Диплом (1234684), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Перепускной поршень реализован из двух деталей, соединенных соосно и упруго, поверхность между деталями содержит уплотнение, что предотвращает самопроизвольное перепускание воздуха.

Рисунок 4.2 – Поршень в разрезе

Рисунок 4.3 – Поршень в закрытом и открытом положениях

5 ИНЖЕНЕРНЫЙ АНАЛИЗ ИЗДЕЛИЯ

Создание современного оборудования на этапе проектирования не ограничивается его геометрическим моделированием. Без всестороннего инженерного анализа проектируемого объекта невозможно выпускать конкурентоспособную продукцию. Разработчики во всем мире трудятся над тем, чтобы их конструктивные решения обеспечивали статическую прочность и жесткость, достаточную долговечность, устойчивость и подходящие динамические характеристики, имея при этом минимальный вес, минимальную стоимость, минимальное энергопотребление. Оптимизация создаваемых конструкций является залогом их конкурентоспособности. Использование инструментов CAE-анализа позволит современным предприятиям создавать продукцию, не уступающую лучшим мировым образцам и даже их превосходящую.

Компания АСКОН, разработчик одной из самых популярных в России систем трехмерного моделирования КОМПАС-3D, и компания НТЦ АПМ, признанный эксперт в области систем конечно элементного анализа, объединили усилия для создания программного продукта, который помимо геометрического моделирования позволял бы выполнять комплексный инженерный анализ твердотельных деталей и сборочных единиц. В результате совместной работы в среде КОМПАС-3D появилась CAE-библиотека APM FEM, реализующая решения инженерных задач методом конечных элементов (МКЭ).

Раньше пользователи системы КОМПАС-3D вынуждены были использовать промежуточные форматы для передачи созданной в КОМПАС-3D геометрической модели в сторонние CAE-системы – в ущерб надежности.

Версия КОМПАС-3D V13 и APM FEM образуют цельную среду проектирования и анализа, обеспечивающую ассоциативную связь с геометрической моделью, единую библиотеку материалов и общий интерфейс.

Для каких деталей и сборок актуально использование APM FEM? В состав практически любого объекта входят тяги, пружины, упоры, кронштейны, уголки, рычаги, опорные элементы. Здесь важно БЫСТРО оценить прочность элементов с возможной оптимизацией конструкции, используя ассоциативную связь геометрической и расчетной моделей.

Общий как для геометрической, так и для расчетной модели интерфейс обеспечивает простоту и легкость работы с APM FEM. Все действия по созданию 3D-модели, подготовке ее к расчету и просмотру результатов осуществляются в едином окне.

CAE-система работает с геометрической моделью КОМПАС-3D V13 напрямую, что позволяет избежать передачи 3D-данных через сторонние форматы и тем самым снизить вероятность возникновения ошибок.

В состав APM FEM входят инструменты подготовки сборок к расчету, задания граничных условий и нагрузок, а также встроенные генераторы конечно-элементной сетки (как с постоянным, так и с переменным шагом), расчетные модули, постпроцессор и средства визуализации результатов расчетов в виде цветовых схем. Этот функциональный набор дает возможность смоделировать твердотельный объект и комплексно проанализировать поведение расчетной модели при различных воздействиях с точки зрения статики, собственных частот, устойчивости и теплового нагружения.

В качестве объекта инженерного анализа выступает поршень воздушной пружины вилки велосипеда. В расчет включен вес поршня для определения его прочностных характеристик.

Порядок подготовки модели и выполнения расчета:

1) подключение библиотеки APM FEM: прочностной анализ;

2) подготовка модели к расчету – задание закреплений и приложение нагрузки. Поршень закреплен стенкой к перепускному клапану, давление для расчета взято 20 атмосфер (2 Н/мм²);

3) задание совпадающих граней (для КЭ-анализа сборки);

4) генерация КЭ-сетки;

5) выполнение расчета;

6) просмотр результатов в виде карт напряжений, перемещений.

Рисунок 5.1 – Карта напряжения

Рисунок 5.2 – Карта перемещений

Процедуры расчета в FPM FEM построены на базе метода конечных элементов. Поэтому в расчетных моделях могут быть учтены практически все особенности конструкций и условий их эксплуатации.

Условия функционирования конструкции реализуются посредством различных типов нагрузок и закреплений:

– равномерно распределенное давление к поверхностям трехмерной модели

– равномерно распределенная сила по грани или ребру

– удельная сила по площади

– нагрузки, действующие на всю конструкцию в целом, – линейное и угловое ускорение – нагрузки в виде равномерно распределенной температуры к ребру, поверхности и узлу

– закрепление ребер или граней 3D-модели по направлениям осей глобальной системы координат

– смещение выбранных ребер или граней на заданную величину (с помощью инструмента закрепления).

Генерация КЭ-сетки в APM FEM осуществляется в автоматическом режиме с использованием таких параметров, как Максимальная длина стороны элемента, Максимальный коэффициент сгущения на поверхности и Коэффициент разрежения в объеме. В качестве конечных элементов используются тетраэдры, и одним из наиболее важных этапов создания КЭ-сетки является правильный выбор размера тетраэдра – максимальной длины стороны элемента. Практически длина стороны элемента должна быть примерно в 2–4 раза меньше толщины самой тонкой детали в сборке.

