Инженерный анализ изделий и виртуальное моделирование технологических процессов Лекционный объем курса: 20 часов Моделирование приборов, систем и производственных процессов

CAE-системы и их функции Прочностные расчеты Тепловые расчеты Акустические расчеты Расчет частот и форм собственных колебаний Расчеты на надежность и долговечность Расчет течения жидкостей и газов Моделирование технологических процессов (литья, ковки, штамповки и др.) CAE – Computer Aided Engineering (компьютерный инженерный анализ)

Схема совместной работы конструктора и расчетчика

Математическая основа инженерного анализа FEA – Finite Element Analysis (конечноэлементный анализ) Метод FEA – Метод конечных элементов (МКЭ) МКЭ работает на основе расщепления геометрии объекта на большое число (тысячи или десятки тысяч) элементов. Эти элементы образуют ячейки сети с узлами в точках соединений. Поведение каждого малого элемента стандартной формы быстро рассчитывается на основе математических уравнений. Суммирование поведения отдельных элементов дает ожидаемое поведение объекта в целом. МКЭ является численным методом решения инженерных задач, таких как анализ напряжений, теплопередача, электромагнитные явления и течение жидкостей.

Формы конечных элементов Конечные элементы отличаются достаточно большим разнообразием форм и могут быть треугольными, четырехугольными и др. Элементы бывают одномерными, плоскими и пространственными, с прямолинейными или криволинейными сторонами. Вдоль каждой из них может быть два или более узлов. Двумерный треугольный криволинейный оболочечный элемент с количеством узлов от трех до шести. Пять степеней свободы в узле (Tx, Ty, Tz, Rx, Ry). Трехмерный шестигранный объемный элемент с количеством узлов от восьми до двадцати. Три степени свободы в узле (Tx, Ty, Tz). Примеры КЭ

MSC.Nastran – расчеты прочности, устойчивости, частот и форм колебаний, теплопередачи и др. MSC.Dytran – анализ быстротекущих процессов, штамповки листов, столкновения объектов и др. MSC.Marc – нелинейный анализ конструкций, моделирование вытяжки, сварки, экструзии и др. MSC.Patran – интегрированная среда моделирования и анализа (импорт CAD- геометрии, построение сетки КЭ и др.) MSC.Manufacturing (MSC.Superforge и MSC.Superform) – моделирование процессов штамповки, ковки и др. CAE-системы MSC.Software Примечание: в настоящее время права на систему MSC.Manufacturing переданы другой компании

MSC.Nastran Расчет напряженно-деформированного состояния Расчет собственных частот и форм колебаний Анализ устойчивости Решение задач теплопередачи Исследование установившихся и неустановившихся процессов Исследование нелинейных статических процессов и нелинейных динамических переходных процессов Расчет критических частот и вибраций роторных машин Анализ частотных характеристик при воздействии случайных нагрузок Спектральный анализ и исследование аэроупругости Возможность моделирования практически всех типов материалов

Пример расчета частот и форм собственных колебаний кронштейна в MSC.Nastran

MSC.Dytran Области применения взаимодействие автомобиля, препятствия, пассажира и подушки безопасности при аварии столкновение птиц с самолетными конструкциями столкновение и посадка на мель судов взрывы в ограниченном пространстве удар снаряда о преграду и ее пробивание попадание метеорита в обшивку космического аппарата штамповка металла поведение жидкости в неполных емкостях Анализ высоко нелинейных быстропротекающих процессов, связанных с взаимодействием различных частей конструкции, конструкции и конструкции, а также конструкции и жидкости (газа)

Распределение материала заготовки Утонение в углах до 0.5 мм - красный цвет Наплывы до 0.2 мм - синий цвет Пример визуализации результатов глубокой прямоугольной вытяжки в MSC.Dytran

MSC.Manufacturing MSC.Superforge – Анализ процессов горячей штамповки и ковки. При анализе система учитывает подробные характеристики материала заготовки, параметры пресса, наличие трения и температурных эффектов, фактор упругости материала, возможность скольжения заготовки при ее укладке (ручной или автоматической) и др. MSC.Superform – моделирование процессов объемного формования, включая экструзионное прессование, осевую и кольцевую прокатку, вырубку заготовок из листа, прокатку слитков, гибку толстых листов и резание. Система выполняет анализ процесса формования, проводит анализ поведения материала, рассчитывает нагрузки на инструмент, определяет его износ и ресурс.

Модель в MSC.Superforge и реальная деталь

Пример визуализации результатов ковки зуба ковша экскаватора в MSC.Superforge

Зуб ковша экскаватора типа ЭГК-8(10)

Постановка задачи для зуба ковша экскаватора ЭГК-8(10) Изделие: Зуб ковша экскаватора типа ЭГК-8(10) Заказчик: ЗАО ФЕРРО БАЛТ ПЛЮС Исполнитель: ОАО Завод турбинных лопаток Характеристики предложенного технологического процесса: штамповочный молот с массой падающих частей 25 т. вес заготовки 265 кг вес штамповки 170 кг (выход 64% при норме расхода 75-80%) вес оснастки 32 т (для предварительной и окончательной штамповки) Задачи: уменьшить вес заготовки повысить стойкость оснастки уменьшить стоимость оснастки улучшить качество изделия

Оборудование – штамповочный молот

Результат после предварительной штамповки, получен в MSC.Superforge Результат после предварительной штамповки, в металле Очень хорошее совпадение результатов расчета в MSC.Superforge с реальным процессом Расчеты и реальный процесс

1. Показана достоверность результатов расчетов в сравнении с практическими результатами (распределение облоя, полнота заполнения гравюры штампа) 2. Улучшены характеристики технологического процесса: - вес заготовки уменьшен на 50 кг - исключен обрезной штамп после предварительной штамповки - полное заполнение гравюр при окончательной штамповке - уменьшен износ штампов 3. Поставленные задачи решены в более короткие сроки по сравнению с прежней практикой Выводы и результаты применения MSC.Superforge

Конец лекции Следующая тема: Сквозное параллельное проектирование формообразующей оснастки и инструмента