
- •Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тульский государственный университет»
- •230100 Информатика и вычислительная техника
- •23010012 Системы мультимедиа и компьютерная графика
- •Тула 2010 г.
- •Оглавление
- •1.Введение
- •2.Обзор технологий сапр
- •3.Понятия cad, сам и сае
- •3.1.Aвтоматизированное проектирование (computer – aided design – cad)
- •3.2.Автоматизированное производство (computer – aided manufacturing – сам)
- •3.3.Автоматическое конструирование (computer – aided engineering – сае)
- •4.Обзор программного обеспечения cae (Computer Aided Engineering)
- •4.1.Лидеры рынка сае
- •4.2.Аппаратные средства
- •5.История развития cae-систем
- •6.Основы прочностных расчетов
- •6.1.Этапы мкэ
- •7.Основные понятия моделирОвания деформаций
- •8.Введение в мкэ
- •9.Механические свойства материалов
- •9.1.Усталостная прочность
- •9.2.Твердость материала
- •9.3.Модуль Юнга
- •9.4.Модуль сдвига
- •9.5.Коэффициент Пуассона
- •9.6.Аускетики
- •10.Достоверность мкэ
- •11.Матрицы в cae-ситемах
- •12.Разреженные матрицы в fem-анализе
- •13.Итерационные методы
- •14.Примеры расчета механизма
- •14.1.Кинематическая схема
- •14.2.Выбор электродвигателя
- •14.3 Определение общего передаточного числа зубчатого механизма
- •14.8.Определение частот вращения, мощностей и крутящих моментов на валах
- •14.9.Расчет зубчатых колес на выносливость по напряжениям изгиба
- •14.10.Определение допускаемых напряжений
- •14.11.Определим модуль передачи
- •14.12.Геометрические параметры зубчатого зацепления
- •14.13.Выбор подшипников по номинальному минимальному диаметру вала
- •14.14.Проектный расчет валов
- •14.15.Проверочный расчет подшипников на статическую грузоподъемность
- •14.16.Проверочный расчет подшипников на динамическую грузоподъемность
- •15.Подшипники
- •15.1.Подшипники скольжения
- •15.2.Подшипники качения
- •15.3.Расчет (подбор) подшипников качения на долговечность
- •16.Зубчатые передачи
- •16.1.Эвольвентное зацепление
- •16.2.Зубчатые передачи с зацеплением m.Л. Новикова
- •16.3.Изготовление зубчатых колёс
- •16.4.Расчет зубчатой передачи
- •17.Валы и оси
- •17.1.Основные понятия
- •17.1.1Классификация валов и осей
- •17.1.2Материалы, применяемые для изготовления валов и осей
- •17.1.3Конструктивные элементы валов и осей
- •17.2.Расчет валов и осей
- •17.2.1Расчет валов на прочность
- •17.2.2Расчет валов на совместное действие кручение и изгиба
- •17.2.3Силы, действующие на вал
- •17.2.4Изгибающий момент в точке
- •17.2.5Силы реакции опор
- •17.2.6Рекомендации по конструированию валов и осей
- •18.Резьбовые соединения
- •18.1.Прочность крепежа
- •18.2.Стопорение резьбового соединения
- •18.2.1Контрование
- •18.2.2Шплинтование
- •18.2.3Вязка (обвязка) проволокой
- •18.2.4Установка пружинной шайбы
- •18.2.5Установка стопорной шайбы
- •18.2.6Приварка, пайка, расклёпывание, кернение
- •18.2.7Нанесение на резьбу клея, лаков, краски
- •18.2.8Использование гаек с некруглой резьбой
- •18.2.9Использование анкерных гаек
- •18.3.Момент затяжки
- •18.4.Расчет соединений в WinMachine
- •19.Пружины
- •19.1.Основные понятия
- •19.2.Расчет пружин
- •19.2.1Силы в пружине
- •19.2.2Индекс пружины
- •19.2.3Расчет размера пружины под нагрузкой (осадки пружины)
- •20.Список литературы
3.3.Автоматическое конструирование (computer – aided engineering – сае)
CAE – это технология, состоящая в использовании компьютерных систем для анализа геометрии CAD, моделирования и изучения поведения продукта для усовершенствования и оптимизации eгo конструкции. Средства САЕ могут осуществлять множество различных вариантов анализа. Программы для кинематических pacчетов, например, способны определять траектории движения и скорости звеньев в механизмах. Программы динамического анализа с большими смещениями могут использоваться для определения нагрузок и смещений в сложных составных устройствах типа автомобилей. Прогpаммы верификации и анализа логики и синхронизации имитируют работу сложных электронных цепей.
