Этапы практической реализации МКЭ - Лекция, раздел Образование, ЛЕКЦИЯ 1 Общие сведения о проектировании.. ЛЕКЦИЯ 2 Применение CAD 1. Создание Модели Конструкции.
...
1. Создание модели конструкции.
2. Создание геометрической модели специально для МКЭ.
3. Модель разбивается на сетку конечных элементов.
4. К модели прикладываются граничные условия (силы, закрепления на границах).
5. Решение программой системы уравнений.
6. Анализ решения (человеком).
В реальных конструкциях почти всегда присутствуй сложные формы, состоящие к тому же из различных материалов. В качестве примера рассмотрим задачу, представленную на рис. 1. Рассчитать распределение напряжений в кронштейне (рис. 1) при помощи аналитических методов крайне сложно. Если же кронштейн изготовлен из композитного материала со сложными свойствами, задача становится практически неразрешимой. Непреодолимые затруднения возникают и при попытке вывести аналитическое выражение для распределения температур в объекте рис. 1.
Метод конечных элементов является наиболее популярным численным методом решения таких задач. Универсальность этого метода удовлетворяет требованиям современных сложных систем конструирования, для которых обычно отсутствуют замкнутые решения уравнений равновесия. Анализ методом конечных элементов начинается с аппроксимации исследуемой области (области задачи) и делении ее на ячейки сетки. На рис. 2 по углам каждой ячейки находятся узлы (черные точки). Такие ячейки и называются конечными элементами. На рис. 2 представлены аппроксимации объектов с рис. 1 наборами конечных элементом (треугольных и четырехугольных).
Рис. 1 Задача, не имеющая аналитического решения
Рис. 2 Аппроксимации объектов конечными элементами
В этом примере мы аппроксимировали исходный объект треугольниками и четырехугольниками, однако возможны и конечные элементы других типов. Выбор элементов определяется областью задачи, ее типом, а также конкретным пакетом анализ. Общее правило состоит в том, что чем больше количество узлов и элементов или чем выше степень функции формы, тем точнее оказывается решение, но тем дороже оно стоит с вычислительной точки зрения (т.е. затрачивается больше времени).
После аппроксимации исходного объекта конечными элементами с должным количеством узлов каждому узлу сопоставляется неизвестная величина, которая ищется в процессе решения задачи. Например, для рис.2 неизвестными были бы смещения узлов по координатам х и у. Отсюда следует, что у каждого узда будет две степени свободы, а у задачи в целом будет 2n степеней свободы, если число узлов равно n. После вычисления смещений программа может перейти к расчету деформации как частных производных от функции смешения, а по деформациям рассчитываются напряжения.
Аппроксимировав область задачи набором дискретных конечных элементов, мы должны задать характеристики материала и граничные условия для каждого элемента. Указав различные характеристики для разных элементов, мы можем анализировать поведение объекта, состоящего из разных материалов. Граничные условия (смешение, внешняя сила или температура) обычно задаются на внешней границе объекта. После задания граничных условий для веса внешних узлов программа конечноэлементного анализа формирует систему уравнений, связывающую граничные условия с неизвестными (смещениями или температурой в узлах), после чего решает эту систему относительно неизвестных.
После нахождения значений неизвестных пользователь получает возможность рассчитать значение любого параметра в любой точке любого конечного элемента. Выходные данные программы анализа методом конечных элементов обычно представляются в числовой форме. В задачах механики твердых тел выходными данными являются смещения и напряжения. В задачах на теплоперенос выходными данными являются температуры и тепловые потоки через конкретные элементы. Однако по числовым данным пользователю бывает затруднительно получить общее представление о поведении соответствующих параметров. Графические изображения обычно более информативны, поскольку дают возможность изучить поведение параметров на всей области задачи. Анализ поведения параметров может приводиться при помощи построцессора, который строит кривые и контурные графики переменных по данным программы конечноэлементного анализа. Дли задач строительной механики возможно отображение деформированных тел вместе с недеформированными. В этой области для систем автоматизированного конструирования очень важными становятся функции компьютерной графики.
К преимуществам метода конечных элементов относится возможность работы с телами произвольной геометрии и неоднородны материалами. Однако суть метода состоит в делении области задачи на набор конечных элементов и поиске наилучшего решения, непрерывного «внутри» элементов, но имеющего возможность претерпевать скачки на их границах. Например, деформация на границе конечных элементов кронштейна (рис. 2), может испытывать скачок, невозможный с точки зрения физики (погрешность расчета).
ЛЕКЦИЯ Общие сведения о проектировании ЛЕКЦИЯ Применение CAD САМ и CAE в разработке и производстве... ЛЕКЦИЯ...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Этапы практической реализации МКЭ
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Цели создания САПР
Цель автоматизации — повысить качество проектирования, снизить материальные затраты на него, сократить сроки проектирования и ликвидировать рост числа инженерно-технических работников, занятых про
САПР, используемые в мире сегодня
Все существующие САПР делятся на две большие группы: специализированные и универсальные.
Cпециализированные САПР
Они могут использоваться как автономно, та
Состав САПР
По назначению подсистемы САПР разделяют на два вида: проектирующие и обслуживающие.
