SolidWorks – интегрированная среда моделирования и анализа

Реферат

Отчёт содержит 33 страницы, 15рисунков,1 таблицу, 10 используемых источников, 1 приложение.

СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ МОДЕЛЬ, РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ, ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ, КОНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, УЗЛОВЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ, НАПРЯЖЕНИЕ, КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА ПРОЧНОСТИ.

Объектом разработки являются деталь «Основание».

Цель работы – используя результаты твердотельного моделирования, руководствуясь заданием и исходными данными к работе, произвести прочностной расчет детали «Основание», с использованием системы автоматизированного проектирования SolidWorks.

В процессе работы рассматривались возможности и особенности системы автоматизированного проектирования SolidWorks с точки зрения подготовки моделей к инженерном анализу, в частности, к расчету на прочность; назначение CAE-компоненты системы − SolidWorks Simulation и основные аспекты проведения анализа. В рамках работы построена твердотельная модель детали «Основание». Проводилось моделирование напряженно-деформированного состояние детали «Основание» в среде SolidWorks Simulation на основании задания и исходных данных к курсовой работе.

 

у

Содержание

Введение 6

1 SolidWorks – интегрированная среда моделирования и анализа 7

1.1 Возможности SolidWorks для подготовки моделей к анализу 7

1.2 SolidWorks Simulation – назначение и основные особенности 9

2 Построение твердотельной модели детали «Основание» 13

2.1 Создание трехмерного элемента «Бобышка-Вытянуть 1» 13

2.2 Создание трехмерного элемента «Бобышка-Вытянуть 2» 14

2.3 Создание трехмерного элемента «Бобышка-Вытянуть 3» 15

2.4 Создание трехмерного элемента «Вырез-вытянуть 1» 16

2.5 Создание трехмерного элемента «Вырез-повернуть 1» 17

2.6 Создание трехмерного элемента «Ребро 1» 18

2.7 Результаты построения твердотельной модели детали 19

3 Расчет на прочность детали «Основание» в среде
SolidWorks Simulation 21

3.1 Приложение граничных условий 21

3.2 Создание конечно-элементной сетки и выполнение расчета 22

3.3 Вывод результатов расчета 24

Заключение 29

Список использованных источников 30

Приложение А (обязательное). Исходные данные, упрощения
и требования 31

 

Введение

Экстремальные условия работы элементов современных конструкций, сложность их формы и большие габариты делают исключительно трудным и дорогим осуществление натурного или полунатурного эксперимента, особенно, если речь идет об установлении предельных (разрушающих) нагрузок. Создание конструкций такого типа невозможно без совершенствования и автоматизации процесса проектирования, применения новых материалов и технологий.

Необходимость внедрения в производство сложнейшей техники в короткие сроки приводит к созданию систем автоматизированного проектирования. Важную роль в этих системах играет расчет на прочность.

Цель данной работы – используя результаты твердотельного моделирования, руководствуясь заданием и исходными данными к работе, произвести прочностной расчет детали «Основание», с использованием системы автоматизированного проектирования SolidWorks.

Твердотельное моделирование детали «Основание» выполняется в CAD-модуле системы SolidWorks Education Edition – полнофункциональная версия SolidWorks для использования учебными заведениями, лицензионным правом на использование в учебном процессе которой обладает Рузаевский институт машиностроения.

Расчет на прочность осуществляется в модуле SolidWorks Simulation, являющимся функциональным компонентом SolidWorks. Такой современный программный комплекс для проведения инженерных расчетов, как SolidWorks Simulation, математическую основу которого составляет метод конечных элементов, позволяет проведение такого рода моделирования с наименьшими затратами времени и человеческих ресурсов.

Построение твердотельной модели детали «Основание»

Расчет на прочность детали «Основание» в среде SolidWorks Simulation

Твердотельная модель детали «Основание» готова для прочностного анализа. Определим основные параметры модели. В этом же файле создадим проект анализа ‒ «Новое исследование». Назначим тип анализа – «Статический».

Определим материал детали, для чего выберем из библиотеки «solidworksmaterials» материал – «простая углеродистая сталь».

