Учебное пособие 800405

Рис. 3. СAD - ориентированный подход

Преобразование моделей зависит от наличия определённых свойств у CAD-модели, если она не содержит свойств, необходимых для CAE, то происходит их определение на основе твердотельной модели, в ином случае необходимые свойства конвертируются в CAE, при полнойидентификации свойств никакой конвертации не происходит.

CAE – ориентированный подход.

Производится инженерный анализ на основе абстрактной модели, чтобы определить все параметры CAE – модели.

Рис. 4. СAЕориентированный подход

Данный подход является противоположностью предыдущего, основан на добавлении элементов модели и размеров, для этих целей необходима автоматизация процедуры формирования на основании твердотельной модели на основе абстракт-

11

ной. В противном случае проектировщики вынуждены самостоятельно восстанавливать всю геометрию.

CAD/CAE – ориентированный подход.

Рис. 5. CAD/CAE – ориентированный подход

Данный подход требует двойных усилий, чтобы создать и поддержать две различные модели одного изделия. Отсутствие автоматизации трансформации модели из одного типа в другой может привести к необходимости её восстановления по технической документации. При инженерном анализе достаточно часто приходится менять требования детализации или же уровень абстракции модели, при каждом таком изменении необходимо заново проводить процесс трансформации. Для предотвращения таких случаев и используется рассматриваемый подход, который заключается в автоматической генерации модели в CADсистеме, в то время как в CAE-системе геометрия деталей автоматически модифицируется, проводя новый анализ.

В рассматриваемом подходе, одновременно создаются различные типы геометрических моделей проектирования и анализа для каждой операции моделирования. Все модели интегрируются в одну общую модель.

Управление жизненным циклом изделия.

PLM (product lifecycle management) - это всеобъемлющий

12

подход к инновациям, разработке новых продуктов и их внедрения, управления информацией изделия от идеи до «конца жизни». PLM представляет собой систему управления информацией, которая может интегрировать данные, процессы, бизнессистемы, и, в конечном счёте, самих людей, участвующих в производстве. PLM – системы позволяют эффективно и экономически эффективно управлять этой информацией на протяжении всего жизненного цикла изделия от самой идеи, проектирования и производства до утилизации.

Если рассматривать PLM как совокупность различных технологий и функций, то мы имеем следующее:

Продукт управления данными (Productdatamanagement (PDM));

Автоматизирование проектирование (CAD);

Автоматизация производства (Computer-aided manufacturing CAM);

3D автоматизированное конструирования (CAE)

исимуляция;

Анализ методом конечных элементов (Finiteelementanalysis (FEA));

Модальные испытания и анализ (Modaltestingandanalysis);

Цифровое производство (Digital manufacturing); PDM заключается в использовании программного обес-

печения для управления данными продукта и процесса, связанные с информацией в одной общей системе, включает в себя компьютерное проектирование данных, модели, производственные инструкции, требования, заметки, документы. Идеальная система управления данными доступна нескольким приложениям и нескольким рабочим группам по всему предприятию, с поддержкой специфики работ каждой группы. Выбор правильного программного обеспечения может дать компании прочную основу, которая легко может быть расширена в PLM.

CAD заключается в использовании компьютерных программ для создания двух или трёхмерных графических представлений физических объектов. Может быть специализирован-

13

ным для конкретной отрасли, широко используются повсеместно от рекламы и мультипликации до объектов в промышленности.

CAM обычно относится к использованию числового программного управления (ЧПУ), программного обеспечения компьютера, для создания детальных инструкций, для управления ЧПУ станками, для последующего изготовления деталей, качество которых напрямую зависит от точности CAM – систем.

CAE заключается в использовании программного обеспечения для моделирования производительности для улучшения проектировки изделия или оказания помощи в разрешении технических задач для широкого круга отраслей промышленности, включает в себя моделирование, проверку и оптимизацию продуктов, процессов, производственных инструментов.

FEA заключается в моделировании изделий и систем в виртуальной среде, с целью нахождения и решения потенциальных (или существующих) структурных проблем. FEA - это практическое применение метода конечных элементов (МКЭ), который используется инженерами и учеными, построение математических моделей и возможность расчётов очень сложных структур, таких как жидкость, наиболее часто используется в авиационной, биомеханических и автомобильной промышленности.

