- •1. Основные задачи систем инженерного анализа в машиностроении
- •2. Универсальные программы анализа
- •3. Особенности универсальных пакетов анализа
- •4. Типы задач механики, решаемые универсальными пакетами
- •5. Типовые задачи гидродинамики и акустики
- •6. Общая структура универсального пакета
- •7. Основные этапы решения задачи с использование мкэ
- •8. Типы материалов, используемых в универсальных пакетах
- •9. Линейные конечные элементы
- •10. Плоские и объемные конечные элементы
- •11. Пример использовании нескольких типов конечных элементов в одной модели
- •12. Задание параметров сетки конечных элементов
- •13. Задание нагрузок и закреплений
- •15. Виды конечно-элементных расчетов. Динамические расчеты
- •16. Представление результатов расчета
- •17. Встроенные в cad-пакеты расчетные модули
- •18. Моделирование литья
- •19. Пакеты для динамического анализа механизмов
5. Типовые задачи гидродинамики и акустики
К задачам гидро- и газодинамики (CFD – Computational Fluid Dynamics) относится определение полей скоростей, давлений и температур потока как при течении во внутренних каналах, так и при внешнем обтекании конструкции. Круг задач, решаемый модулями CFD, весьма широк. Это и обтекание транспортных средств или зданий, тепло- и массоперенос при горении топлива в котлах ТЭЦ и в двигателях внутреннего сгорания, литье металлов, моделирование распространения загрязнений в атмосфере и водной среде и т.д. Например, на рисунке 4.2.3, а приведены результаты расчета течения жидкости в клапане. Стрелки показывают направление и скорость течения жидкости, оттенки цвета позволяют оценить распределение давления в потоке. Результатом такого анализа может быть, например, определение потерь давлений, оценка условия наступления кавитации и т.д. На рисунке 4.2.3, б показан результат расчета обтекания воздухом прыгуна с трамплина. На рисунке 4.2.3, в приведены результаты моделирования движения воздуха и теплообмена в радиаторе процессора, учитывающего как вынужденную (обдув от вентилятора), так и естественную конвекцию. На рисунке 4.2.3, г приведен пример расчета распределения давлений в рабочей камере при работе центробежного насоса.
При расчете течения в каналах задается геометрия проточной зоны, давление или профиль скоростей на входе и выходе, при необходимости (например, при расчете центробежного насоса) – скорость и направление движения ограничивающих стенок. При расчете внешнего обтекания достаточно задать геометрию тела и профиль скоростей набегающего потока.
Результаты таких расчетов часто используются как исходные данные (параметры нагрузки и граничные условия) в других модулях конечно-элементного пакета. Область применений гидро- и газодинамических расчетов ограничена только мощностью используемых ЭВМ, поскольку этот вид расчетов требует чрезвычайно много машинных ресурсов.
Примеры CFD-модулей ANSYS – CFD и Fluent. Пакеты независимых разработчиков – «тяжелый» гидродинамический пакет STAR-CD (www.cd-adapco.com), российская разработка FlowVision (www.flowvision.ru)
|
|
а) |
б) |
|
|
в) |
г) |
Рисунок 4.2.3 – Примеры представления результатов гидродинамических расчетов
Оценка уровня шума, который будет производить изделие во время эксплуатации особенно важна для автомобилестроения и в гражданской авиации. Например, шум авиадвигателей является одним из основных критериев качества гражданского самолета, поскольку самолеты с высоким уровнем шума аэропорты ряда стран просто не принимают.
К задачам акустического анализа относится определение параметров акустического поля (интенсивность, спектральный состав звука) в выбранном объеме. В качестве исходных данных необходима геометрия исследуемого пространства, спектральная характеристика и мощность источника звука. В качестве примеров модулей MSC.Software, помогающих решать акустические задачи, можно назвать Actran, Akusmod.