К проектирующим относятся подсистемы, выполняющие проектные процедуры и операции,
Общесистемные принципы САПР
При создании и развитии САПР рекомендуется применять следующие общесистемные принципы:
· принцип включения;
· принцип системного единства;
· принцип развития;
·
Виды обеспечения САПР
Математическое обеспечение (МО) автоматизированного проектирования (АП) - это совокупность математических методов, математических моделей и алгоритмов проектирования, необходимых для выполне
ЛЕКЦИЯ 2
ПрименениеCAD, САМ и CAE в разработке и производстве продукта
CAD-системы (сomputer-aided design компьютерная поддержка проектиров
Шкаф с полками
Предположим, что в технических требованиях для разработчика указано, что шкаф должен иметь четыре полки. На этапе создания концепт
Представление графической информации в ЭВМ
Любой цвет может быть представлен точкой в 3-хмерном пространстве, причем координаты должны быть линейно-независимы. Цвет может быть излучаем и отраженным, соответственно модели бывают на основе сл
Растровые графические устройства
Растровые графические устройства появились в середине 70-х гг. XX в. в результате широкого распространения телевизионных технологий. С тех пор они стали основным видом графических устройств благод
Векторные графические устройства
Векторные графические устройства появились в середине 60-х гг. XX в.
Основные недостатки устройств векторной графики - мерцание изображения (из-за необходимости частого пересохранения) и в
ЛЕКЦИЯ 4
Основные виды информации в САПР
Основные требования к информационному обеспечению САПР:
1. Наличие необходимой информации для обеспечения как автоматизированных, так и ручных проц
Автоматизированные информационные системы САПР
В настоящее время различают два вида автоматизированных информационных систем САПР — банки данных и информационно-поисковые системы (ИПС). Эти системы различаются видом хранимой и обр
Терминология, обозначения, определения
В системе ИСПА используется ряд понятий, терминов и обозначений, которые мы считаем нужным конкретизировать или определить.
УЗЛЫ — это точки, используемые для описания геометрии ма
ЛЕКЦИЯ 7
Системы автоматизированной разработки чертежей
Работа с системой автоматизированной разработки чертежей аналогична использованию текстового процессора. Единственное отличие в том, что на в
Сетка и привязка
В черчении на бумаге широко используются вспомогательные линии, которые строятся заранее. Они облегчают построение линий чертежа и делают их более точными. Линии сетки в системах автоматизированной
Простановка размеров
Возможность простановки размеров считается одной из наиболее привлекательных особенностей систем автоматизированной разработки чертежей. Вручную проставить размеры с той же быстротой просто невозмо
Копирование
Функция копирования работает точно так же, как операции «Вырезать» и «Вставить» в текстовом процессоре. Набор графических элементов может быть выделен, сохранен в буфере и вставлен в любое место то
Основные технико-экономические параметры
Целью технологического проектирования является разработка объектов (ТП, операций, управляющих программ для станков с ЧПУ), оптимальных для заданных условий их применения.
Отбор более предп
Технологические критерии развития
Технологические критерии развития характеризуют возможность экономии живого труда при изготовлении и подготовке к эксплуатации машин.
Критерий трудоемкости изготовления машины находят как
Определение единственного решения
Определение единственного решения – заключительный этап процедуры выбора. Для решения задачи нужна дополнительная информация. Дополнительная информация может быть подготовлена группой экспертов, ко
Заметание
Функция заметания формирует объемное тело трансляцией или вращением замкнутой плоской фигуры (рис. 2). Если плоская фигура будет незамкнутой, в результате заметания получится не объемное тело, пове
Системы моделирования устройств
Системы геометрического моделирования (каркасные, поверхностные и твердотельные) всегда использовались главным образом для разработки и моделирования отдельных деталей, а не устройств, состоящих из
Базовые функции моделирования агрегатов
Системы моделирования агрегатов предоставляют логическую структуру для группировки и организации деталей в устройства и узлы. Структура позволяет конструктору идентифицировать отдельные детали, сле
Возможности совместного проектирования
Системы моделирования агрегатов практически незаменимы для групп, занимающихся разработкой продуктов, состоящих из множества частей. Эти системы обладают возможностями для эффективного управления о
Использование моделей агрегатов
Модели, создаваемые в системах моделирования агрегатов, могут использоваться для эффективной разработки продукта. Большинство систем моделирования агрегатов дают пользователям возможность измерять
Упрощение агрегатов
Большинство систем геометрического моделирования со стандартными возможностями моделирования агрегатов легко справляются с устройствами, состоящими из сотен деталей. Затруднения возникают при обраб
ЛЕКЦИЯ 11
Числовое программное управление
Для проектирования и производства без вмешательства человека необходима компьютеризация технологической подготовки. Компьютер должен осуществлять выбор стан
Быстрое прототипирование и изготовление
Еще один способ использования геометрической модели в производстве — это быстрое прототипирование. Существуют разные процессы быстрого прототипирования, но все их объединяет то, что прототип изгота
Стереолитография
Процесс изготовления детали протекает следующим образом:
1. Фоточувствительный полимер, затвердевающий на свету, поддерживается в жидком состоянии.
2. На толщину одного слоя ниже
Отверждение на твердом основании
В процессе отверждения на твердом основании каждый слои отверждается путем экспонирования ультрафиолетовой лампой, а не сканирования лазерным лучом. Таким образом, все точки слоя затвердевают одно
Избирательное лазерное спекание
Процесс изготовления детали путем избирательного лазерного спекания протекает следующим образом.
1. Цилиндрическая заготовка помещается па высоте, необходимой для того, чтобы на нее можно
Трехмерная печать
Процесс трехмерной печати был назван так из-за своей схожести с печатью на струйном принтере. В трехмерной печати вместо чернил используется жидкое связующее вещество. Процесс трехмерной печати про
Ламинирование
В процессе ламинирования деталь изготавливается путем ламинирования и лазерной резки материалов, поступающих в листовом виде. Слипание листов происходит за счет наличия термоадгезивного покрытия. П
Прототипы для функциональной оценки
Когда проект готов, конструктор должен удостовериться, что он обеспечивает выполнение всех функций, которые изначально предполагались. Простая функциональная оценка может включать проверку практичн
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов