Меню

Анализ напряжений в solidworks

Инженерный анализ в среде SolidWorks Simulation. Новое в версии 2010

A.А. Алямовский, М.А. Шаломеенко

Версия SolidWorks 2010 года продолжила традиционный курс на удовлетворение потребностей широкого круга пользователей в инструментах инженерного анализа. Основными направлениями развития, как и ранее, являются расширение возможностей за счет привлечения более совершенного математического аппарата, а также повышение удобства использования расчетных инструментов в единой среде моделирования и анализа. Подобно версии 2009 года, эта среда носит название Simulation и содержит несколько уровней функциональности.

В любой конфигурации SolidWorks присутствуют расчетные процедуры: COSMOSX­press для анализа статической прочности детали при простых граничных условиях; COSMOSFloXpress — для расчета течения воды или воздуха в замкнутой односвязной области; Движение сборки и Физическое моделирование для имитации кинематики сборки, содержащей канонические сопряжения SolidWorks и реальные контакты с неопределенной границей, а также динамики под действием сил и моментов.

В новой версии сохранена структура и иерархия модуля прочностного анализа Simulation: собственно SolidWorks Simulation — расчет деталей и сборок произвольной сложности в линейной статической постановке; SolidWorks Simulation Professional — расчет собственных частот, форм потери устойчивости, модель многоцикловой усталости, тепловой анализ без учета движения среды, имитация падения и параметрическая оптимизация, в дополнение к статической модели — имитация сварных соединений; Simulation Premium — модели физически и геометрически нелинейных систем, динамический анализ в различных формулировках, в дополнение к статической модели — оболочки из многослойных композитов.

SolidWorks Flow Simulation

Основные усовершенствования SolidWorks Flow Simulation 2010 направлены на повышение качества интерфейса, а также на внедрение новых физических моделей.

Физические модели

  • Перфорированные заглушки на входах и выходах — если в конструкции на входе или выходе установлена тонкая пластина со множественными отверстиями, то ее можно заменить виртуальной сущностью Perforated Plate — перфорированной пластиной. В расчетной модели этот объект можно накладывать на объект граничным условием Environment Pressure (Давление окружающей среды) или на вход, или выход виртуального вентилятора (включая внутренний вентилятор). В базе данных программы присутствуют пластины с круглыми и прямоугольными отверстиями, а также с отверстиями в виде правильных многоугольников. Допускаются отверстия другой формы, заменяемые значением коэффициента потерь;
  • модель кавитации для жидкостей со свойствами, назначаемыми пользователем, — в дополнение к инженерной модели кавитации в воде реализована изотермическая модель для имитации этого явления в жидкости со свойствами, назначаемыми пользователем. Параметры жидкости, позволяющие смоделировать кавитацию, — это молярная масса растворенного газа, давление насыщения и температура. В настоящее время в качестве растворенных газов могут использоваться воздух, углекислый газ, гелий и метан. В соответствии с названием изотермическая модель не учитывает изменение температуры жидкости, а также предполагает, что жидкость является несжимаемой, а газ — идеальным;
  • условие проскальзывания на стенках для неньютоновских жидкостей — для объема в целом или для жидкостного субдомена, заполненного неньютоновской жидкостью, можно назначить условия проскальзывания в соответствии с законом Навье:

Здесь: — напряжение сдвига; — предельное напряжение сдвига, определяемое пользователем; C1, С2 — константы пользователя; VGI — скорость проскальзывания у стенки;

  • расширение базы данных неньютоновских жидкостей применительно к модели Cross­WLF и с вязкостью, определяемой таблично.
Читайте также:  Найти напряжения в стержнях выразив их через силу

Модель с виртуальным перфорированным отверстием и с отверстием эквивалентного «живого» сечения

Редактирование расчетной области

Производительность

  • Повышение скорости решателя для сеток с существенно различными размерами ячеек;
  • увеличение устойчивости счета для задач с кавитацией и конденсацией;
  • cпециальная вычислительная процедура для задач с излучением.

Препроцессор

  • Динамическое редактирование расчетной области посредством перетаскивания стрелок в графическом окне;
  • усовершенствование процедуры Проверка геометрии для моделей с булевыми операциями.

Постпроцессор

  • Расчет параметров на поверхности и в объеме с использованием панелей в стиле Менеджера свойств;
  • расчет параметров на поверхности и в объеме с использованием панелей Surface и Volume Parameters (Параметры на поверхности и в объеме) в стиле Менеджера свойств;
  • редактирование местоположения плоскости в процедурах Cut Plot (Картины в сечении) и 3D Profile Plot (Трехмерный график) посредством перетаскивания стрелок в графическом окне.