Модальный анализ - это изучение динамических свойств линейных сооружений на основе структурного тестирования или анализа на основе моделирования методом конечных элементов. Эти динамические свойства включают в себя резонансные частоты (также называемые "естественные частоты" или "собственные частоты"), и структурные режимы (или "собственных мод»). Динамические свойства зависят от массы, жесткости, распределения по структуре, и в определении структурных поведений вибрации при воздействии эксплуатационных нагрузок. Каждая деформация линейной структурной системы может быть выражена в виде линейной комбинации структурных режимов, которые образуют ортогональный век- тор-базу.Цифровое производство заключается в использовании

14

комплексной автоматизированной системы, состоящей из моделирования, трехмерной (3D) визуализации, анализа и различных инструментов для совместной работы, чтобы создать изделие и процесс определения производства одновременно.

Если PLM рассматривать в качестве корпоративной стратегии предприятий, то она позволяет объединить работу нескольких организаций, как единую команду для проектирования, производства и поддержки изделий. Именно к этому и стоит стремиться, к унификации формата данных или же к объединению имеющихся программных комплексов и систем под общее начало, что позволит сократить время, необходимое для разработки и продвижения изделия в реальном времени.

Системы автоматизированного проектирования P-CAD, КОМПАС и SolidWorks получили широкое распространение благодаря своей функциональности и эффективности, однако, будучи ориентированы на существенно различные способы представления информации в САПР, эти системы зачастую используются как обособленные. В качестве программноинформационной базы рассматриваются средства их информационной интеграции, основанные на построении трехмерного модели электронных модулей на основе проектов печатных плат, полученных средствами P-CAD. Их совместное использование позволяет объединить достоинства как технологии синтеза проектных решений (P-CAD), так и технологий визуализации и геометрического моделирования (КОМПАС, SolidWorks).

Системное моделирование позволяет объединить работу нескольких структур, как единую систему для проектирования, производства и поддержки изделий. Но у него имеется существенный недостаток, а именно унификация формата данных или же объединение имеющихся программных комплексов и систем под общее начало, что позволит сократить время, необходимое для разработки и продвижения изделия в реальном времени. Конечно же, существуют программные пакеты, такие как Ansys, которые могут использовать модели из других сред, таких как SolidWork или Pro/ENGINEER, но, в конкретном примере, происходит импорт объектов, а не прямое использование

15

данных одного формата.

Литература

1.Lee Sang Hun. A CADCAE integration approach using feature based multiresolution and multiabstraction modeling techniques. – Computer Aided Design №37, 2005 с.941955

2. Chang, K.-H.; Tang, P.-S. Integration of design and manufacturing for structural shape optimization,Advances in Engineering Software 32 (2001) 555-567.

Воронежский государственный технический университет

16

УДК 621.9

Р.Е. Шмыков, Н.А. Нечаев

РЕАЛИЗАЦИЯ ЗАЩИТЫ ПОЛОСКОВОГО (ФЕРРИТОВОГО) ВЕНТИЛЯ

В данной статье представлена разработка устройства, полоскового вентиля служащего в качестве предохранителя, в основе которого лежит одностороннее прохождение электромагнитной волны путем малого затухания, ее прохождения в одном направлении и очень большим затуханием при обратном прохождении, что дает нам в штатном режиме защиту определенного канала передатчика от случаев прохождения обратных волн без ослабления, которые могут повлечь за собой серьезные материальные затраты

Полосковые вентили применяются с целью поглощения отраженных волн на пути к передатчику для улучшения согласования элементов и защиты передатчика от неослабленных обратных волн. Эффективность вентиля определяется вентильным отношением ослаблений отраженной и прямой волн. Разработка полоскового вентиля является актуальной, так как зарубежные аналоги слишком дороги и малодоступны, в то время как отечественные практически отсутствуют.

