POWRÓT

SEMESTR VI

Środowisko Inventor i narzędzia do analizy MES


Spis treści rozdziału - tutaj kliknij

Analizy MES
Prezentacja programu Autodesk Inventor
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


 

Prezentacja programu Autodesk Inventor

   

    Inventor, opracowany i sprzedawany przez firme Autodesk, to program typu CAD, pozwalaj1cy na zamodelowanie projektowanego urządzenia lub elementu w postaci bryły trójwymiarowej. W oparciu o tak zamodelowaną bryłe Inventor umożliwia wygenerowanie pełnej dokumentacji projektowej - rysunków wykonawczych i złożeniowych, wykazu cześci i innych. Aplikacja pozwala także na przeprowadzenie symulacji i analizy działania projektowanego urządzenia.
   Najlepszym sposobem na zapoznanie się z nowym programem jest wykonanie przykładowego projektu w tym programie. Taki też mały projekt będzie realizowany w części laboratoryjnej, gdzie wykonywane czynności będą ograniczały sie do zbudowania modelu 3D, a następnie do dokumentacji rysunkowej 2D.

   Program jest dostarczony w konfiguracji pozwalającej na pracę w jednostkach metrycznych i oferuje zestaw szablonów plików części, zespołów i rysunków, bazujących na standardzie ISO, a także posiada wstępnie skonfi gurowaną listę części i przykładowe ramki oraz tabliczki rysunkowe.

Dzięki tej domyślnej konfiguracji program Autodesk Inventor Professional jest praktycznie gotowy do pracy zaraz po zainstalowaniu.
   Po uruchomieniu, program Inventor wyświetla ekran interfejsu obsługi zawierający trzy karty: Rozpocznij, Narzędzia oraz Dodatki, jak na ilustracji. Inny zestaw narzędzi do swobodnego obracania, powiększania i ustawiania modelu w określonej pozycji jest zgrupowany domyślnie w pasku nawigacji, znajdującym się z prawej strony ekranu, poniżej kostki ViewCube. Spróbuj samodzielnie sprawdzić działanie najważniejszych narzędzi. Zakończenie pracy z narzędziami do obracania i przesuwania następuje po naciśnięciu klawisza ESC.

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) 2019 - 2020 Wydział Przyrodniczo - Techniczny KPSW. All Rights Reserved