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

23 но€бр€ 2015

 ак в комплексе T-FLEX интегрируютс€ CAD и CAE: практический пример

јлексей ѕлотников, ¬алерий Ѕутыхов

ќт редакции isicad.ru: Ёта стать€ (с минимальными добавлени€ми) воспроизводитс€ по просьбе компании “оп —истемы. ќригинал под названием ѕрактическое применение T-FLEX CAD дл€ проектировани€ и расчета дорожных конструкций опубликован на сайте компании.

јвторы: ј.ѕлотников, инженер компании Ђ“оп —истемыї, ¬.Ѕутыхов, инженер-технолог компании ќќќ Ђѕерфолинкї

¬ведение

T-FLEX Ч комплекс программных продуктов дл€ автоматизации проектировани€, подготовки и организации производства. Ќа базе продуктов T-FLEX разработана и реализована концепци€ T-FLEX PLM+, €вл€юща€с€ полномасштабным решением в области управлени€ жизненным циклом изделий и организации де€тельности предпри€тий.

T-FLEX јнализ Ч это интегрированна€ с T-FLEX CAD среда конечно-элементных расчЄтов. »спользу€ T-FLEX јнализ, пользователь системы T-FLEX CAD имеет возможность осуществл€ть математическое моделирование распространЄнных физических €влений и решать важные практические задачи, возникающие в повседневной практике проектировани€. Ќа рисунке представлена обобщенна€ структурна€ схема системы T-FLEX јнализ:

T-FLEX Analys

¬ статье на примере проектировани€ и оптимизации конструкции дорожных весов демонстрируетс€ характер взаимодействи€ T-FLEX CAD и T-FLEX јнализ. — помощью T-FLEX CAD стро€тс€ расчетные модели исследуемых дорожных конструкций, а T-FLEX јнализ дает возможность провести анализ их напр€женно-деформируемого состо€ни€ и устойчивости в услови€х эксплуатации.

¬есы дл€ определени€ массы автомобилей хорошо известны своей сложностью и высокими требовани€ми к точности результатов. “акие весы можно увидеть в местах, где движение транспортных средств ограничено их фактической массой Ч например, вблизи мостов и других дорожных сооружений (эстакады, путепроводы, ледовые переправы и т.д.). —истема позвол€ет точно и оперативно провер€ть каждое транспортное средство, проход€щее через весы, и определ€ть нагрузку на оси, массу, габариты и прочие характеристики. ѕренебрежительное отношение к соблюдению условий перевозки крупногабаритных и т€желовесных грузов приводит к выходу из стро€ искусственных сооружений и преждевременному разрушению дорожного покрыти€.

»сходные данные дл€ решени€ задачи

ѕроектируема€ установка дл€ измерени€ веса транспортного средства (далее Ч дорожные весы) предназначена дл€ измерени€ и фиксации нагрузок на ось движущегос€ транспортного средства с частотой 100 к√ц в пределах от 2 до 200 кЌ при скорости движени€ транспортного средства от 5 до 150 км/ч.

ѕри проектировании конструкции учитывались следующие требовани€:

  • предел измерени€ прикладываемой нагрузки Ч от 0,2 до 20 т;
  • погрешность измерени€ нагрузки Ч не более 3,0%;
  • вес измерительной платформы Ч не более 500 кг;
  • температура окружающей среды дл€ измерительной платформы Ч от Ц40 до +50 ∞—;
  • основной режим работы Ч непрерывный: платформа устанавливаетс€ в дорожное полотно вровень с дорожным покрытием;
  • электропитание системы осуществл€етс€ от внутренних источников компьютера.

ѕроектирование конструкции в T-FLEX CAD, использование параметризации

ѕроектирование конструкции велось на основании ранних наработок »нститута проблем механики им. ј.ё. »шлинского –јЌ, первые варианты которых отличались низкой технологичностью и скоростью производства. ¬ результате проектировани€ и оптимизации в T-FLEX CAD была создана 3D-модель конструкции дорожных весов (рис. 1), котора€ позволила оценить массогабаритные характеристики измерительной платформы и подготовить расчетную модель дл€ дальнейших исследований.
T-FLEX CAD дл€ проектировани€ и расчета дорожных конструкций

–ис. 1. 3D-модель конструкции дорожных весов

ќсобенностью конструкции €вл€етс€ наличие упругих элементов различной ширины, уменьшающейс€ по мере удалени€ упругого элемента от блока измерени€ (рис. 2).
T-FLEX CAD дл€ проектировани€ и расчета дорожных конструкций

–ис. 2. —борочный чертеж конструкции

”пругие элементы имеют одинаковую толщину и угол наклона к основанию и переменную ширину. ќсновна€ задача при проектировании заключалась в подборе ширины упругого элемента дл€ обеспечени€ точного измерени€ перемещений при наезде на платформу транспортного средства.