Приложение граничных условий

Согласно расчетной схеме (рисунок А.2, приложение А) добавим в модель ограничения и нагрузки, согласно терминологии «SolidWorks Simulation» – крепления и внешние нагрузки соответственно.

Приложим первое ограничение – ограничение от перемещений во всех направлениях двух цилиндрических поверхностей. Для этого выберем тип крепления «Фиксированная геометрия».

Приложим второе ограничение – ограничение от перемещений в радиальном направлении двух цилиндрических поверхностей. Для этого выберем тип крепления «На цилиндрических гранях» и в опции «Радиальный» установим значение смещения 0 мм.

Приложим третье ограничение – ограничение от перемещений в направлении перпендикулярном плоской поверхности. Для этого выберем тип крепления «На плоских гранях» ив опции «Перпендикулярно грани» установим значение смещения 0 мм.

Приложим первую нагрузку – равномерно распределенная нагрузка, направленная по нормали к плоской поверхности с величиной равнодействующей 30 кН. Для этого выберем команду «Сила», установим опцию «Нормальная», определив тем самым направление, зададим величину равнодействующей «Значение силы» – 30000 Н.

Приложим вторую нагрузку – радиальная, неравномерно (синусоидально) распределенная нагрузка, приложенная к цилиндрической поверхности с величиной равнодействующей 50 кН.

Модель с приложенными граничными условиями представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 – Модель с граничными условиями

Данную нагрузку в «SolidWorks Simulation» моделируем при помощи команды «Рабочая нагрузка». Для приложения подобного вида нагрузки необходимо дополнительно построить систему координат с центром на оси цилиндрической поверхности, к которой прикладывается нагрузка, и с направлением оси Z совпадающим с осью этой поверхности, а также разделить цилиндрическую поверхность на две, так как нагрузка прикладывается к половине цилиндрической поверхности. Настроим параметры команды, для чего выберем опцию «Синусоидальное распределение», укажем в качестве системы координат «Система координат 1», определим направление равнодействующей, как совпадающее с осью Y системы координат «Система координат 1», зададим величину равнодействующей – 50000 Н.

Таким образом, все нагрузки и ограничения, согласно расчетной схеме приложены.

Вывод результатов расчета

В папке «Результаты» дерева исследования по умолчанию доступны три вида результатов анализа:

– Напряжения по Мизесу;

– Результирующее перемещения;

– Эквивалентные деформации.

Для большей информативности и удобства анализа результатов, необходимо настроить отображаемые диаграммы, используя команды «Настройка эпюры» и «Параметры графика». В настройках «Эпюры напряжений» выберем согласно требованиям (Приложение А) в качестве единиц измерения МПа; активируем раздел «Деформированная форма с параметром «Авто». В настройках команды «Параметры графика», активируем опции: «Отобразить минимальное значение», «Отобразить максимальное значение» и опцию «Числовой формат» – «Плав. точка».

Диаграмма напряжений по Мизесу представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 – Диаграмма напряжений по Мизесу

Анализируя диаграмму, заметим, что максимальное значение напряжения составляет 320,2 МПа, что превышает предел текучести материала. Более того, деталь имеет некоторые области, в которых напряжения по Мизесу превышают предел текучести материала. Это свидетельствует о том, что в этих областях имеют место пластические деформации.

Аналогичным образом выведем диаграмму суммарных перемещений. В настройках диаграммы перемещений выберем согласно требований (Приложение А.) в качестве единиц измерения мм, отобразим деформированную форму в режиме авто и произведя настройки параметров графика, аналогично напряжениям.

Диаграмма суммарных перемещений представлена на рисунке 11.

Рисунок 11 – Диаграмма суммарных перемещений

Максимальное результирующее перемещение составляет 0,147 мм.

Аналогичным образом выведем диаграмму эквивалентных деформаций. В настройках эпюры деформаций в дополнительных параметрах выберем опцию «Значение в узлах» и отобразим деформированную форму в режиме авто, а в настройках параметров графика выберем отображением минимального и максимального значений.