SolidWorks Motion

SolidWorks Motion обрел законченную функциональность, позволяющую использовать его в качестве надежного инструмента анализа кинематики и динамики механизмов с жесткими связями с возможностью учета локальной податливости и демпфирования. В версии 2010 года существенно превзойдена функциональность, имевшаяся в COSMOSMotion 2008 года до его полной интеграции в SolidWorks. Необходимые опции, описывающие свойства объектов, встроены непосредственно в Менеджер свойств SolidWorks, остальные представлены в Менеджере движения.

Общие усовершенствования

  • Жесткие группы — можно отобрать совокупность компонентов и сформировать одну или несколько жестких групп, что позволяет сократить время моделирования в Анализе движения. При этом перемещение компонентов внутри группы игнорируется; сопряжения между компонентами внутри группы игнорируются; масса и момент инерции жесткой группы складываются из всех компонентов; если жесткая группа обладает одним зафиксированным компонентом, то вся она считается зафиксированной для расчета движения;
  • контактные группы для движения — в расчетной модели сборки можно сформировать Контактные группы, объединяющие детали по принципу того, что потенциальный контакт внутри группы игнорируется, а между деталями групп — учитывается.

Функциональность SolidWorks Motion

В новой версии SolidWorks Motion приобрел ряд функций, позволяющих рассматривать широкий класс моделей движения, а также улучшены имеющиеся процедуры:

  • контакт Кривая­Кривая — для исследований Анализа движения можно сформировать контактные пары, состоящие из двух кривых, принадлежащих различным деталям. Контакт может быть непрерывным (по умолчанию) или прерывистым. В обоих случаях реализуется условие непроникновения объектов. При выборе контактирующих кривых можно в фоновом режиме использовать Менеджер выбора SolidWorks, что не требует вспомогательных объектов для формирования составных траекторий;
  • исследование движения на основе события — в дополнение к алгоритму управления движением на основе временной шкалы можно определять движение в сборке посредством событий. В этом случае управляющие объекты Менеджера движения: двигатели, силы и сопряжения — могут связываться с началом/концом событий (задачами) или с процессами в Датчиках SolidWorks (последние, в частности, приобрели процедуру идентификации расстояния между объектами в ходе движения). Под Задачей понимается совокупность действия, условия его выполнения — Триггера, а также времени, в течение которого выполняется действие. Действие — это включение/выключение двигателя, силы, сопряжения, а также изменение параметров Серводвигателя. Этот объект появился в версии 2010 года и представляет собой двигатель, управляемый Задачей. В ходе выполнения расчета формируется Граф событий, наглядно отображающий связь и последовательность выполнения Задач с учетом реального времени;
  • структурный анализ Simulation в контексте модели движения — к традиционной возможности использовать результаты динамического расчета для анализа прочности в среде Simulation добавилась функциональность, позволяющая сделать это в контексте расчета движения. Для этого в панель инструментов Исследования движения встроены кнопки, позволяющие настроить параметры расчета (интересующий интервал времени и характеристики сетки конечных элементов) с одновременным выбором деталей, подвергающихся расчету; выполнить расчет; отобразить диаграммы перемещений, эквивалентных напряжений и запаса прочности. Характеристики материалов деталей предполагаются определенными в контексте геометрической модели SolidWorks. Прочностной расчет доступен только при наличии лицензии Simulation в любой его конфигурации.
Читайте также:  Преобразование тензора напряжений в точке при повороте осей координат

Ограничения функциональности, присутствующие в данной модели, также вполне традиционны для пары Motion — Simulation: невозможность передачи контактных сил, упрощенное моделирование соединений (замена конкретной кинематики реакциями опор) и собственно независимое (с точки зрения прочности) функционирование деталей/тел. Поэтому данный инструмент может служить первым шагом в расчете прочности подвижных систем, конкретизировать который можно посредством процедур динамического анализа (линейного и нелинейного) в SolidWorks Simulation.

Прочностной расчет в контексте анализа движения

Интерфейс

  • Усовершенствование окон Менеджера свойств Сила и Двигатель — окна выполнены в единообразном интерфейсе SolidWorks и содержат предварительные графики с законом движения;
  • установка точного времени для ключевых точек и временной шкалы — для ключевых точек можно задать точное время и временную шкалу в наносекундах или других единицах;
  • 3D­контакт Менеджера свойств переименован в Контакт.

SolidWorks Simulation

Основные усовершенствования SolidWorks Simulation 2010 связаны с развитием виртуальных конструктивных сущностей, улучшением эргономичности качества интерфейса, а также повышением эффективности вычислительных процедур.

