 4.
4. Ѕагмутов ¬.ѕ., Ѕабичев —.¬. ќсобенности организации вычислительного эксперимента по формированию шейки цилиндрического образца при раст€жении // »звести€ ¬олг√“”. —ери€ Ђћатериаловедение и прочность элементов конструкцийї. 2005. ¬ыпуск 1. No 3 (12).


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

-->

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: „то можно назвать Ђчудо-оружиемї отрасли —јѕ–?
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2019 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.