книги / Численно-аналитические методы решения задач дифракции акустических волн на абсолютно твёрдых телах и оболочках
..pdf3.5. Динамика твердых тел вращения в акустической среде |
103 |
т х) = - |
/к с 1) |
&(ди1+ \ + 1 ) - @ (д а х+ \) |
+ |
||||
Iх |
|
|
|
|
|
|
|
+/з(С‘) © ( м С ' + А ) |
- © |
^ 1 - А ) |
+ |
|
|||
+ / 2(С') |
0 ( ^ 1- А ) - 0 (//С1- А |
- 1) |
, |
||||
/'(С 1) = 7 |
/КС1) |
© ( м С ' + А + О - в ^ |
+ А) |
+ |
|||
^ |
|
|
|
|
|
|
(3.5.12) |
+/2(С‘) |
©(мС1 —А) —©(/х^1—А —1) |
, |
|||||
iV(C‘) = 7 |
М ( С ‘ ) @ ( ^ + |
X + |
l ) |
- Q ( ^ |
l + X ) |
+ |
|
Iх |
|
|
|
|
|
|
|
+ iV2(C‘) |
©(/гС1- А) - ©(/хС1- А - 1) |
, |
|||||
/* (с‘) = |
i - 4 ( c ‘), /з(с ‘) = |
1, |
|
|
|
||
/iUC1) = - |
|
Nk(t;X) = |
1+ (й2- 1)^1(К) |
||||
1- 4 ( С ' ) ’ |
|
|
1-**(*') |
|
|||
|
|
|
(3.5.13) |
||||
* = 1, 2; |
|
|
|
|
|
|
|
^ ( С ‘) = ( / К - 1 ) |
A + |
( - i ) fc+V |
2 , |
||||
|
/х = |
2(1 + Л), |
Х = 1/R. |
|
|
Здесь 0(z) —функция Хевисайда; Л —удлинение цилиндри ческой части. Средняя кривизна рассматриваемой поверхности определяется выражением (3.3.5)
*(С‘) = 7 |
*(1)(с‘) ©(^С1+ А + 1) —0(/х£* + А) |
+ |
||||
Iх |
|
|
|
|
(3.5.14) |
|
+ * {2)(С‘) ©(//С1- Л) - |
0(/хСХ- |
А - 1) , |
||||
|
||||||
^ |
) (ci) = M |
i W |
+ i (* |
1, 2). |
(3.5.15) |
|
|
2 |
*(*') +1 |
|
|
|
Массово-инерционные параметры твердого тела вычисляются с помощью зависимостей (3.3.24):
_ 7Г 2 |
ЗЛ |
т _ |
7Г(8 15Л) |
т ~ 12 (1 + л)5’ |
1~ |
480(1 + А)5’ |
|
J2 = ----- ------г |
|
|
(3.5.16) |
20Л3 + 40Л2 + 45Л + 16 . |
960(1 +А)б
3.5. Динамика твердых тел вращения в акустической среде |
105 |
скоростей центра масс тела вращения от времени т показаны
на рис. 3.18 (кривые 1-3) и на рис. 3.19 (кривые 1 и 2). Анало-
т
гичные кривые для линейного V c( т ) = VC\{ T ), |
VC2(T ), VC$(T ) |
и углового оо(т) = (а;2(т),а;з(т))т ускорений |
приведены на |
рис. 3.20 и 3.21.
Как следует из графиков, динамический процесс воздействия акустической волны давления приводит к существенному каче ственному и количественному изменению кинематических пара метров твердого тела. Наиболее существенное количественное изменение скоростей и ускорений происходит в начальные мо менты взаимодействия с волной, причем этот временной интер вал меньше времени охвата волной всего тела.
Г л а в а 4
ДИНАМ ИКА ПОДВОДНОГО АППАРАТА
ПРИ ДЕЙСТВИИ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ВОЛНЫ
ДАВЛЕНИЯ
4.1. Компьютерные технологии моделирования в инженерных задачах
Мир новых информационных технологий открывает широкие возможности в области автоматизации проектно-конструктор ских и расчетных работ наукоемкого машиностроения, к кото рым, в частности, относятся авиа-ракетостроение и судостроение.
Технологии CALS дают уникальный шанс реализации прин ципа «мир без границ» по аккумулированию передовых дости жений в наукоемких отраслях. Сегодня не всегда надо догонять лидеров. Компьютерный инжиниринг позволил менее продвину тым фирмам участвовать в разделении рынка инженерных услуг. Использование стандартных прикладных пакетов и программ геометрического моделирования промышленного уровня позво ляет оказаться от проведения работ не только в одном здании, конструкторском бюро, городе, но даже и в стране и на кон тиненте. На первый план в настоящее время выходят вопросы интеграции существующих программных комплексов и, что бо лее важно, создание программных модулей для коммерческих пакетов, в которых реализованы алгоритмы и методы расчета конструкций отечественных ученых.
