13.Автоматизация синтеза конструкции приспособления

Характерной особенностью научно-технического прогресса в области создания новых технических систем (ТС) практически во всех сферах человеческой деятельности является опережение сложности создаваемых технических объектов по сравнению с методами их создания. Очевидно, что традиционное проектирование в дальнейшем никогда не сможет обеспечить кардинального сокращения сроков разработки и повышения качества ТС. Поэтому проблема перехода на более совершенные технологии проектирования является весьма актуальной.

Сроки и качество конструкторских разработок в существенной мере зависят от успеха решения задач, возникающих на стадиях технического задания и технического предложения, которые принято называть начальными стадиями проектирования. На них принимаются основополагающие решения о принципе действия, структуре и элементном составе проектируемой системы, то есть осуществляется синтез технического решения. Вместе с тем эти стадии до сих пор остаются наименее исследованными.

В этой связи актуальной задачей является разработка подходов и методов, позволяющих повысить эффективность и качество труда конструкторов на начальных стадиях проектирования с последующей их автоматизацией в рамках создания САПР на базе уже апробированных информационных технологий.

Одной из проблем, возникающих на пути создания новых подходов к проектированию ТС, является факт существенного разрыва между теоретическими и практическими областями естественнонаучных знаний. При использовании знаний, относящихся к первой категории, конструктору приходится решать нетривиальную задачу преобразования сильно абстрагированного описания физического процесса в конкретную конструкцию ТС. Знания второй категории позволяют познакомиться с большим разнообразием существующих конструкций, сделать их расчет, но не отвечают на вопрос о том, как их изменить для получения улучшенных модификаций.

Для преодоления такого «барьера» разработчики методов проектирования закладывают в их основу модели физического принципа действия (ФПД). Последние предназначены для определения структуры и состава конструктивных элементов устройства. От адекватности модели во многом зависит эффективность метода. Однако в существующих моделях недостаточно учитываются пространственные и временные факторы, оказывающие существенное влияние на конструктивную организацию ТС. Поэтому известные методы оказываются неэффективны при их использовании для синтеза технических решений, характеризующихся, как правило, сложной последовательностью физических процессов во времени и пространстве.

14.Анализ конструкций, основные задачи анализа

Развитие средств вычислительной техники стимулировало распространение инженерного анализа практически на все этапы проектирования как отдельных деталей, узлов и агрегатов, так и изделий в целом. Многообразие физических процессов в наукоемких изделиях, субъективность в постановке задач анализа, в подходах к идеализации протекающих процессов, в выборе методов решения и многие другие причины привели к созданию огромного числа специальных методик, алгоритмов и программ, предназначенных для решения задач анализа машиностроительных изделий.

T-FLEX Анализ состоит из специализированных расчётных модулей, интегрированных с системой T-FLEX CAD. Все конечно-элементные расчёты осуществляются на моделях, построенных или импортированных в систему T-FLEX CAD. Система позволяет выполнять статические, частотные и тепловые расчеты, проводить анализ устойчивости конструкций. Параметрические изменения исходной твёрдотельной модели автоматически переносятся на сеточную конечно-элементную модель.

   От специалиста-расчётчика требуется корректно задать условия моделируемой физической задачи и осуществить расчёт. При этом между трёхмерной моделью изделия и расчётной конечно-элементной моделью поддерживается ассоциативная связь. Параметрические изменения исходной твёрдотельной модели автоматически переносятся на сеточную конечно-элементную модель. Все действия выполняются непосредственно в интерфейсе T-FLEX CAD.

  Экспресс-Анализ    Предназначен для выполнения статических расчётов на прочность. Модуль позволяет осуществлять расчёты на прочность деталей машиностроительных конструкций, оценить деформации и является хорошим средством для начального освоения приёмов работы с современными системами конечно-элементного моделирования. Этот модуль входит в стандартную поставку T-FLEX CAD.

Статический анализ    Позволяет рассчитать напряжённое состояние конструкций под действием постоянных сил. При задании граничных условий используются различные виды нагрузки (сила, давление, крутящий момент и другие) и закреплений (полное, частичное).    Прочность разработанной конструкции оценивается по допускаемым напряжениям, перемещениям, деформациям. Система позволяет определить наиболее уязвимые места конструкции и внести необходимые изменения (оптимизировать) изделие. При этом между трёхмерной моделью изделия и расчётной конечно-элементной моделью поддерживается ассоциативная связь. Параметрические изменения исходной модели автоматически переносятся на сеточную конечно-элементную модель.

Частотный анализ

Задача расчёта собственных частот и соответствующих им форм колебаний возникает во многих практических случаях анализа динамического поведения конструкции под действием переменных нагрузок. Наиболее распространена ситуация, когда при проектировании возникает необходимость убедиться в малой вероятности возникновения в условиях эксплуатации такого механического явления, как резонанс. Система рассчитывает собственные (резонансные) частоты конструкции и соответствующие формы колебаний. Осуществляя проверку наличия резонансных частот в рабочем частотном диапазоне изделия и оптимизируя конструкцию таким образом, чтобы исключить возникновение резонансов, разработчик может повысить надёжность и работоспособность изделия.

Анализ устойчивости

Задача оценки устойчивости конструкций нередко возникает перед расчётчиком, особенно если конструкция имеет в составе много длинных или тонкостенных элементов, нагружаемых в процессе эксплуатации преимущественно вдоль своей оси или плоскости.

С помощью данного модуля пользователь может оценить запас прочности по критической нагрузке — нагрузке, при которой в конструкции могут скачкообразно возникнуть значительные неупругие деформации, приводящие к её разрушению или серьёзному повреждению.

При сжимающих силах, даже незначительно превышающих критическое значение, дополнительные напряжения изгиба достигают весьма больших значений и угрожают прочности конструкции. Поэтому, критическое состояние, как непосредственно предшествующее разрушению, считается недопустимым в условиях реальной эксплуатации. Явления потери устойчивости весьма разнообразны: появление качественно новых форм равновесия; исчезновение устойчивых форм равновесия и др.

Тепловой анализ

Оценивает температурное поведение изделия под действием источников тепла и излучения. В T-FLEX Анализе задача теплопроводности имеет две постановки:

Стационарная теплопроводность — расчёт установившихся (стационарных) температурных полей конструкции под действием приложенных тепловых граничных условий. Подразумевается, что тепловые нагрузки действуют неопределенно долгое время, система пришла в равновесное состояние, и температурные поля не изменяются во времени — в каждой точке системы температура имеет своё установившееся значение.

Нестационарная теплопроводность — расчёт температурных полей конструкции осуществляется в зависимости от времени, то есть температурные нагрузки были приложены относительно недавно, и в системе происходит активное перераспределение температурных полей — переходный процесс. Такая ситуация наблюдается, когда тело испытывает нагрев или охлаждение, т.е. его температуры изменяются с течением времени. В качестве граничных условий используются понятия: температура, тепловой поток, конвективный теплообмен, тепловая мощность, излучение.

Тепловой анализ может использоваться самостоятельно для расчёта температурных или тепловых полей по объёму конструкции, а также совместно со статическим анализом для оценки возникающих в изделии температурных деформаций.