Диаграмма эквивалентных деформаций представлена на рисунке 12.

Рисунок 12 – Диаграмма эквивалентных деформаций

Максимальная величина деформаций составляет 0,001.

Теперь построим диаграмму коэффициента запаса прочности.

Для этого выберем команду «Определить эпюру проверки запаса прочности». В качестве критерия согласно требованиям (Приложение А) выбираем «Максимальное напряжение von Mises», установим опцию «Предел текучести» и единицы измерения МПа. На третьем шаге выполняемой команды выберем «Распределение запаса прочности» В параметрах графика настроим отображение минимального и максимального значений, а также активируем режим «Определено:» со следующими параметрами: мин – 0,7; макс – 20. Данные параметры выбраны для большей информативности диаграммы. 0,7 – это минимальный коэффициент запаса прочности, поэтому целесообразно это значение выбрать в качестве нижней границы шкалы значений. А максимальное значение шкалы – 20 выбрано, чтобы однозначно определить области со значительным коэффициентом запаса прочности > 20 и более детально изучить области детали с коэффициентом запаса прочности < 20.

Диаграмма распределения коэффициента запаса прочности представлена на рисунке 13.

Рисунок 13 – Диаграмма распределения коэффициента запаса прочности

Анализируя результаты, заметим, что в детали есть области с коэффициентом запаса прочности < 1, что является недопустимым.

В связи с этим делаем вывод о необходимости внесения изменений в конструкцию детали.

 

Заключение

В данной курсовой работе рассмотрены основные возможности системы автоматизированного проектирования SolidWorks, как интегрированной среды моделирования и инженерного анализа, в частности, особенности подготовки моделей к анализу и основные аспекты его проведения в CAE-модуле системы − SolidWorks Simulation.

На базе твердотельной модели детали «Основание», построенной в рамках данной работы в CAD-модуле SolidWorks, произведен расчет напряженно-деформированного состояния с использованием SolidWorks Simulationи получен результат, в соответствии с заданием и исходными данными к курсовой работе, позволяющий дать оценку прочностным характеристикам рассматриваемой конструкции детали «Основание».

Кроме выводов, непосредственно по результатам прочностного расчета, приведенных в пояснительной записке, следует отметить и показанную в рамках данной работы эффективность использования такой системы инженерного анализа как SolidWorks Simulation, при разработке конструкции детали.

Проведение прочностных расчетов в среде SolidWorks Simulation позволяет выявить на стадии проектирования, до изготовления изделия, недоработки в конструкции деталей, быстро и эффективно внести изменения в конструкцию, с наименьшими затратами времени и человеческих ресурсов.

Список использованных источников

1 Прерис А.М. SolidWorks 2005/2006. Учебный курс. / А.М. Прерис. – СПб.: Питер, 2006. – 528 с.: ил.

2 Прохоренко В.П. SolidWorks. Практическое руководство. / В.П. Прохоренко. – М.: ООО «Бином-Пресс», 2004. – 448с.: ил.

3 Тику Ш. Эффективная работа: SolidWorks 2004. / Ш. Тику. – Спб.: Питер, 2005. – 768 с.: ил.

4 Чугунов М.В. CAE-системы предварительного анализа объектов машиностроения. Часть 1. Линейная статика. / М.В. Чугунов – Рузаевка: Рузаевский печатник, 2003. – 44 с.

5 Алямовский А.А. Инженерные расчеты в SolidWorksSimulation. М.: ДМК Пресс, 2010. 464 с., ил.

6 Алямовский А.А. SolidWorks 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А.А. Алямовский, А.А. Собачкин, Е.В. Одинцов, А.И. Харитонович, Н.Б. Понамарев. – СПб.: БХВ-Петербург, 2008. –1040 с.: ил.

7 Алямовский А.А. SolidWorks/CosmosWorks. Инженерный анализ методом конечных элементов / А.А. Алямовский. – М.: ДМК Пресс, 2004. – 432 с.

8 Алямовский А.А. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А.А. Алямовский, А.А. Собачкин, Е.В. Харитонович. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 800 с.

