4.4. Инженерный анализ в машиностроении. Cae-системы

Развитие средств вычислительной техники стимулировало распространение инже-нерного анализа практически на все этапы проектирования как отдельных деталей, уз-лов и агрегатов, так и изделий в целом.

При выполнении инженерных расчётов часто используют автоматизированные системы , образующие отдельный класс CAE-систем (NASTRAN, LS DINA, ANSYS, PAM CRASH, PAM SAFE, STRESS LAB, PAM STAMP, PAM FLOW, MOLD FLOW и др.).

Особенности подготовки производства наукоемкой техники, обусловливающие появление и развитие класса программ CAE:

− многообразие физических процессов в наукоемких изделиях,

− субъективность в постановке задач анализа,

− особенности в подходах к идеализации протекающих процессов, − особенности в выборе методов решения

• др. причины привели к созданию многих специальных методик, алгоритмов и про-грамм, предназначенных для решения задач анализа машиностроительных изделий.

Можно условно выделить четыре основные группы программ анализа:

1). Программные системы проектирования

Первая группа программ – программные системы проектирования, ор-ганически объединяющие процессы конструирования и анализа в едином комплексе.

• числу программных систем проектирования относятся системы CATIA, EUCLID, UNIGRAPHICS и др.

Характерные черты:

− При их использовании не возникают трудности с созданием сложной

• математически точной модели изделия, так как только эти системы обладают самыми мощными средствами геометрического модели-рования.

− Организация обмена между подсистемами конструирования и ана-

лиза также незаметна для пользователя – обе подсистемы опери-

руют с одной базой данных или имеют внутренние форматы данных.

− Состав различных видов анализа ограничен по сравнению с соста-вом универсальных программ и в основном предназначен для реше-

ния таких задач, как:

• структурный анализ,

• линейный статический анализ,

• модальный анализ,

• анализ (продольных) деформаций,

• тепловой анализ,

• анализ устойчивости (электропроводность, линейная конвекция) и др.

49

2). Универсальные программы анализа

Во вторую группу программ входят универсальные программы анализа машиностроительных изделий.

Лидерами в области разработки , поставки и сопровождения этих программ явля-ются ANSYS, Inc. (США), SAMTECH (Бельгия), MacNeal Schwendler Corporation (MSC) (США). В 1970-е годы одним из ведущих методов компьютерного моделирования стал метод конечно-элементного анализа. Благодаря разработкам этих и многих других фирм, инженерный анализ стал практически повсеместным и постепенно перерос в мощное направление, получившее свое воплощение в системах автоматизированного анализа (САЕ).

Характерные черты:

− В универсальные программы анализа включены собственные сред-ства построения геометрической модели изделия. Однако возмож-

ности геометрического моделирования этих пакетов намного слабее по сравнению с программными системами проектирования, так как с их помощью могут решаться задачи твердотельного моделирования сравнительно простых форм.

− Все универсальные программы анализа имеют стандартные форма-

ты обмена графической информацией с пакетами конструирования.

При необходимости геометрическая модель проектируемого изделия может быть предварительно создана на этапе конструирования в CAD-системе.

− Универсальные программы используются при проектировании изде-

лий машиностроения, судостроения, аэрокосмической и электротех-

нической отраслей для решения таких специфических задач, как:

• нелинейный теплообмен (с переходным или стационарным режимом),

• структурная оптимизация, анализ упругих механизмов,

• усталостные разрушения,

• анализ явлений вязкопластичности и др.

− Многоцелевая направленность этих программ дает возможность применять их для решения даже таких смешанных задач, как:

• анализ прочности при тепловом нагружении,

• влияние магнитных полей на прочность конструкции,

• тепломассоперенос в электромагнитном поле,

• решение задач аэрогидрогазодинамики,

• программы позволяют учитывать разнообразные конструктивные не-линейности, наличие больших деформаций и др.

50