Использование программного комплекса T-FLEX PLM и возможностей 3D-печати для проектирования оснастки испытательной установки

Для реализации проекта использовались программные продукты комплекса T-FLEX PLM — T-FLEX CAD и T-FLEX Анализ.

Исходные данные для решения задачи

Кроме того, к конструкции предъявлены следующие требования:

• максимальное отклонение осей штоков гидроцилиндров под нагрузкой — не более 40”, что соответствует смещению 0,05 мм относительно геометрического центра испытуемого образца;
• масса конструкции (установки) должна быть оптимальной, cоразмерной ее силовым параметрам;
• конструкция должна обеспечивать удобство ее обслуживания, максимально возможный эксплуатационный ресурс;
• конструкция должна выдерживать среднее количество циклов нагружения;
• конструкция, по возможности, должна быть изготовлена из наиболее распространенных конструкционных материалов.

Рис. 1. Конструкция установки — прототипа проектируемой испытательной машины

Проектирование оснастки испытательной установки в T-FLEX CAD с использованием параметризации

Рис. 2. 3D-модель оснастки испытательной установки

Рис. 3. Параметрический 3D-фрагмент

Расчет и оптимизация конструкции оснастки испытательной установки на прочность в T-FLEX Анализ

2. Измерение углов изворота осей гидроцилиндров под нагрузкой.

На первом этапе конструкция нагружалась силой 100 т по каждой оси цилиндра, имитирующей сжатие испытываемого образца (рис. 4).

Рис. 4. Схема нагружения плит при КЭ-анализе, поверочный расчет

• материал конструкции принимается изотропным, неточности сборки, сварки, концентраторы напряжений, вызванные идеальной геометрией модели, и дефекты материала в расчете не учитываются;
• сварные швы в рассматриваемой конструкции при расчете заменяются «жесткой связью» между свариваемыми элементами. В этом случае тела рассматриваются как связанные; перемещения грани одного тела без каких-либо ограничений передаются граням другого тела;
• расчет прочности конструкции проводится по пределу текучести материала, соответствующему напряжению, при котором начинается пластическая деформация материала;
• прочность конструкции оценивается величиной коэффициента запаса прочности по эквивалентным напряжениям (К.З.П.). По техническому заданию К.З.П. должен быть не менее 1,5.

Рис. 5. Оценка коэффициента запаса 1-го варианта конструкции

Рис. 6. Оптимизированная 3D-модель оснастки испытательной установки

Рис. 7. Схема нагружения плит при КЭ-анализе, оптимизированная модель

Рис. 8. Физико-механические свойства стали 45, библиотека материалов T-FLEX CAD

Рис. 9. Эпюра распределения коэффициента запаса по эквивалентным напряжениям для оптимизированной конструкции; min. К.З.П. не менее 1,5

Рис. 10. Эпюра распределения перемещений по толщине деталей, мм

Рис. 11. Схема расчета углов изворота осей гидроцилиндров под нагрузкой

Рис. 12. Список переменных для расчета углов изворота и пользовательский диалог

3D-печать прототипа оснастки для проверки схемы сборки

Рис. 13. Экспорт сборки в STL-формат для 3D-печати

Параметры 3D-печати:

• скорость, внешний периметр — 40 мм/с;
• скорость заполнения — 100 мм/с;
• толщина слоя — 0,25 мм;
• среднее время печати 1-й детали — 5-6 ч.

Рис. 14. Результаты 3D-печати на 3D-принтере Designer PRO 250

Создание комплекта конструкторско-технологической документации для производства опытного образца

Рис.15. Сборочный чертеж оснастки для испытательной установки

Рис. 16. Анимация сборки оснастки, выгруженная в 3D PDF

Рис. 17. Реалистичное изображение оснастки (технология Optix)

Заключение