Появление мощных и доступных компьютеров, глобальной сети Internet обусловило возможность ведения единого процесса по проектированию, расчету, производству, эксплуатации, серти фикации, вплоть до утилизации в едином виртуальном простран стве. Ведущие лаборатории IBM в Северной Америке, Европе и Азии, в сотрудничестве с более чем полусотней других ком паний провели научно-исследовательские и экспериментальные работы в этой области и уже сегодня установили новую план ку стандарта в программном обеспечении промышленного биз неса, воплотив его в технологии PLM (Product Life Cycle Management).
4.1. Компьютерные технологии моделирования |
107 |
Основной идеей технологии PLM является эффективная ав томатизация всех процессов на протяжении всего жизненного цикла изделия (ЖЦИ), что особенно важно в едином инфор мационном пространстве. Именно такой подход позволяет пол ностью управлять жизненным циклом, обеспечивает интеграцию информационных основ предприятия, включая управление всеми электронными данными, информацией и знаниями, созданными на протяжении всего жизненного цикла изделия. Кроме того, обеспечивается требуемый уровень адаптируемости и открытости с целью быстрой интеграции различных систем для эффективно го взаимодействия.
Для реализации такой концепции на разных этапах жизнен ного цикла требуются разные по своим качествам, свойствам, стоимости, функциональным характеристикам системы геомет рического и математического моделирования.
На сегодняшний день развитие вычислительных ресурсов и средств коммуникации позволяет говорить об автоматизации процессов на протяжении всего жизненного цикла изделия. Про цессы разработки, подготовки производства, изготовления, мар кетинга и продажи, эксплуатации и поддержки подчиняются одним законам и реализуются в среде однородных информацион ных технологий и могут быть формализованы.
Так, на стадиях проектирования и выполнения проектно конструкторских работ необходимы «тяжелые» системы твер дотельного параметрического моделирования. Для проведения численных анализов необходимы специфические проблемно ори ентированные приложения с соответствующим математическим аппаратом. Для планирования производства необходимы моделировщики производственных процессов, пакеты для имитационно го моделирования станков с числовым программным управлени ем (ЧПУ) и т. д. Для задач маркетинга необходимо привлечение систем фотореалистической компьютерной графики и моделиро вания виртуальной реальности. Ключевым моментом при таком подходе являются задачи интеграции рассмотренных процессов в рамках проекта в целом и координация системами обмена и передачи данных между системами.
Для автоматизации этапа проектно-конструкторских работ используются CAD/CAM/CAE-системы. Как правило, это си стемы твердотельного параметрического моделирования так на зываемого тяжелого класса. Численный — прочностной, аэроди намический и т. д. анализ осуществляется на САЕ системах и приложениях. Проектирование производства включает в се бя формализацию техпроцессов в соответствующих системах.
108 Гл. 4. Динамика подводного аппарата
На этой стадии рассчитываются управляющие программы для станков с ЧПУ (CAM-системы). Их корректность и точность оценивается в системах имитации. Планирование производства на современном этапе включает создание виртуальных моде лей цехов, расчет эргономики сборочного процесса. Кроме того, планирование производства подразумевает моделирование мате риальных потоков на предприятии. Продажа и дистрибьюция помимо сбора и хранения информации о поставщиках и заказ чиках подразумевает подготовку рекламных проспектов, созда ние презентаций, что подразумевает возможность моделирования виртуальной реальности и наглядную демонстрацию поведения в ней изделия. Автоматизация обслуживания подразумевает мо делирование процессов ремонта и эксплуатации, их эргономи ческие характеристики. Таким образом, можно выделить круг задач, решаемый системами геометрического моделирования на каждом этапе автоматизации жизненного цикла. Задача орга низации управления жизненным циклом изделия заключается в организации эффективного функционирования рассмотренных программных компонент в рамках единого программного ком плекса над единым информационным полем.
Таким образом, весь процесс от проектирования изделия до его утилизации представляет собой единый взаимосвязанный информационный комплекс, содержащий все необходимые как восходящие, так и нисходящие связи. В едином информационном пространстве связано изделие, процесс, завод и ресурсы.
Мировой рынок систем геометрического моделирования (CAD-систем) можно условно разделить на три сегмента (рис. 1 цветной вклейки) [1]:
—системы высшего уровня (CATIA, Unigraphics и т. д.);
—системы среднего уровня (SolidWorks, Solid Edge и т. д.);
—системы нижнего уровня (КРЕДО, AutoCAD и т. д.).
Подобное деление обусловлено функциональностью, стоимо стью и, как следствие, распространенностью этих систем.
Системы высшего уровня изначально создавались в круп нейших аэрокосмических корпорациях: Lockheed Corporation
(CADAM), Dassault Systemes (CATIA), |
McDonnell |
Dou |
|
glas Corporation (Unigraphics) и Matra |
(EUCLID) |
и |
их |
объектно-ориентированная направленность |
обусловила |
их |
успех на рынке CAD-систем. В литературе |
за последние |
||
десять лет аббревиатура CAD/CAM/CAE/PDM плавно вы |
|||
теснила |
русскоязычный |
термин —САПР, что |
характеризует |
уход на |
второй план |
отечественных средств |
автоматизации |
4.1. Компьютерные технологии моделирования |
109 |
проектно-конструкторских работ КРЕДО, БПИО АСК фирмы «НИЦ АСК» и т. д., которые так же создавались в недрах аэрокосмической отрасли и были ориентированы, прежде всего, на «голубых гигантов».