По всей видимости, из всех методов компьютерного анализа наиболее широко в конструировании используется метод конечных элементов (finite element method – FЕМ). С eгo помощью рассчитываются напряжения, деформации, теплообмен, распределение магнитного поля, потоки жидкостей и другие задачи с непрерывными средами, решать которые каким-либо иным методом оказывается просто непрактично. В методе конечных элементов аналитическая модель структуры представляет собой соединение элементов, благодаря чему она разбивается на отдельные части, которые уже могут обрабатываться компьютером.
Как отмечалось ранее, для использования метода конечных элементов нужна абстрактная модель подходящего уровня, а не сама конструкция. Абстрактная модель отличается от конструкции тем, что она формируется путем исключения несущественных деталей и редуцирования размерностей. Например, трёхмерный объект небольшой толщины может быть представлен в виде двумерной оболочки. Модель создается либо в интерактивном режиме, либо автоматически. Готовая абстрактная модель разбивается на конечные элементы, образующие аналитическую модель. Программные средства, позволяющие конструировать абстрактную модель и разбивать ее на конечные элементы, называются пpeпpoцессорами (preprocessors). Проанализировав каждый элемент, компьютер собирает результаты воедино и представляет их в визуальном формате. Например, области с высоким напряжением могут быть выделены красным цветом. Программные средства, обеспечивающие визуализацию, называются пocтпpoцeccoрами (postprocessors). Существует множество программных средств для оптимизации конструкций.
Хотя средства оптимизации могут быть отнесены к классу САЕ, обычно их рассматривают отдельно. Ведутся исследования возможности автоматического определения формы конструкции путем объединения оптимизации и анализа.
В этих подходах исходная форма конструкции предполагается простой, как, например, у прямоугольного двумерного объекта, состоящего из небольших элементов различной плотности. Затем выполняется процедура оптимизации, позволяющая определить конкретные значения плотности, позволяющие достичь определенной цели с учетом ограничений на напряжения. Целью часто является минимизация веса. После определения оптимальных значений плотности рассчитывается оптимальная форма объекта. Она получается отбрасыванием элементов с низкими значениями плотности.
Замечательное достоинство методов анализа и оптимизации конструкций заключается в том, что они позволяют конструктору увидеть поведение конечного продукта и выявить возможные ошибки до создания и тестирования реальных прототипов, избежав определенных затрат. Поскольку стоимость конструирования на последних стадиях разработки и производства продукта экспоненциально возрастает, ранняя оптимизация и усовершенствование (возможные только благодаря аналитическим средствам САЕ) окупаются значительным снижением сроков и стоимости разработки.
Таким образом, технологии CAD, САМ и САЕ заключаются в автоматизации и повышении эффективности конкретных стадий жизненного цикла продукта. Развиваясь независимо, эти системы еще не до конца реализовали потенциал интеграции проектирования и производства. Для решения этой проблемы была предложена новая технология, получившая название компьютеризированного интегрированного производства (computer – integrated manufacturing – СIМ). CIM пытается соединить «островки автоматизации» вместе и превратить их в бесперебойно и эффективно работающую систему. CIM подразумевает использование компьютерной базы данных для более эффективного управления всем предприятием, в частности бухгалтерией, планированием, доставкой и другими задачами, а не только проектированием и производством, которые охватывались системами CAD, САМ и САЕ. CIM часто называют философией бизнеса, а не компьютерной системой.