23. Структура взаимодействия cad модулей

Структура взаимодействия между основной программой и внешними модулями показана на рис. 1. Все данные для работы внешнего модуля записываются в стартовый файл. Далее основная программа запускает внешний модуль (CAD утилиту) и ожидает появления контрольного файла или истечения заданного промежутка времени. Появление контрольного файла сигнализирует о том, что внешний модуль закончил работу. Если истекает заданное контрольное время, то это сигнализирует о том, что внешний модуль не может закончить работу в штатном режиме. В случае появления контрольного файла основная программа читает файлы с результатами работы (результат работы внешнего геометрического модуля это ряд файлов, в которых перечисляется геометрические примитивы, такие как линии, точки и поверхности). Кроме того, сохраняется отдельный файл, в котором описаны метки. Метка это особый объект, который осуществляет связь между геометрическим примитивом и каким-либо граничным условием или закреплением. Структура метки:

– тип геометрического примитива;

– номер геометрического примитива;

– тип Г.У. или закрепления;

– количественное значение Г.У. или закрепления.

Таким образом, через метки из геометрического модуля передается информация о том, на каких поверхностях, линиях или точках необходимо приложить конкретные Г.У. А также через метки передается информация о материале, толщине пластин и контрольных точках, в которых осуществляется оценка результата расчета, например перемещения, вызванные нагрузкой. Второй вариант структуры метки:

– имя метки;

– тип геометрического примитива;

– номер геометрического примитива.

В дальнейшем в основной программе к меткам, по именам, присваиваются Г.У. В настоящее время реализован второй вариант структуры метки.

Как было замечено выше, API интерфейс позволяет не только читать геометрические данные, но и после установления связи менять их интерактивно по указанию разрабатываемого приложения. Таким образом, реализуется полное, двустороннее взаимодействие с коммерческим CAD приложением. Часть деталей и узлов станка может быть приведена к типовым моделям, таким образом, можно в большинстве случаях отказаться от CAD пакета, а CAD утилита будет самостоятельно выдавать геометрические данные разрабатываемому приложению. В этом случае CAD приложение будет использоваться только для моделирования нестандартных деталей и узлов.

Рис. 2. Пример компоновки станка

Рис. 3. Построение взаимосвязей в сборке из отдельных элементов

24.Стадии обработки геометрии и ее логический анализ

В результате чтения геометрии из CAD программы мы получаем набор геометрических объектов, с которыми в дальнейшем необходимо будет работать. Поверхности, которые сшиваются на какой-либо линии, образуют при чтении две или более линий, которые в действительности геометрически совпадают. То же самое происходит и при чтении линий в отношении точек. Обработка подразумевает проведение операций слияния совпадающих объектов. Кроме того, под обработкой следует понимать проведение операции обнаружения меток и слияния меток с реальными геометрическими примитивами.

Под логическим анализом в работе будут подразумеваться операции, которые проводятся с несколькими видами геометрических объектов и могут включать в себя операции обработки. Примером может служить операция по сечению поверхностей линиями или сечение линии точкой.

А также операция сечения поверхностей производит разбиение сложных и многоконтурных поверхностей на простейшие поверхности.

Предполагается, что данные в основное приложение передаются неструктурированно и могут многократно дублироваться.

Определение граничных условий

Прочитанные метки ассоциированы с геометрическими объектами и осуществляют связь между интересующими поверхностями в модели и граничными условиями, которые задаются для постановки задачи. В дальнейшем в основной программе составляется список меток, которые были прочитаны. По меткам задаются граничные условия. Например, закрепление или нагрузка на линии, поверхности или в точке.

Определение параметрических и структурных переменных

На этом этапе необходимо определить переменные, которые будут использоваться в решении.

Параметрические переменные имеют непрерывное множество значений. В качестве параметрических переменных могут выступать все линейные и угловые размеры.

Структурные переменные могут иметь в качестве своих значений некоторое дискретное множество, а также какой-либо конкретный набор. В качестве структурной переменной может быть, к примеру, количество ребер жесткости или форма отверстия в стенке: круглое, треугольное, прямоугольное и т.п.

Определение целевой функции

Модель оптимального конструирования станочных узлов имеет вид

, ,

где – функция эффективности; – функция качества; – заданный уровень качества; – вектор варьируемых переменных (структурных и параметрических, дискретных и непрерывных).

– это максимальная податливость, соответствующая обратной величине минимальной жесткости конструкции. Оценку вариантов станка можно проводить по его массе, таким образом, задача оптимизации состоит в минимизации массы станка при заданной максимальной податливости .