ћодель была выполнена параметрической, что позволило довольно быстро оптимизировать массу издели€ и подготовить данные дл€ конечно-элементного анализа конструкции.

–асчет конструкции на прочность и расчет перемещений упругих элементов в T-FLEX јнализ

ѕервоначально измерительна€ платформа была рассчитана на прочность при помощи модул€ T-FLEX јнализ. ѕри этом были прин€ты определенные услови€ нагружени€.

¬есы устанавливаютс€ в полосе движени€ в один уровень с дорожным покрытием. ѕоток транспортных средств перемещаетс€ по полосе: каждое транспортное средство проезжает по установленным в полосе дорожным весам. ѕри этом осуществл€етс€ измерение веса движущегос€ транспортного средства. –абочие нагрузки действуют на площадь, соответствующую ширине колеи транспортного средства. ¬се расчеты выполнены в предположении, что измерение веса происходит в момент полного заезда одной из осей транспортного средства на измерительную платформу. –ассмотрен статический режим нагружени€ конструкции дорожных весов. ѕоверочный расчет усталостной прочности выполнен дл€ элементов конструкции весов с минимальным коэффициентом запаса прочности ( .ѕ.«.).

ƒл€ расчетов на основе ранее спроектированной 3D-модели была подготовлена оптимизированна€ конечно-элементна€ модель. —хема и услови€ нагружени€ измерительной платформы показаны на рис. 3.

T-FLEX CAD дл€ проектировани€ и расчета дорожных конструкций

–ис. 3. —хема нагружени€ измерительной платформы

–асчетным случаем дл€ дорожных весов был выбран случай условной остановки транспортного средства по центру измерительной платформы. ѕри этом на измерительной платформе одновременно наход€тс€ два колеса автомобил€, расположенные на одной оси.

¬нешн€€ нагрузка, эквивалентна€ максимальному весу грузового автомобил€  јћј«, то есть 20 т, равномерно прикладываетс€ к площад€м, имитирующим п€тна контакта передних либо задних колес (случай предельного нагружени€). “акже принимаем, что на переднюю либо заднюю ось действует нагрузка, равна€ 13 т. Ўирина колеи автомобил€  јћј« составл€ет 2,1 м.

ѕлощадь п€тна контакта колеса рассчитывалась по формуле:

S = F/P

где S Ч площадь п€тна контакта, м2;

F Ч сила, приложенна€ к этой площади, Ќ; F = Fmax = 65 000 Ќ;

P Ч давление в колесе, Ќ/м2; P = 73љ104 Ќ/м2.

ѕолучаем, что площадь п€тна контакта S = 8692х105 м2.

ѕри ширине колеса 0,26 м и площади п€тна контакта S = 8692х105 м2 расчетное п€тно контакта принимаетс€ в виде пр€моугольной области длиной 0,342 м и шириной, равной ширине колеса, то есть 0,26 м.

–асчеты проводились дл€ конструкции из сталей разных марок; результаты приведены на рис. 4-6.

T-FLEX CAD дл€ проектировани€ и расчета дорожных конструкций

–ис. 4.  оэффициент запаса по эквивалентным напр€жени€м измерительной платформы, материал Ч сталь 12’18Ќ10“;  .«.ѕ. = 0,9859

T-FLEX CAD дл€ проектировани€ и расчета дорожных конструкций  class=

–ис. 5.  оэффициент запаса по эквивалентным напр€жени€м измерительной платформы, материал Ч сталь 09√2—;  .«.ѕ. = 1,587

T-FLEX CAD дл€ проектировани€ и расчета дорожных конструкций

–ис. 6.  оэффициент запаса по эквивалентным напр€жени€м измерительной платформы, материал Ч сталь 30’√—ј;  .«.ѕ. = 2,263

ѕолученные данные позволили выбрать материал и оптимизировать толщину элементов конструкции при известном предельном весе конструкции и минимальном коэффициенте запаса.

ќптимизаци€ конструкции издели€ на основании расчетных данных в T-FLEX CAD и T-FLEX јнализ

Ќа следующем этапе проектировани€ решалась основна€ задача проекта Ч подбор ширины упругих элементов дл€ измерительной платформы. ƒл€ этого была построена параметрическа€ конечноэлементна€ модель упругого элемента, схема которого приведена на рис. 7.