В отличие от них системы нижнего уровня (AutoCAD Me chanical Desktop и T-Flex компании Top Systemes и др.) прошли двадцатилетний путь эволюционного развития. При разработке они были ориентированы на широкий спектр промышленных и других задач (геодезия, архитектура и т. д.).
CAD-системы среднего уровня, как принципиально новый класс программных продуктов, появились в начале 90-х гг. Они характеризовались эпохой борьбы операционных систем Win dows и UNIX. Прорыв осуществила корпорация РТС, которая создала программный продукт Pro/Engineer так, чтобы система была относительно независимой от аппаратной платформы. Это помогло РТС адаптировать Pro/Engineer под Windows NT уже в 1994 году. Эти системы существенно потеснили как своих бо лее «легких» собратьев, работающих на PC (AutoCAD-подобные системы), так и более «тяжелые» комплексы, изначально ори ентированные на рабочие станции (Unigraphics, CATIA и т. д.). CAD-системы среднего уровня переняли у «тяжелых» систем неплохие возможности твердотельного и поверхностного модели рования, у «легких» — открытость интерфейса и доступную цену. Открытый интерфейс систем среднего уровня стал достаточным условием для того, чтобы сторонние фирмы-разработчики ак тивно начали создавать собственные прикладные программы (в областях САМ, CAE, PDM и т. д.), использующие трехмерную геометрию, разработанную в системах среднего уровня. Подоб ная схема дает конечному пользователю очень гибкое решение его проектных, производственных и других задач.
На настоящий момент рынок CAD-систем среднего уровня представлен целым рядом программных продуктов, которые ра ботают на персональных компьютерах в среде Windows, имеют открытый интерфейс и сквозную параметризацию. Основными игроками здесь являются пакеты с геометрическими ядрами Parasolid и CNEXT. Программный продукт SolidWorks, разрабо танный одноименной фирмой, все активнее (особенно в России) претендует на все ниши CAD-систем, перекладывая решение практических задач на дополнительные системы и подсистемы от «золотых партнеров». Другой известный пакет —Solid Edge компании Unigraphics Solutions — предлагается в качестве ниж него уровня в комплексе Solid Edge и Unigraphics. К числу систем, которые также поднялись на этот уровень, относятся
п о Гл. 4. Динамика подводного аппарата
AutoCAD Mechanical Desktop и T-Flex компании Top Systemes. Их особенность состоит в том, что они сами являются вершиной в развитии «легкого» сегмента CAD-систем.
Фирма Dassault Systemes предложила в этом сегменте си
стему CATIA V5, которая представлена тремя |
платформами — |
Р 1, Р2 и РЗ. При этом условно CATIA V5P2 |
можно отнести |
к системе высокого уровня, РЗ — к решениям для корпоративных заказчиков и к специализированным решениям, а вот CATIA V5P1 можно отнести к CAD среднего уровня. Этим решением, с одной стороны, фирма Dassault Systemes как бы спустилась на ступеньку ниже, а с другой стороны, она приподняла планку си стем среднего уровня до своей высоты и «тяжести». Характерной чертой этого процесса является автоматизация всего жизненного цикла изделия.
Как самостоятельная отрасль за последнее десятилетие PLMтехнология прошла много этапов развития: от систем, которые требовали дорогих компьютеров и больших усилий по установ ке, внедрению и адаптации, до систем on-demand и модулей, встроенных в CAD-пакеты [150]. Несколько лет назад толь ко немногие крупные организации и предприятия могли позво лить себе внедрение PLM-решений. Сегодня такие программные продукты, как SmarTeam Design Express компании Dassault Systemes, могут быть установлены, настроены и запущены в экс плуатацию в течение всего 10 дней. SmarTeam является одной из первых систем, соединивших в себе возможности платформы Windows с относительной легкостью конфигурирования и адап тации. На сегодняшний день бренд ENOVIA SmarTeam пред ставляет собой современную линейку продуктов, которые могут быть внедрены в короткие сроки для использования в проек тировании и управлении жизненным циклом изделия (PLM), а также для организации взаимодействия с цепочками постав щиков. В мире с этими продуктами работают более четырех тысяч организаций и около 140 тысяч пользователей в разных отраслях промышленности. PLM-системы позволяют уменьшить стоимость продукции, ускорить процесс проектирования, вовлечь в работу цепочки поставщиков и подрядчиков уже на раннем этапе проектирования. Одним из ключевых факторов внедрения PLM является эффективное управление информацией об из делии, а также организация управления процессами измене ния и взаимодействия. ENOVIA SmarTeam представляет собой наиболее оптимизированный набор продуктов, нацеленный на решение именно этих задач. Ключевыми особенностями реше ний ENOVIA SmarTeam являются превосходное взаимодействие