Запуск CAE решателя

Запуск решателя это процедура запуска программы, которая реализует процедуру численного анализа. Для CAE пакетов высокого уровня предусмотрена операция запуска программы с чтением стартового файла. Таким образом, можно записать в стартовый файл всю необходимую информацию для создания расчетной модели в расчетном пакете, решения ее, сохранения необходимой информации и завершения работы программы. ANSYS позволяет выполнение подобной процедуры, что дало возможность включить его в процесс оптимизации.

Чтение файла отчета

После того как будет записан файл отчета расчетной программой, основная программа выполняет процедуру чтения этого файла. Файл отчета может содержать в себе как напряжения, так и перемещения в узлах.

Обработка информации

После того как был прочитан файл отчета, в основную программу заносится информация по перемещениям в узлах. Далее по координатам находится узел, находящийся в интересующей точке. Можно определить перемещения в интересующей точке по другому. Если интересующая точка находится на конце линии, то можно гарантировать, что в дальнейшем в ней будет построен узел и его можно будет выделить по этой точке, и прочесть перемещения только для этого узла. Для выполнения этой процедуры необходимо включить в стартовый файл необходимый макрос извлечения перемещения из точки. Плюсы первого способа определения перемещений заключаются в том, что в основную программу передается вся картина распределения перемещений, а также эта процедура может быть применена к тем CAE пакетам, которые не позволяют включать подобные макросы. Второй способ позволяет резко сократить объем передаваемой информации.

После того как найден интересующий узел или узлы, по перемещению в этих узлах и приложенной нагрузке определяется жесткость корпусной детали станка.

Запуск процедуры оптимизации

Рис. 4. Модель 1, созданная в SolidWorks (схематически дорисованы нагрузка и закрепление)

Рис. 5. Модель 2, созданная в SolidWorks (стрелочки указывают расположение меток)

Рис. 6. Модель 1, автоматически переданная в CAE пакет ANSYS. Также можно заметить отображенные переданные Г.У.

Рис. 7. Модель 2, переданная в ANSYS

Рис. 8. Модель 1, конечно-элементная модель с граничными условиями

Рис. 9. Модель 1, результат расчета (деформации по оси Y)

На рис. 4 и рис. 5 можно видеть геометрическую модель, построенную в CAD пакете SolidWorks. При разработке приложения придерживается принцип независимости от коммерческих приложений, однако можно видеть, что в отношении CAD пакета этот принцип может быть выполнен практически безусловно, в то время как CAE пакеты все-таки требуют специальной адаптации алгоритма под определенный пакет; этим сказывается, что некоторые возможности, которые дает ANSYS, не используются, т.к. нет уверенности, что остальные CAE пакеты смогут их поддерживать. Таким образом, можно сказать, что чем больше алгоритм решения задачи направлен на решение конкретной задачи, тем сильнее он привязывается к конкретной CAD или CAE системе. Особенно сильно это относится к расчетному пакету.

На рис. 6 и рис. 7 можно видеть переданную в автоматическом режиме геометрическую модель с приложенными граничными условиями из CAD пакета в CAE пакет.

На рис. 8 и рис. 9 можно видеть созданную расчетную сетку и результат решения на ней.

Исполняемый код

Все алгоритмы, разработанные, реализуются в одном программном комплексе: основное приложение и набор внешних утилит. Основная цель комплекса это реализация оптимизационных процедур для оптимизации мехатронных узлов. Ниже представлены принципы, на основании которых создавался комплекс:

– Независимость от внешних коммерческих пакетов. Согласно этому принципу, пакет не должен быть ориентирован на конкретный внешний пакет – расчетный или CAD пакет. Т.е. чтобы в случае необходимости можно было бы переориентировать комплекс на какой-то другой пакет.

– Независимость от платформы. Этот принцип не может быть в полной мере выполнен, т.к. часть процедур все же ориентированы на какую-то определенную платформу или операционную систему. Пакет создается на языке C++, который в настоящее время является стандартным языком под многими платформами. Кроме того, графическая оболочка создается с использованием стандартных процедур языка Tcl/Tk. Исходный код Tcl/Tk свободно распространяется и может быть использован при написании программ на наиболее распространенных платформах.

В результате анализа структуры существующих инженерных пакетов можно выдвинуть общие требования к комплексу, чтобы он обладал всеми необходимыми инструментами:

– внутренний язык (макроязык);

– возможность подключения внешних модулей;

– открытость архитектуры.