WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ Иванов С. Е.

Интеллектуальные программные комплексы для технической и технологической подготовки производства Часть 5. Системы инженерного расчета и анализа деталей и сборочных единиц Учебно-методическое пособие Санкт-Петербург 2011 УДК 658.512.011.56 Иванов С.Е. «Интеллектуальные программные комплексы для технической и технологической подготовки производства /Часть 5. Системы инженерного расчета и анализа деталей и сборочных единиц» Под ред. Куликова Д. Д.

Учебно-методическое пособие. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2011. – 48 с.

Часть 5 пособия посвящена системам инженерного расчета деталей и анализа деталей и сборочных единиц. Выполнен обзор современных САЕ – систем. Рассмотрен комплекс систем, включая NASTRAN, Patran, MARC, ANSYS, LS-DYNA, ABAQUS и COSMOS.

Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области приборостроения и оптотехники для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 200100 - Приборостроение.

В 2009 году Университет стал победителем многоэтапного конкурса, в результате которого определены 12 ведущих университетов России, которым присвоена категория «Национальный исследовательский университет».

Министерством образования и науки Российской Федерации была утверждена Программа развития государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «СанктПетербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики» на 2009–2018 годы.

Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, 2011 Иванов С.Е., под ред. Куликова Д. Д., 2011 Оглавление Часть 5. Системы инженерного расчета и анализа деталей и сборочных единиц.

5.1. Обзор современных CAE систем ……………………………………….. 5.2 Система расчета и оптимизации конструкций NASTRAN ……………. 5.3 Интегрированная среда моделирования, анализа и проектирования Patran …………………………………………………………………………... 5.4 Система визуального моделирования машин и механизмов ADAMS... 5.5 Система анализа нелинейных быстропротекающих динамических процессов Dytran ……………………………………………………………... 5.6 Система комплексного нелинейного анализа конструкций MARC …... 5.7 Универсальный конечно-элементный пакет ANSYS ………………….. 5.8 Система для высоконелинейного динамического анализа LS-DYNA... 5.9 Программный комплекс прочностного конечноэлементного анализа ABAQUS ………………………………………………………………………. 5.10 Система инженерных расчетов COSMOS ……………………………... Список литературы …………………………………………………………… Список контрольных вопросов ……………………………………………… Часть 5. Системы инженерного расчета и анализа деталей и сборочных единиц.

5.1. Обзор современных CAE систем Современное предприятие-разработчик сталкивается с необходимостью создания комплексного инженерного изделия, которое работает в сложных условиях и взаимодействует с другими сборочными деталями. Кроме этого на большинстве предприятии очень плотный график разработки и запуска изделия в производство.

Преодолеть эти трудности разработчикам помогают CAE (Computer Aided Engineering) системы. На предприятиях применяется компьютерное моделирование для повышения качества продукции, ускорения выпуска новых изделий и снижения затрат на разработку.

CAE-продукты становятся удобнее в эксплуатации, их внедрение на предприятии позволяет производить изделия лучшего качества.

CAЕ системы применяются во многих отраслях промышленности:

автомобильная промышленность аэрокосмическая промышленность энергетика машиностроение и станкостроение судостроение оборонная промышленность полупроводниковая промышленность гражданское и промышленное строительство химическая промышленность производство товаров массового потребления медицинская промышленность телекоммуникационная отрасль Функции CAЕ систем довольно разнообразны:

расчет установившихся и переходных процессов моделирование полей физических величин анализ прочности расчет собственных частот и форм колебаний, анализ устойчивости, решение задач теплопередачи, исследование акустических явлений, анализ нелинейных статических процессов, анализ нелинейных динамических процессов, расчет критических частот и вибраций роторных машин, анализ частотных характеристик при воздействии, спектральный анализ Метод конечных элементов (МКЭ) является основным, мощным инструментом для прочностного анализа сложных линейных и нелинейных инженерных проблем. Метод широко применяется при исследовании сложных нелинейных динамических процессов.

В настоящее время разработано большое количество САЕ систем в которых применятся метод конечных элементов.

Среди САЕ систем можно выделить программные комплексы конечноэлементного анализа:

система расчета и оптимизации конструкций NASTRAN система виртуального моделирования машин и механизмов ADAMS система анализа нелинейных быстропротекающих динамических процессов Dytran система комплексного нелинейного анализа конструкций MARC универсальный конечно-элементный пакет ANSYS система для высоконелинейного динамического анализа LS-DYNA программный комплекс прочностного конечноэлементного анализа ABAQUS система инженерных расчетов COSMOS Такие программные комплексы включают в себя ряд программ, ориентированных на разные приложения, и отличающихся функциональностью и специализацией.