Критерии сравнения NAFEMS

В учебные пособия по статическим, тепловым, нелинейным исследованиям, расчету частот и анализу линейных динамических моделей добавлены критерии сравнения NAFEMS (National Agency for Finite Element Methods and Standards). Они позволяют оценить точность реализованных алгоритмов применительно к решению типовых инженерных задач.

Интерфейс Simulation

— имена элементов в Дереве исследования Simulation отличаются большей наглядностью и информативностью,

— при наведении курсора на элемент в Дереве или на его обозначение в графической области отображается подробная информация об этом элементе,

— по значку закрепления в Дереве можно определить его тип,

— крепления, нагрузки и соединители можно группировать в папках;

  • усовершенствования окон Менеджера свойств:

— объекты можно выбирать в двух различных областях выбора окна Менеджера свойств,

— возможность выбора нескольких элементов для одновременного редактирования всех введенных компонентов.

Окно Менеджера свойств для силы

Исследования Simulation

  • Расширенные возможности автовосстановления — настройки резервного копирования и восстановления SolidWorks действуют и в исследовании Simulation. После создания сетки и запуска исследования выполняется резервное копирование с возможностью восстановления информации;
  • улучшения в окнах создания сетки и решающей программы — в окне Процедура создания сетки отображаются сведения об использовании памяти, прошедшем времени, количестве компонентов, для которых не удалось создать сетку, ходе выполнения процедуры;
  • в окне Статус решающей программы отображаются сведения об использовании памяти, прошедшее время, информация о решающей программе и ходе выполнения операций;
  • для проверки состояния исследования достаточно навести указатель на вкладку запущенного исследования;
  • расширенные функциональные возможности Консультанта Simulation — консультант Simulation теперь имеет новый интерфейс, который взаимодействует с окнами Менеджера свойств соответствующего Исследования и помогает новым пользователям при создании, определении, решении и просмотре результатов статических исследований;
  • упрощенное и улучшенное исследование на усталость:
Читайте также:  Однофазные стабилизаторы напряжения 15 ква однофазный

— кривые усталости материала определяются непосредственно в исследовании на усталость, а не в связанных исследованиях,

— при создании исследования на усталость выбирается тип события — с постоянной или переменной амплитудой. Команда Изменить тип события удалена,

— в Дереве исследования на усталость отображаются значки тел, позволяющие определять кривые усталости S­N,

— в эпюре Повреждения поврежденность выражается не дробным числом, а процентами;

  • эпюра усталости — на основе результатов статических исследований проводится предварительный анализ усталостных свойств детали. Эпюра усталости создается на базе характеристик сопротивления усталости (предела выносливости), предела текучести и корректирующего коэффициента асимметрии (по Гудмену). На эпюре усталости модель отображается в двух цветах. Для составных оболочек или балок эпюра усталости не отображается;
  • упрощение сборок для нелинейных исследований — в нелинейных исследованиях сборки и многотельные детали можно упростить. Выбранные тела будут рассматриваться как одно жесткое тело, что позволяет
    сэкономить время вычислений.

Исследование проектирования

В новой версии оно может как выполнить оптимизацию, так и оценить выбранные сценарии проектирования.

  • Модуль Сценария проектирования — позволяет выполнять заданные Сценарии проектирования и просматривать их результаты без осуществления оптимизации. Для настройки модуля Сценария проектирования необходимо определить элементы:

— Переменные — могут быть определены как Дискретные значения или Диапазон при шаге (при выборе типа Диапазон программа выполнит параметрическую оптимизацию),

— Ограничения — выбираются из списка заранее определенных датчиков или определяется новый датчик;

  • модуль оптимизации — по результатам реализованного Сценария проектирования можно в едином со Сценарием интерфейсе выполнить параметрическую оптимизацию конструкции с учетом геометрических и функциональных ограничений. Переменные проектирования могут назначаться в некотором интервале или назначаться в виде множества дискретных значений. Ограничения определяются на основе свойств определенных датчиков или вычисляемых программой параметров. Для определения целей используются датчики SolidWorks. В таблице, содержащей историю поиска, оптимальный вариант отмечается в соответствующем столбце зеленым цветом. Недопустимые проекты выделяются красным цветом.

Настройка Сценария проектирования для расчета с ограничениями по массе и частоте

Оптимизированный вариант модели

Анизотропные материалы и конструкции

Смещение компонентов в слоистых пакетах композитов — можно управлять положением слоистой конструкции или многослойного пакета относительно граней, на базе которых строится оболочка. В предыдущей версии при создании модели необходимо было учитывать фактическое положение нейтральной поверхности, поскольку в расчете ее положение подразумевалось совпадающим с поверхностью исходной оболочки.

Источник

Adblock
detector