Максимальный коэффициент сгущения на поверхности – величина, характеризующая, во сколько раз при адаптивной разбивке будут уменьшены размеры конечных элементов, т. е. ограничение на минимальную сторону треугольника на поверхности. Коэффициент разрежения в объеме – степень уменьшения стороны тетраэдра при уходе в глубь объема твердотельной модели. Чем меньше – тем более одинаковыми становятся слои конечных элементов. Использование данных параметров позволяет сетке «адаптироваться» к сложной твердотельной модели в автоматическом режиме. Параметры КЭ-сетки в APM FEM одинаковы для всех деталей, входящих в сборку.

Если перед выполнением расчета сборки совпадающие грани не были заданы, то система выполнит их поиск автоматически. При этом совместными будут считаться перемещения по всем трем осям глобальной системы координат. Прочностной анализ в APM FEM позволяет решать линейные задачи:

– напряженно-деформированного состояния (статический расчет);

– статической прочности сборок;

– устойчивости;

– термоупругости;

– стационарной теплопроводности.

Динамический анализ позволяет определять частоты и формы собственных колебаний, в том числе для моделей с предварительным нагружением.

Результатами расчетов являются:

– распределение эквивалентных напряжений и их составляющих, а также главных напряжений;

– распределение линейных, угловых и суммарных перемещений;

– распределение деформаций по элементам модели;

– карты и эпюры распределения внутренних усилий;

– значение коэффициента запаса устойчивости и формы потери устойчивости;

– распределение коэффициентов запаса и числа циклов по критерию усталостной прочности;

– распределение коэффициентов запаса по критериям текучести и прочности;

– распределение температурных полей и термонапряжений · координаты центра тяжести, вес, объем, длина, площадь поверхности, моменты инерции модели, а также моменты инерции, статические моменты и площади поперечных сечений;

– реакции в опорах конструкции, а также суммарные реакции, приведенные к центру тяжести модели.

Карты напряжений позволяют наиболее точно проанализировать работу узла под действием нагрузки, выявить концентраторы напряжений, оценить жесткость конструкции.

Ассоциативная связь между геометрической и расчетной моделями обеспечена: при внесении изменений в геометрическую модель, редактировании закреплений или нагрузок достаточно всего лишь выполнить перестроение сетки и повторить расчет.

APM FEM – это простое и недорогое решение, которое позволяет проводить оценку прочности элементов конструкции без приобретения дорогостоящей полнофункциональной CAE-системы.

6 СБОРКА ПРУЖИНЫ ДЛЯ MARZOCCHI SHIVER 2002

Трёхмерная графика – раздел компьютерной графики, посвящённый методам создания изображений или видео путём моделирования объёмных объектов в трёхмерном пространстве.

3D-моделирование – это процесс создания трёхмерной модели объекта. Задача 3D-моделирования – разработать визуальный объёмный образ желаемого объекта. При этом модель может как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).

В начале необходимо в системе КОМПАС 3D создать модели отдельных деталей, входящих в сборку. Затем необходимо создать в системе КОМПАС 3D документ «сборка», добавить в него из файлов модели сборочных единиц и с помощью инструмента «Сопряжения» добиться необходимой взаимной ориентации деталей в сборке (рисунок 6.1).

Рисунок 6.2 – Сопряжения

Графическое изображение трёхмерных объектов отличается тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ. Однако, с созданием и внедрением 3D-дисплеев и 3D-принтеров, трёхмерная графика не обязательно включает в себя проецирование на плоскость.

Сборка в КОМПАС 3D – трехмерная модель, объединяющая модели деталей, подсборок и стандартных изделий, а также информацию о взаимном положении компонентов и зависимостях между параметрами их элементов.

Пользователь задает состав сборки, добавляя в нее новые компоненты или удаляя существующие. Модели компонентов хранятся в отдельных файлах.

В файле сборки хранятся ссылки на эти компоненты (рисунок 6.2).

Рисунок 6.2 – Компоненты сборки

В качестве стандартных деталей были взяты нога, штанина (с уплотнителями) от Marzocchi Shiver 2002, а так же механизм от Marzocchi АТА 2 2008, регулировка позволяет удлиннять пружину на 40 миллиметров, что в рамках данного проекта позволяет регулировать глубину поршня, меняя характер работы от линейного до прогрессивного к концу хода при этом амортизатор будет более чувствителен к мелким неровностям засчет увеличения объема негативной камеры и уменьшения негативной. Стандартные детали были спроектированы в общем виде для подгона параметров прочих деталей.

Сложность проектирования так же была в том, что вилка не предназначена для установки обратной (негативной) пружины, поэтому был спроектирован «якорь», который при затяжке равномерно упирается во внутреннюю поверхность ноги (рисунок 6.3), не имея внушительных размеров выступающей части, что не влияет на функционал изделия. Подобный якорь возможно установить в вилку с любой системой, не предназначенной для установки воздушной пружины.

Для создания сборки были смоделированы имеющиеся детали в общем виде а так же спроектированы уникальные, используя стандарты. К плоскости была привязана штанина вилки, к штанине привязаны все прикрепленные детали, подвижная же нога с якорем были спроектированы рядом и соединена готовая сборная деталь со штаниной была соосно, что позволило двигать модель, имитируя сжатие и разжатие. Итак, готовая модель в разрезе представлена на рисунке 6.4 а так же в приложении Д.

Рисунок 6.3 – Якорь

Рисунок 6.4 – Сборка

Характеристики

Список файлов ВКР