”пругие элементы должны быть установлены таким образом, чтобы перемещение каждого из элементов в точке ј (см. рис. 7) было одинаковым. Ёто достигаетс€ путем изменени€ ширины упругого элемента. “аким образом, каждый упругий элемент €вл€етс€ уникальным и имеет собственную ширину.

T-FLEX CAD дл€ проектировани€ и расчета дорожных конструкций

–ис. 7. –асчетна€ модель упругого элемента

¬ результате выполнени€ серии расчетов упругих элементов (32 расчета Ч по количеству элементов в конструкции) была получена зависимость перемещени€ упругого элемента от пор€дкового номера упругого элемента (рис. 8).
T-FLEX CAD дл€ проектировани€ и расчета дорожных конструкций

–ис. 8. √рафик зависимости перемещени€ упругого элемента от пор€дкового номера упругого элемента

«ависимость ширины упругого элемента от места его положени€ на измерительной платформе €вл€етс€ нелинейной функцией. ѕолученные расчетные значени€ ширины упругого элемента (см. рис. 8) аппроксимированы полиномом 4-й степени:

y = A4x4 + A3x3 + A2x2 + A1x + A0 , где y Ч ширина упругого элемента; x Ч пор€дковый номер упругого элемента.

Ќа основании полученных данных в модель измерительной платформы, выполненной в T-FLEX CAD, были внесены изменени€ Ч значени€ ширины упругих элемен тов конструкции были вз€ты из расчетных данных (рис. 9).

T-FLEX CAD дл€ проектировани€ и расчета дорожных конструкций

–ис. 9. »змерительна€ платформа новой конструкции

ѕодготовка комплекта конструкторско-технологической документации дл€ изготовлени€ опытного образца

Ќа основании полученных данных был подготовлен комплект конструкторско-технологической документации дл€ производства опытного образца измерительной платформы (рис. 10).
T-FLEX CAD дл€ проектировани€ и расчета дорожных конструкций

–ис. 10.  онструкторско-технологическа€ документаци€

ƒл€ сборки использовались библиотека стандартных элементов и механизм автоматической генерации спецификаций. ¬купе с параметризацией всЄ это позволило выполнить поставленные задачи очень быстро.

»зготовление опытного образца

Ќа завершающем этапе проекта был изготовлен опытный образец измерительной платформы. »зделие было подвергнуто нагружению по схеме, построенной дл€ T-FLEX јнализа (рис. 11).
T-FLEX CAD дл€ проектировани€ и расчета дорожных конструкций

–ис. 11. ќпытный образец измерительной платформы

ќпытный образец был подвержен нагружению Ч дл€ проведени€ тарировки датчиков и настройки положени€ упругих элементов. ѕараллельно с помощью T-FLEX јнализа была построена аналогична€ модель дл€ выполнени€ тарировки в виртуальной среде (рис. 12 и 13).
T-FLEX CAD дл€ проектировани€ и расчета дорожных конструкций

–ис. 12.  онечно-элементна€ модель конструкции

T-FLEX CAD дл€ проектировани€ и расчета дорожных конструкций

–ис. 13. –езультат расчета системы T-FLEX јнализ

¬ результате натурных и виртуальных нагружений было прин€то решение оптимизировать конструкцию путем добавлени€ дополнительных упругих элементов Ч дл€ того чтобы нагрузочна€ характеристика установки дл€ измерени€ веса транспортных средств имела линейный характер. ¬спомогательные упругие элементы могут иметь различные углы наклона (в пределах от 0 до 7∞) и/или различные значени€ ширины.

«аключение

ѕродемонстрированный в публикации пример показывает, что применение программ комплекса T-FLEX в сфере проектировани€ и расчета конструкций очень эффективно. »спользование T-FLEX CAD позвол€ет построить расчетные модели исследуемых дорожных конструкций, T-FLEX јнализ дает возможность провести анализ их напр€женнодеформируемого состо€ни€ и устойчивости в услови€х эксплуатации.

—истемы полностью соответствуют требовани€м государственных стандартов и правил, относ€щихс€ как к оформлению конструкторской документации, так и расчетных алгоритмов.

“аким образом, применение программного комплекса T-FLEX ведет к существенному снижению трудозатрат, позвол€ет сократить сроки проектировани€ и значительно уменьшает веро€тности ошибок при проектировании.

ѕодробнее о системе T-FLEX јнализ и комплексе T-FLEX Ч на сайте компании “оп —истемы.


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: √овор€т, в истории CAD уже было четыре революции. Ќа горизонте є 5?
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

¬ычисл€й и властвуй с новым релизом Renga — ћаксим Ўибанов, ≈вгений  ирь€н (13 июл€ 2021)
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. © 2004-2021 √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.