Лекция. Определение нагрузок и перемещений

Гарантийный ремонт изделий ежегодно обходится производителям в сотни миллионов долларов, йен, евро, рублей… Отдельные узлы или детали, считающиеся “достаточно прочными”, не выдерживают эксплуатационных нагрузок, что наносит ущерб и торговой марке, и уровням продаж. Конструкторы и технологи применяют методы анализа надежности для выявления вероятных зон возникновения трещин и повышения долговечности машин. Средства компьютерного моделирования позволяют рассмотреть различные варианты конструкций, задавать вопросы типа “а что будет, если…” и оптимизировать проектное решение. Ранее в данной области рыл выполнен большой объем исследований. Процесс, выбывающий разрушение, на уровне структуры материала оказался исключительно сложным. Разрушение является результатом последовательных изменений в мате­риале, которые часто имеют очень малые размеры, но заканчиваются появлением трещин или полным выходом детали из строя.

Основы обеспечения долговечности конструкций.

Усталость в материале накапли­вается, поэтому срок службы - важный параметр при проектировании. Малый размер зон разруше­ния требует тщательного исследования местных на­пряжений. При этом нельзя забывать, что постоян­ная нагрузка не вызовет разрушения, в связи с чем необходимо изучить влияние переменных нагрузок. Наконец, разрушение возникает тогда, когда тре­щина выросла настолько, что оставшийся материал больше не может выдерживать прилагаемую нагрузку, потому конструктор должен назначить или рассчитать безопасный срок службы машины. Такой подход предусматривает экономически обос­нованную замену критически важных деталей в ходе планового технического обслуживания.

Прогнозирование срока службы отличается от анализа статической прочности методом конечных элементов (МКЭ): в МКЭ применяются понятия предела прочности и текучести материала, соответствующие его способности сопротивляться единичной приложенной нагрузке.

Имитационное модели­рование долговечности основано на многократном применении к материа­лу тех или иных условий нагружения. Простые приложения для оценки долговечности часто используют упро­щенные схемы нагружений, но всё равно остаются весьма эффективными средствами для сравнения различных вариантов конструкции. Программные продукты с более богатым функциона­лом, предназначенные для специалис­тов-расчетчиков, обеспечивают более детальный анализ.

Приложения для анализа долговечности и усталостной прочности работают по классической схеме (рис. 1):

- препроцессинг (подготовка исходных данных),

- собственно расчет,

- постпроцессинг (анализ полученных результатов).

Рис.1.

Заключение

Аналитические методы оценки отклика конструкций на внешние воздействия различной физической природы без натурного моделирования возникли довольно давно. Появление и развитие вычислительной техники дало новый толчок совершенствованию численных методов анализа, которые являются сегодня основным инструментом расчетчика. Средства автоматизации инженерного анализа, основанные на численных методах, стали неотъемлемой частью процесса проектирования изделия. Для успешного применения каждый расчетный пакет должен соответствовать двум требованиям:

• Воплощать самые эффективные численные алгоритмы;

• Предоставлять пользователю развитый набор сервисных функций по подготовке исходных данных и обработке результатов расчета.

В настоящее время программы для определения нагрузок, ограничений и анализа статической прочности методом конечных элементов проходят новые стадии разработки и модификации с целью упрощения интерфейса и повышения точности расчетов.

Лекция. ПРОЦЕССОРНАЯ ОБРАБОТКА ДАННЫХ.

Анализ конструкций с использованием метода конечных элементов (МКЭ) является в настоящее время фактическим мировым стандартом для прочностных и других видов расчётов конструкций. Основой этого служит универсальность МКЭ, позволяющая единым способом рассчитывать различные конструкции с разными свойствами материалов.

Потребность конструкторских бюро, научно - исследовательских организаций в универсальных, быстрых, надёжных и удобных для пользователя программах, реализующих широкий спектр расчётов (статических, динамических, тепловых и др.) послужила импульсом к разработке различными фирмами пакетов прикладных программ конечно- элементного анализа. Это известные программные продукты ANSYS и MacNealSchwendler Software/ NASTRAN (MSC/NASTRAN).

Программа конечно - элементного анализа конструкций MSC/NASTRAN - это программа общего назначения. Это значит, что MSC/NASTRAN применим при решении широкого спектра инженерных задач (например, статических задач, динамических процессов, нелинейного поведения конструкций, задач теплопроводности, а также оптимизации), если сравнивать со специальными программами, ориентированными на определенные типы анализа.

Решение задач с помощью программ ANSYS и NASTRAN состоит из трёх этапов: препроцессорная (предварительная) подготовка (Preprocessing), процессорная обработка (получение решения) (Solving the Equations) и постпроцессорная обработка результатов (Postprocessing). Ниже будут рассмотрены особенности и методы процессорной обработки результатов на базе этих двух программ.