Применение программ конечно-элементного анализа в автомобильной промышленности (или аналог)

Новые решения в области производства и проектирования Многие программные разработки дополнят и улучшат список программной продукции, расширяющей возможности инженеров, в новом тысячелетии.

Компании — производители программного обеспечения для инженеров неустанно повышают качество существующей продукции и вместе с тем ищут пути создания новой. При огромных темпах компьютерной индустрии компаниям, если они хотят остаться конкурентоспособными, приходится расширять возможности своего товара и увеличивать сферу его применения.

Инженерное программное обеспечение присутствует практически на всех стадиях проектирования, начиная с эскиза-идеи и заканчивая детализированной разработкой дизайна. Каждая компания-разработчик находит свои способы сократить временные затраты производства. Automotive Engineering International предлагает по-новому взглянуть на инженерный инструментарий.

IBM и Dassault Systemes объявили о выходе в свет CATIA, версия 5, выпуск 3 для Windows и Unix. Были расширены возможности версии 5 в части механического проектирования, также моделирования и оформления внешнего вида, анализа, производства, синтеза продукции, технического обслуживания оборудования и систем, решений по оборудованию завода и других инфраструктур.

В части механического проектирования появились новые возможности поэлементного и смешанного моделирования, такие как создание разверток (разбивок?), зачищенных соединений, переменных скруглений с нулевым радиусом, дополнительные операции с углом конусности. Перемещение элементов каркаса или поверхности в какой-либо части проекта автоматически вызывает соответствующие изменения в этой части, что обеспечивает гибкость моделирования.

Версия 5, выпуск 3 поддерживает каталог стандартных деталей и узлов, а также позволяет проектировщикам использовать библиотеки из CATIA версии 4 или создавать новые каталоги под Версию 5 для наиболее оптимальной эксплуатации механизмов формирования стандартных деталей в новой версии. В части проектирования узлов расширен список команд компоновки деталей, что ускоряет множественную реализацию детали или продукции. Программа также поддерживает новые сопутствующие инженерные методологии и снабжена функцией «публикация», благодаря которой проектирование в контексте приобретает новую силу. Новые графические функции, отображающие взаимозависимость деталей в рамках одного узла, позволяют отслеживать, какие последствия будут иметь те или иные изменения проекта. Кроме того, при помощи нового выпуска CATIA пользователи смогут создавать индивидуальные спецификации и управляться со множественными визуализациями устойчивых узлов, такими как общий вид изделия или изображение в разобранном виде.

ПРИЛОЖЕНИЯПриложение 1

(а)

(б) Рис. 1. Пространственная конечно-элементная модель рамы прицепа легкового автомобиля (а) и деформированная конструкция под действием полезной нагрузки и собственного веса (б).

Приложение 2

Рис. 2. Распределение нормальных напряжений по лонжеронам и поперечинам рамы.

Приложение 3

(а)

(б) Рис. 3. Уточненная локальная конечно-элементная модель поперечины с кронштейном рамы прицепа (а) и деформированная конструкция под действием расчетных нагрузок (б).

Приложение 4

Рис. 4. Изолинии напряжений (МПа) в плоскости кронштейна.

Приложение 5

Рис. 5. Сборочный чертеж стрелы экскаватора

Приложение 6

Рис. 6. Центральный силовой узел стрелы: цапфа гидронасоса с дополнительными ребрами жесткости.

Приложение 7

Рис. 7. Конечно-элементная оболочечная модель стрелы в базовом варианте

Приложение 8

Рис. 8 CATIA (версия 5, выпуск 3) обеспечивает пользователей многофункциональным инструментом нового поколения для моделирования.

Заключение

Во всех современных системах конечно — элементного анализа, в том числе и в ИСПА, предусмотрена автоматическая генерация конечно — элементной сетки по твердотельной модели, импортированной из CAD-системы (например, Pro/ENGINEER). То есть из создания модели исключается самая трудоемкая операция — описание ее геометрии. Наиболее полно во всех КЭ — системах автоматизирован процесс создания КЭ сетки, состоящей из 4 — узловых объемных КЭ (тетраэдров). Однако 4 — узловой объемный КЭ является весьма жестким на сдвиг, и в этом заключается основная проблема при расчете моделей с тетраэдральной КЭ сеткой, в которых присутствуют сдвиговые деформации. Точное решение может быть получено только при достаточно малом размере КЭ. Десяти узловой тетраэдр менее жесткий на сдвиг, но большая ширина ленты матрицы жесткости и ограничения на форму элемента не дают возможности использовать данный элемент при расчетах тонкостенных конструкций. Объемные 8-узловые КЭ воспринимают сдвиговые деформации, однако, для точного решения размер этих элементов тоже должен быть достаточно мал. Исключение составляют гибридные объемные КЭ, имеющиеся в ИСПА, с искусственно пониженной деформацией сдвига.

Для моделей, состоящих из таких элементов, резко снижаются требования к размеру элемента, точное решение можно получить даже в случае, когда толщина элемента на порядок меньше его ширины и длины.

Применение метода конечных элементов в играет существенную роль в обеспечении требуемых параметров надежности машин. Использование импортированных трехмерных моделей, разработанных в Pro/ENGINEER, значительно сокращает время создания КЭМ конструкции, повышает точность расчетов, позволяет исключить или свести к минимуму ошибки при проектировании.

Конечно-элементный анализ напряженно-деформированного состояния стрелы экскаватора подтвердил наличие опасной зоны в центральном силовом узле стрелы с точки зрения возможных разрушений. Разработанная численная модель может быть использована для дальнейшего исследования различных технических вариантов усиления конструкции в зоне концентрации напряжений.

Численный анализ свидетельствует о достаточной прочности прицепа. При этом, уровень возникающих напряжений позволяет рассмотреть вопросы повышения грузоподъемности либо увеличения ресурса конструкции, а также возможной оптимизации с точки зрения снижения расхода материала или упрощения технологического процесса изготовления деталей и сборки узлов.

Создание моделей нового поколения для исследования двигателя, корреляция эксперимента и моделирования РГД, разработки пакетов для конечно-элементного анализа в машиностроении уже позволяют достигнуть отличных результатов в машиностроении.

1. Automotive Engineering International, April 2000

2. Automotive Engineering International, March 2000

3. Automotive Engineering International, May 2003

4. Automotive Engineering International, July 2000

5. elib.ispu.ru

6. www. ispa-soft.ru

7. www.cadfem.ru

8. www.rodnik.ru

9. lozik. h1.ru

10. www.softline.ru

www.ispa-soft.ru

elib.ispu.ru

www.ispa-soft.ru

www.rodnik.ru

www.cadfem.ru

www.softline.ru

Automotive Engineering International, March 2000

Automotive Engineering International, May 2003

Automotive Engineering International, March 2000

Automotive Engineering International, July 2000

lozik.h1.ru

Automotive Engineering International, April 2000

elib.ispu.ru