Преимущества CАE-систем при проектировании машиностроительного оборудования

 

Многие задачи, с которыми приходится в настоящее время сталкиваться исследователям и инженерам, не поддаются аналитическому решению либо требуют огромных затрат на экспериментальную реализацию. Зачастую единственной возможностью экспрессного анализа инженерной проблемы является компьютерное математическое моделирование. Прогресс в разработке численных методов позволил существенно расширить круг задач, доступных анализу. Полученные на основе этих методов результаты используются практически во всех областях науки и техники.

Компьютерные системы инженерного анализа САЕ используются для оптимизации проектных разработок на ранних стадиях, что снижает значительно стоимость продукции, а также сокращает время проектирования и изготовления, опытных образцов. Программы позволяют инженеру работать «с листа», используя первоначальные эскизные прорисовки, на их основе создавать и анализировать виртуальные модели, не выдавая задание конструкторскому бюро и технологическим подразделениям. Компьютерное моделирование технических систем помогает сократить цикл разработки, состоящий в изготовлении образцов-прототипов, их испытании и повторном изготовлении образцов, выполнять часть работ параллельно, а также исключить дорогостоящий процесс доработки изделия.

Разработчики, использующие САЕ программы, могут выявить возможные недостатки проекта или найти его оптимальный вариант до начала изготовления или эксплуатации продукции, проводя численный эксперимент. Это позволяет увеличить срок службы изделий и достигнуть более равномерного распределения напряжений в них при наличии ограничений на геометрию и механические свойства материала изделий. При проведении оптимизации выполняется серия расчетов для параметрической модели, автоматически меняющей выделенные размеры до получения оптимальной формы.

САЕ программы могут значительно уменьшить расходы на проектирование и изготовление, добавить уверенности разработчику в правильности принятых им решений. Компьютерный анализ наиболее эффективен на концептуальной стадии проекта. Он также полезен при верификации окончательного варианта разработки перед проведением испытаний образцов.

В анализе конструкций находит свое наиболее важное применение метод конечных элементов. Причем в конструкционном анализе под конструкциями понимаются мосты, здания, корпуса морских судов, узлы самолетов, детали машин, поршни, инструменты - словом, любые инженерные конструкции.

Первичными переменными, которые вычисляются в ходе конструкционного анализа, являются смещения. В дальнейшем, исходя из вычисленных смещений в узлах сетки, определяются и другие важные параметры - такие как напряжения, упругая или пластическая деформация и пр. [1]

 

Описания программного продукта DESIGN SРАCE

Для проведения необходимых инженерных расчетов было решено использовать CАE - систему Design Sраce линейки программных пакетов АNSYS, как наиболее подходящую по соотношениям точность расчетов / простота в освоении. Так же немаловажным фактором при выборе расчетного пакета было наличие полной интеграции с CАD-пакетом SolidWorks, а именно возможность автоматического ввода геометрии, что является особо актуальным при загрузке моделей сборок с большим количеством сборочных элементов.

Характеристики пакета Design Sраce[15]:

Общие

·         Связь с CАD-системами;

·         Напряжения в линейной постановке;

·         Нелинейный контакт;

·         Деформации;

·         Коэффициент безопасности;

·         Частоты;

·         Частоты с учетом начальных напряжений;

·         Тепловой расчет;

·         Нелинейные температурные свойства материала;

·         Нелинейная конвекция;

·         Термопрочностные расчеты;

·         Топологическая оптимизация;

·         Адаптивная разбивка сетки с контролем сходимости (деталь, сборка и поверхность).

Интерфейс

·         Привычный интерфейс CАD-систем;

·         Интуитивно понятные процедуры;

·         Контекстно-чувствительные панели инструментов;

·         Инструктирующие «мастера создания проектов».

Работа с геометрией

·         Автоматический ввод CАD-геометрии - не требует доработок;

·         Параметрическое управление моделью для оптимизации;

·         Возможность ручного создания контактных пар;

·         Разбивка деталей с различными параметрами;

·         Просмотр результатов расчета для указанных деталей или сборок;

·         Визуализация сборок (частичная прозрачность и удаление деталей).

Настройки задач

·         Автоматическое упрощение геометрии;

·         Настраиваемая библиотека свойств материалов;

·         Реальные нагрузки, включая болты, силы, моменты;

·         Реальные условия закрепления, включая штифты, поверхности без трения;

·         Тепловые нагрузки, включая конвекцию, температуры.

Методы решения

·         Итерационные;

·         Прямой для разреженных матриц.