Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
CAE_konspekt.doc
Скачиваний:
32
Добавлен:
25.11.2018
Размер:
782.34 Кб
Скачать

1. Основные задачи систем инженерного анализа в машиностроении

Из анализа типичных проблем, встающих перед инженером в процессе проектирования, можно выделить следующие основные задачи систем инженерного анализа (Computer Aided Engineering, CAE) в машиностроении:

  • моделирование поведения сложных конструкций в процессе эксплуатации, причем на ранних стадиях проектирования. Важность этой задачи определяется тем, что до 85% от общего времени создания и стоимости разработки определяется именно на ранних стадиях разработки;

  • анализ и оптимизация конструкции деталей сложной формы или со сложными условиями нагружения. При традиционном проектировании эти задачи пытаются решать по упрощенным формулам, принимая заведомо завышенные коэффициенты запаса, что приводит к существенному повышению ресурсоемкости изделия;

  • анализ причин появления производственных и эксплуатационных дефектов;

  • автоматизация натурных испытаний.

Для решения этих задач можно условно выделить следующие основные группы модулей САЕ:

– универсальные программы анализа;

– специализированные программы анализа;

– программы анализа систем управления;

– модули поддержки автоматизации испытаний.

Системы инженерного анализа могут применяться как на стадиях проектирования и оптимизации отдельных элементов изделия, так и на этапах проведения «вычислительного эксперимента» с разработанным изделием. При проведении «вычислительного эксперимента» моделируется поведение разрабатываемого изделия в процессе эксплуатации с широким варьированием входных воздействий. В идеале «вычислительный эксперимент» призван сократить количество натурных экспериментов до одного, а в некоторых случаях и полностью заменить их.

2. Универсальные программы анализа

Математической основой универсальных программ анализа является расчет методом ко­нечных элементов (МКЭ, FEM – Finite Element Method). Суть метода состоит в том, что тело сложной формы разбивают на множество маленьких элементов простой формы. Для пластины это могут быть плоские треугольники, для объема – пирамидки и т.д. Между собой элементы соединяются только в вершинах (правильнее, узлах). При разбиении тела на конечные элементы их границы выглядят как сеть, охватывающая тело (рисунок 1). Поэтому процедуру создания набора конечных элементов, аппроксимирующих заданное тело, называют созданием сетки конечных элементов.

В узлах получившейся сетки конечных элементов прикладывают нагрузку (например, силу или тепловой поток), а также закрепления (например, запрет на перемещение или поворот данного узла). Затем, вместо того, чтобы решать одну сложную задачу для тела сложной формы, решают простую задачу для каждого из множества элементов простой формы и суммируют результаты. Чем на большее число конечных элементов разбито тело, тем более точны результаты расчета МКЭ. Результаты расчетов обычно представляется в виде деформации и раскрашивания исходной модели.

Расчеты, проводимых с использованием универсальных МКЭ-пакеты, можно классифицировать в первую очередь по виду поля (распределению значений моделируемого параметра в исследуемой области):

  1. механические – определяется распределение напряжений и деформаций в твердом теле;

  2. тепловые – определяется распределение температур;

  3. гидро- и газодинамические – определяется распределение скоростей и давлений в потоке жидкости или газа.

  4. акустические – определяется параметры звукового поля в избранном объеме;

  5. электромагнитные – определяется параметры электромагнитного поля, например, напряженность для радиодиапазона или освещенность для излучения в оптическом диапазоне.

На сегодня фактическим стандартом универсальных программ анализа для расчетов в области машиностроения являются пакеты программ двух американских фирм – ANSYS (www.ansys.ru, примерно 25% рынка в области машиностроения) и MSC.Software Corporation (www.mscsoftware.ru семейство программ NASTRAN, ADAMS и т.д.; более 60% рынка).

Рисунок 1 – Конечно–элементная модель

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]