9 Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы: пер. с англ. / Р. Галлагер. – М.: Мир, 1984. – 428 с.

10 Оден Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред: пер. с англ. / Дж. Оден. – М.: Мир, 1976. – 358 с.

Приложение А
(обязательное).
Исходные данные, упрощения и требования

 

Рисунок А.1 – Чертеж детали «Основание»

 

 

Рисунок А.2 – Схема приложения граничных условий

 

Упрощения и требования, необходимые для выполнения расчета:

1. Материал детали – «Простая углеродистая сталь» (библиотека материалов solidworksmaterials). Тип модели материала: линейный, упругий, изотропный.

2. В качестве критерия при определении диаграммы коэффициента запаса прочности использовать критерий максимального напряжения по Мизесу.

3. Все настройки программы принимаются по умолчанию, кроме определенных особо.

4. Величины нагрузок заданы на схеме приложения граничных условий (рисунок А.2).

5. В качестве результатов расчета необходимо рассмотреть следующие диаграммы:

– напряжение по Мизесу (vonMises), МПа;

– перемещение суммарное (результирующее), мм;

– деформация эквивалентная;

– коэффициент запаса прочности (FOS).

 

Реферат

Отчёт содержит 33 страницы, 15рисунков,1 таблицу, 10 используемых источников, 1 приложение.

СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ МОДЕЛЬ, РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ, ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ, КОНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, УЗЛОВЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ, НАПРЯЖЕНИЕ, КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА ПРОЧНОСТИ.

Объектом разработки являются деталь «Основание».

Цель работы – используя результаты твердотельного моделирования, руководствуясь заданием и исходными данными к работе, произвести прочностной расчет детали «Основание», с использованием системы автоматизированного проектирования SolidWorks.

В процессе работы рассматривались возможности и особенности системы автоматизированного проектирования SolidWorks с точки зрения подготовки моделей к инженерном анализу, в частности, к расчету на прочность; назначение CAE-компоненты системы − SolidWorks Simulation и основные аспекты проведения анализа. В рамках работы построена твердотельная модель детали «Основание». Проводилось моделирование напряженно-деформированного состояние детали «Основание» в среде SolidWorks Simulation на основании задания и исходных данных к курсовой работе.

 

у

Содержание

Введение 6

1 SolidWorks – интегрированная среда моделирования и анализа 7

1.1 Возможности SolidWorks для подготовки моделей к анализу 7

1.2 SolidWorks Simulation – назначение и основные особенности 9

2 Построение твердотельной модели детали «Основание» 13

2.1 Создание трехмерного элемента «Бобышка-Вытянуть 1» 13

2.2 Создание трехмерного элемента «Бобышка-Вытянуть 2» 14

2.3 Создание трехмерного элемента «Бобышка-Вытянуть 3» 15

2.4 Создание трехмерного элемента «Вырез-вытянуть 1» 16

2.5 Создание трехмерного элемента «Вырез-повернуть 1» 17

2.6 Создание трехмерного элемента «Ребро 1» 18

2.7 Результаты построения твердотельной модели детали 19

3 Расчет на прочность детали «Основание» в среде
SolidWorks Simulation 21

3.1 Приложение граничных условий 21

3.2 Создание конечно-элементной сетки и выполнение расчета 22

3.3 Вывод результатов расчета 24

Заключение 29

Список использованных источников 30

Приложение А (обязательное). Исходные данные, упрощения
и требования 31

 

Введение

Экстремальные условия работы элементов современных конструкций, сложность их формы и большие габариты делают исключительно трудным и дорогим осуществление натурного или полунатурного эксперимента, особенно, если речь идет об установлении предельных (разрушающих) нагрузок. Создание конструкций такого типа невозможно без совершенствования и автоматизации процесса проектирования, применения новых материалов и технологий.

Необходимость внедрения в производство сложнейшей техники в короткие сроки приводит к созданию систем автоматизированного проектирования. Важную роль в этих системах играет расчет на прочность.

