POWRÓT

SEMESTR IV

Narzędzia do modelowania i symulacji oraz ich funkcje. Środowisko Inventor i narzędzia do analizy MES


Spis treści rozdziału - tutaj kliknij

Analizy MES
Analiza wytrzymałościowa modeli - algorytm


 

Analizy MES (za http://www.pccpolska.pl)

   

   Analizy wytrzymałościowe konstrukcji (analizy MES) polegają na przewidywaniu poziomu naprężeń oraz odkształceń układu w zależności od typu obciążeń, sposobu umocowania oraz parametrów materiałowych konstrukcji. Dzięki temu można przewidzieć, czy zaprojektowana konstrukcja cechuje się dostateczną wytrzymałością oraz, czy materiał, z którego jest skonstruowana, jest wykorzystany w sposób ekonomiczny.
   Większość struktur, ze względu na swoją złożoność geometryczną, wymaga zastosowania metod komputerowych. Najpowszechniejszą metodą jest Metoda Elementów Skończonych (MES, ang. Finite Element Method, FEM), w której obiekt dzielony jest na wiele prostszych kawałków (elementów skończonych). Wzajemne oddziaływania mechaniczne tych elementów są celem naszych obliczeń i są wyznaczane w przybliżony sposób komputerowo.

Korzyści z analizy MES:

  • możliwość określenia krytycznych punktów konstrukcji, w tym miejsc koncentracji naprężeń,
  • minimalizacja kosztu materiałów użytych do wykonania struktury,
  • optymalizacja kształtu konstrukcji w celu zmniejszenia wytężenia ustroju,

W analizie naprężeń występują dwa typy symulacji:

  • analiza statyczna,
  • analiza modalna (częstości drgań własnych, postacie drgań oraz wartości współczynników tłumienia).

Po stworzeniu symulacji oraz ustawieniu parametrów i warunków brzegowych program:

  • tworzy przypadki obliczeniowe,
  • wykonuje modelowanie geometryczne,
  • automatycznie wykrywa kontakty,
  • generuje siatkę,
  • wykonuje obliczenia dla każdego punktu danych.

Efektem symulacji jest graficzne przedstawienie wyników w postaci graficznej

Typowy proces tworzenia analizy naprężeń:

  • Wstępna analiza przypadku - oszacowanie fizycznych zachowań koncepcyjnego modelu.
  • Przygotowanie analizy - definiowanie materiału oraz warunków brzegowych, sprecyzowanie kontaktów oraz wszystkich preferencji siatki.
  • Obliczenia - uruchomienie symulacji i wygenerowanie wyników.
  • Analiza wyników - przegląd i analiza wyników.
  • Rewizja oczekiwań - czy rezultat jest zgodny z oczekiwaniami,
  • TAK - analiza została wykonana prawidłowo.
  • NIE - należy zmodyfikować dane wejściowe: redukować złożoność geometrii, usunąć wątpliwą geometrie, zmienić warunki brzegowe, zmienić typ symulacji, itp.

Do góry


 

Analiza wytrzymałościowa modeli - algorytm

   

   W programie Inventor oprócz modelowania geometrii części i zespołów oraz tworzenia na tej podstawie dokumentacji technicznej, możliwe jest również przeprowadzenie analizy kinematycznej, dynamicznej i wytrzymałościowej. Analiza wytrzymałościowa w programach wspomagających projektowanie opiera się w głównej mierze na metodzie elementów skończonych (MES, ang. FEM). Idea zastosowania w programach CAD-owskich tej matematycznej metody do rozwiązywania układów równań różniczkowych, polega na tym, że rozpatrywany obszar dzieli się na geometrycznie proste elementy o określonym kształcie (tzw. dyskretyzacja). Aby możliwe było jednoznaczne rozwiązanie zagadnienia należy sformułować warunki brzegowe i początkowe, które określają stan zjawiska (np. działające siły, podpory i utwierdzenia).


Schemat algorytmu postępowania pozwalający na sformułowanie zagadnienia rozwiązywanego metodą elementów skończonych dla modelu bryłowego.

   Zgodnie z przedstawionym schematem, kolejność postępowania jest następująca:

  • Stworzenie modelu geometrycznego.
  • Przypisanie cech materiałowych.
  • Nałożenie utwierdzeń oraz zadanie obciążeń (Sformułowanie warunków brzegowych i początkowych).
  • Nałożenie siatki elementów skończonych na model (Stworzenie modelu dyskretnego).
  • Wykonanie obliczeń.
  • Analiza wyników.

   Program Inventor umożliwia automatyczne tworzenie dokumentacji z przeprowadzonych analiz numerycznych. Po kliknięciu na ikonę Raport (panel Raport), wyświetli nam się okno, w którym możemy określić format utworzonego raportu oraz sprecyzować, jakie informacje mają zostać w nim zawarte.
   Po zapisaniu modelu, program utworzy podfolder w folderze macierzystym pliku z wykonaną analizą, w którym zawarte będą pliki i podfoldery zawierające informacje dotyczące stworzonego modelu MES. Po ponownym otworzeniu pliku, model MES wraz z wykonanymi symulacjami będzie dostępny bez żadnych dodatkowych operacji.

Ćwiczenie 1 - symulacja.

   Wykonać symulację, dla wałka o średnicy 20mm i długości 200mm ze stali węglowej, zamocowanego na jednym z końców i obciążonego siłą rozciągającą pręt o wartości 50000 N.
   Przyjąć parametry siatki: średnia wielkość elementu 0,025; minimalna wielkość elementu 0,01 pozostałe nastawy standardowe.


Do góry


   

 

 (C) 2021 Wydział Nauk Medycznych i Technicznych KPSW. All Rights Reserved