Различные модули позволяют выполнять анализ прочности, теплопроводности, динамики жидкостей и газов, акустических и электромагнитных полей В такие программные комплексы входят решатель, препроцессоры и постпроцессоры, а также интерфейс с базой данных. Между системами CAE и CAD (Computer Aided Design) существует интеграция и предусмотрен экспорт и импорт геометрических моделей Программные комплексы конечно-элементного анализа включают в себя библиотеки конечных элементов, решатель, препроцессор и постпроцессор.



Библиотеке конечных элементов (КЭ) включают матрицы жесткости КЭ.

Для анализа упругих или пластических деформаций применяются разные модели КЭ, также КЭ имеет различную форму.

Препроцессор представляет геометрическую модель объекта в сеточном виде.

Решатель собирает модели отдельных КЭ в общую систему алгебраических уравнений.

Решение системы производится одним из методов разреженных матриц Постпроцессор представляет результаты решения в графической форме.

Пользователь получает цветное отображение исходной и деформированной формы детали, поля напряжений, потенциалов, температур.

Далее приведен краткий обзор программных комплексов конечноэлементного анализа.

5.2 Система расчета и оптимизации конструкций NASTRAN Nastran - это главный продукт компании MSC.Software, конечноэлементная программная система.

Система Nastran выполняет:

расчет напряженно - деформированного состояния, расчет собственных частот и форм колебаний, анализ устойчивости, решение задач теплопередачи, исследование установившихся и неустановившихся процессов, исследование акустических явлений, анализ нелинейных статических процессов, анализ нелинейных динамических переходных процессов, расчет критических частот и вибраций роторных машин, анализ частотных характеристик при воздействии случайных нагрузок, спектральный анализ исследование аэроупругости.

В системе Nastran возможно моделирования практически всех типов материалов, а также композитных материалов. Функции системы включают технологию суперэлементов (подконструкций).

Система Nastran ориентирована на расчет и оптимизацию конструкций.

Рис. 5.2.1 Вид среды моделирования системы.

Оптимизация выполняется для задач устойчивости, установившихся и неустановившихся динамических переходных процессов, собственных частот и форм колебаний, акустики и аэроупругости.

Эффективные алгоритмы оптимизации обрабатывают огромное число проектных параметров и ограничений, таких как вес, напряжения, перемещения, собственные частоты.

Алгоритмы анализа чувствительности позволяют исследовать влияние различных параметров и выполнять поиск оптимального решения.

Система Nastran дает возможность автоматически получить оптимальную новую компьютерную модель, соответствующую экспериментальной модели. В системе выполняется оптимизация конструкции с изменениями ее геометрической формы при минимизации веса и удовлетворении граничным условиям по прочности. Nastran автоматически создает оптимальную конструкцию, максимально удовлетворяющую заданным условиям Nastran также применяют при решении задачи моделирования систем управления, систем терморегулирования. В системе проводятся сложные многошаговые исследования работы конструкции при изменении условий нагрузки, граничных условий.

При расчетах в программе применяются численные методы разреженных матриц, что существенно повышает скорость вычислений и эффективность обработки данных.

Для достижения высокого уровня точности расчета в Nastran применяются элементы супер высокого порядка аппроксимации.

Система Nastran тесно связана с интегрированной средой моделирования Patran на основе современного графического интерфейса пользователя.

Nastran интегрируется во многие современные системы автоматизированного проектирования.

Для решения задач большой размерности в Nastran применяются алгоритмы обработки "разреженных" матриц, для уменьшения ширины ленты матриц используется автоматическая внутренняя перенумерация матриц. Для выполнения параллельных и векторных вычислений в системе Nastran применяются разработанные алгоритмы.

Система Nastran позволяет выполнять расчеты по линейной статике, расчет частот собственных колебаний, анализ устойчивости конструкции, анализ чувствительности характеристик объекта к конструктивным изменениям, проверять корректность расчетной модели.

Nastran решает динамические задачи: акустические расчеты, расчет параметров переходного процесса прямым и модальным методами, расчет частот собственных колебаний с учетом диссипации энергии, расчет частотного отклика, расчет в нелинейной постановке, расчеты при различных типах демпфирования (конструкционное, нелинейное, дискретное, модальное), спектральный анализ. При модальном решении динамических задач применяется матричный метод, метод перемещений и метод ускорений.

Для использования результатов анализа предшествующих расчетов в системе производится рестарт. Система Nastran выполняет оптимизацию расчетной модели при полигармоническом воздействии, переходном процессе.

При нелинейных расчетах Nastran позволяет проводить анализ статического нагружения с учетом геометрической и физической нелинейностей, включая контакты. При моделировании нелинейных свойств материала в системе Nastran могут учитываться: условия текучести, типы упрочнения (изотропное, кинематическое и комбинированное), гиперупругость, термоупругость, вязкоупругость, пластичность, нелинейная упругость при малых деформациях. При моделировании геометрической нелинейности в системе учет больших перемещений и углов поворота выполняется методом Лагранжа. Система делает возможным анализ устойчивости конструкции в нелинейной постановке, анализ предварительно напряженных конструкций, анализ поведения конструкции после потери устойчивости. В системе выполняется моделирование сложных граничных условий. В Nastran все линейные элементы применимы при нелинейном анализе. Система предоставляет возможность выбора метода решения (методы по длине дуги, Рикса, неявный метод интегрирования).