Цель данной работы – используя результаты твердотельного моделирования, руководствуясь заданием и исходными данными к работе, произвести прочностной расчет детали «Основание», с использованием системы автоматизированного проектирования SolidWorks.

Твердотельное моделирование детали «Основание» выполняется в CAD-модуле системы SolidWorks Education Edition – полнофункциональная версия SolidWorks для использования учебными заведениями, лицензионным правом на использование в учебном процессе которой обладает Рузаевский институт машиностроения.

Расчет на прочность осуществляется в модуле SolidWorks Simulation, являющимся функциональным компонентом SolidWorks. Такой современный программный комплекс для проведения инженерных расчетов, как SolidWorks Simulation, математическую основу которого составляет метод конечных элементов, позволяет проведение такого рода моделирования с наименьшими затратами времени и человеческих ресурсов.

SolidWorks – интегрированная среда моделирования и анализа

В настоящее время четко обозначилась тенденция группирования инструментов геометрического моделирования и расчетных программ в интегрированные системы. Процесс интеграции настолько стремителен, что на рынке остались считанные единицы расчетных программ, которые не имели бы в большей или меньшей степени адаптированного варианта, функционирующего как приложение SolidWorks или какой-либо другой CAD-системы.

1.1 Возможности SolidWorks для подготовки моделей к анализу

Конструкторская система SolidWorks построена по модульному принципу, который обеспечивает возможность гибкого построения интегрированного комплекса автоматизации процессов проектирования – инженерного анализа – технологической подготовки производства.

В основе системы находится базовый модуль, который содержит функции для проектирования деталей и сборок в трехмерном пространстве, создания двухмерных чертежей деталей и сборок по их трехмерным прототипам, оформления конструкторской документации в соответствии с требованиями различных систем стандартов, обмена документами с другими конструкторскими системами, а также для решения ряда других задач.

Рассмотрим основные возможности CAD-компоненты SolidWorks для подготовки твердотельной модели к последующему анализу в модуле SolidWorks Simulation.

SolidWorks изначально создавался как система твердотельного параметрического моделирования. Программа содержит всю необходимую номенклатуру инструментов, причем некоторые возможности крайне эффективны для разработки объектов, ориентированных на последующее использование программ расчета. Это проектирование изделий из листового материала, сварные детали. Они позволяют получить модели, весьма близкие к требованиям данных инструментов.

SolidWorks позволяет создавать конфигурации объектов. Интегрированные модули в абсолютном большинстве адекватно обрабатывают эту функциональность, позволяя рассчитывать разнообразные исполнения расчетных моделей, а, например SolidWorks Simulation способен одновременно отображать результаты нескольких расчетов, выполненных в том числе и в различных конфигурациях SolidWorks. Кроме того, параметрическое представление геометрии в CAD-системе позволило органично включить в SolidWorks Simulationмодуль параметрической оптимизации, а также инструмент сценариев проектирования. Последние предназначены для изучения того, как влияет изменение формы, граничных условий, типов материалов и т.д. на свойства конструкции. В SolidWorks Simulation общим с SolidWorksявляется подмножество механических характеристик, описывающих упругие свойства, прочность, плотность, а также тепловые характеристики и термоупругие – коэффициент теплового расширения.

Балочные и стержневые модели SolidWorks Simulation функционируют на базе объектов, созданных посредством команд группы «Сварные детали» SolidWorks.Алгоритмы геометрического моделирования и расчета достаточно тесно связаны, что предъявляет специфические требования к качеству подготовки геометрии.

Поверхностное представление геометрии, а SolidWorks имеет наиболее развитые возможности для создания и редактирования поверхностей по сравнению с системами аналогичного уровня, активно используется в SolidWorks Simulationдля создания на этой базе оболочечных расчетных моделей.

SolidWorks обладает самыми разнообразными возможностями для создания и модификации сборок. Расчетные приложения, соответственно, эту функциональность учитывают. Как и для моделей твердотельных и поверхностных деталей, ответственность за корректную подготовку исходных данных для сборок в подавляющей части возлагается на CAD-систему.