Примером защитного действия полоскового вентиля можно привести обрыв провода антенны, вентиль отведет поступающую энергию на резисторы (находящиеся под платой устройства) или в качестве примера может выступить грозовой разряд, канал передатчика оснащенный полосковым вентилем будет защищен от прохождения обратно на передатчик большого количества энергии, что обеспечивает защиту стоящих на выходе элементов от перегрева [4].

Действие вентиля основано на том, что намагниченная ферритовая пластина является невзаимной средой, т.е при прямом прохождении переходит в положение, способное пропускать сигнал с минимальным ослаблением и потерями, а при возвращение волны с приемника пластина не принимает исходное положение: тем самым обратная волна поглощается и рассеива-

17

ется тепловой энергией в окружающею среду [5].

Рис. 1. Схема электрическая принципиальная

Рассмотрим три типа полосковых вентилей. Резонансные вентили - основываются на поглощении

мощности при ферромагнитном резонансе в переменном магнитном поле с круговой поляризацией и правым направлением вращения относительно направления постоянной. В волноводе прямоугольной формы с ферритовой пластиной положение которой близко к четверти ширины волновода переменное магнитное поле на ней имеет круговую поляризацию с различными направлениями вращения поляризации для разных направлений распространения. Это дает меньшие потери для одного направления распространения и значительно большие для другого.

Фарадеевский вентиль состоит из отрезка волновода круглой формы с ферритовым стержнем, с осевым расположением и внешним соленоидом, обеспечивающим поле подмагничивания продольной направленности. Круглый волновод ограничен с обеих сторон плавными переходами к прямоугольным волноводам. Внутри переходы оснащены параллельно расположенными к широким стенкам входного и выходного прямоугольных волноводов поглощающими пластинами.

Выходной волновод расположен по отношению к вход-

18

ному под углом 45 градусов. Параметры ферритового стержня ( длинна и диаметр ) и напряженность поля подмагничивания выбираются так, чтобы плоскость поляризации при распространении волны по круглому волноводу с ферритом поворачивалась по часовой стрелке на 45 градусов и волна без потерь проходила через поглощающий переход в выходной прямоугольный волновод ( при эффекте Фарадея направление плоскости не зависит от направления распространения волны и определяется только направлением поля подмагничивания ) [4].

Рис. 2. Волновод

В настоящее время используются различные доработки и модификации основных типов вентилей такие как коаксиальные ( соосные ), микрополосковые и многие конфигурации с применением различных технологий и материалов, работающих в широком спектре частот и мощностей.

19

Предложеная конструкция вентиля относится к области радиотехники и может быть использована в приемнопередающих трактах. Недостатком указанного вентиля являются большие габариты из-за расположения нагрузки в одной плоскости с циркулятором.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является миниатюрный СВЧ ферритовый вентиль, содержащий постоянные магниты, стальной магнитопровод, диэлектрическую подложку с ферритовым диском, трехплечное полосковое разветвление, в одно из плеч которого включена ферритовая поглощающая нагрузка, лежащая н одной плоскости с диэлектрической подложкой. Недостатком известного вентиля также являются большие габариты из-за расположения нагрузки в одной плоскости с вентилем.

Для уменьшения габаритов ферритовая поглощающая нагрузка установлена также между незамкнутыми концами магнитопровода. Вентиль содержит магнит, создающий постоянное магнитное поле, проводником которого является незамкнутый, диэлектрическую подложку, металлизированную снизу, и ферритовый диск. На подложку нанесено трехплечное полосковое разветвление , выполненное из проводящего материала. Вентиль работает следующим образом электромагнитная энергия, поступая в первое плечо полоскового разветвления, проходит к его центру ферритовый диск, находящийся в центре разветвления, намагничивается таким образом, чтобы за счет дифракции электромагнитная энергия проходила во второе плечо[3,6].

Отраженная энергия в силу невзаимных свойств вентиля проходит третье плечо и далее поступает в ферритовую поглощающую нагрузку. Намагничивание ферритового диска производится с помощью постоянного магнита и магнитопровода, частью которого является пластина ферритовой поглощающей. нагрузки.

Пластина ферритовой поглощающей нагрузки частью своей плоскости достаточно плотно примыкает к разомкнутым концам магнитопровода, замыкая магнитный поток на феррито-

20