Рис. 5.2.2. Моделирование в системе при взаимодействии Nastran позволяет выполнять расчеты установившихся процессов теплопроводности, конвекции, излучения в линейной и нелинейной постановках, а также расчеты неустановившихся процессов теплопередачи в нелинейной постановке. При этом учитываются особенностей теплопроводности, такие как температурно-зависимая теплопроводность, анизотропная теплопроводность, внутреннее тепловыделение. Система Nastran учитывает особенности свободной и вынужденной конвекции, особенности излучения в пространство, тепловые нагрузки, температурные граничные условия, задание начальных температур. Кроме того, в Nastran возможно моделирование идеальных проводников тепла.

Система Nastran позволяет исследовать аэроупругость в статической и динамической постановке, проводить анализ аэроупругости при сверхзвуковых скоростях.

Nastran делает возможным выполнять оптимизацию и анализ чувствительности объекта к изменениям конструкции за один расчет.

Производится оптимизация при анализе статического нагружения, анализе устойчивости, при расчете частот собственных колебаний.

Рис. 5.2.3. Модель моста при статическом нагружении.

Выполняется оптимизация параметров модели и геометрической формы объекта.

В качестве функций цели или функциональных ограничений возможно использовать следующие параметры: вес, объем, перемещения, напряжения, деформации, силы, перемещения, скорости, ускорения, усилия закрепления, частота собственных колебаний, величины характеристик демпфирования.

Nastran предоставляет возможность задания пользователем функциональных связей для формирования специальных функций цели и ограничительных функций.

Система Nastran позволяет выполнять анализ чувствительности и оптимизация модели, включающей суперэлементы. Эффективные алгоритмы системы позволяют решать задачи, включающие сотни оптимизируемых параметров, а также проводить автоматический анализ текущего статуса задачи и инициализировать соответствующий решатель.

Специальные методы анализа позволяют учитывать симметрию конструкции, взаимодействие конструкции с жидкостью, гироскопические эффекты.

В системе Nastran применяется технологии суперэлементов, что делает меньшую трудоемкость отладки расчетной модели, поскольку каждый суперэлемент обрабатывается отдельно и большую скорость выполнения исследований, связанных с вариантными расчетами. При использовании технологии суперэлементов локальное изменение конструкции требует выполнения только части уже проведенного расчета. Технологию суперэлементов возможно применять при всех видах расчетов, что дает возможность выполнения расчетов с очень большими моделями путем их разделения на суперэлементы и проведения расчета по частям. Снижаются затраты на проведение расчетов.

Система Nastran содержит большую библиотеку конечных элементов.

Основные типы конечных элементы Nastran: скалярные, одномерные, двухмерные и трехмерные, элементы демпфирования, нелинейные элементы для анализа статических и переходных процессов, специальные элементы для акустических расчетов, "жесткие" элементы, элементы-интерполяторы, элементы для моделирования композитных конструкций, p-элементы, осесимметричные элементы, элементы общего назначения.

Библиотека материалов Nastran содержит: изотропные материалы, ортотропные материалы, анизотропные материалы, материалы с температурно-зависимыми характеристиками.

Система Nastran использует макроязык DMAP для модификации и создания новых алгоритмов численного анализа, для интеграции Nastran с другими программами.

5.3 Интегрированная среда моделирования, анализа и проектирования Patran Программа Patran обеспечивает интеграцию автоматизированных систем проектирования, моделирования, анализа и оценки результатов расчетов на основе современного графического интерфейса пользователя.

Функциями Patran является разработка конечно-элементных моделей и анализа результатов.

Применение Patran совместно с системой Nastran делает возможным получение оценок работоспособности и оптимальности конструкции изделий при их разработке, производстве и эксплуатации.

Программа Patran предоставляет развитые средства генерации конечноэлементных сеток. Средства визуализации Patran позволяют ускорить и повысить качество анализа результатов расчета.

Рис. 5.3.1. Графический интерфейс Patran.

Графический интерфейс Patran обеспечивает эффективность и удобство работы с программным продуктом. В Patran встроен макроязык Patran Command Language (PCL) для создания специальных функций и для интеграции с собственными программными разработками.

Геометрическая модель является основой создаваемой конечноэлементной системы. Программа Patran предоставляет обширные возможности создания и модифицирования геометрических моделей, контроля CAD-геометрии и преобразования ее перед построением конечноэлементной модели. Patran предоставляет прямой доступ к CAD-геометрии.

Программа Patran интегрируется с системами анализа многих мировых фирм.

Pages:     || 2 | 3 |










© 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.