Силовой расчет методом конечных элементов с помощью Autodesk Inventor Professional 2013

Начнем с того, что определимся с понятием. Метод конечных элементов – это, численный метод решения дифференциальных уравнений с частными производными, а также интегральных уравнений, возникающих при решении задач прикладной физики. Метод широко используется для решения задач механики деформируемого твёрдого тела (сопромата), теплообмена, гидродинамики и электродинамики. Как это выглядит, опираясь на расчетные задачи Inventor?

Тело разбивается на множество подобных фигур, к примеру, в Inventor используются пирамиды. В других, расчетных, программах используются и другие простейшие тела, которые можно выбрать для более корректного расчета. К примеру, у Autodesk есть Simulation, который раскрывает большие возможности в конечно элементном анализе и использует различные схемы элементов.

Наверное, недостатком этого метода является то, что нельзя в анализе к одной детали применять разные элементы сразу и, наверное, то, что точность метода очень сильно зависит от размера элемента и результаты могут существенно различаться, но этот фактор можно предусмотреть как управление заложенной необходимой точности. Чем меньше элемент, тем значительно дольше процесс расчета. В связи с этим надо очень тщательно подходить к процессу выбора размера сетки.

Перейдем непосредственно к самому расчету. Расчет производится на основе модели предоставленной нам нашим клиентом, за что мы ему очень благодарны.

Приступим. Открываем файл сборки 

мини

 

Далее для расчета нам необходимо запустить модуль статического расчета. В Inventor этот модуль находится на вкладке «Среды».

мини

 

Для запуска модуля силового расчета во вкладке «Среды» нажимаем кнопку «Анализ напряжений». После этих действий открывается панель анализа напряжений 

мини

 

Для создания  и предварительной настройки анализа, нажимаем кнопку «создать моделирование», открывается окно настройки предварительной настройки расчета (рис.1), здесь для удобства работы мы можем задать имя расчета (у одной модели может быть несколько силовых расчетов), можем выбрать между статическим и модальным анализом, также выбрать состояние модели. В данном примере будет выполнен самый распространённый расчет - статический.

мини

Рисунок 1.

 

В открывшемся окне создания нового моделирования нажимаем «OK» и создаем первое моделирование, как вы смогли заметить на панели инструментов стали активными кнопки и в дереве построения появились пункты необходимые для задания условий расчета. Что же мы видим в дереве построения?

Первое: это наша модель сборки, которую мы можем раскрыть,  (рис.2) нажав на плюс, в раскрывшемся дереве мы можем скрыть некоторые элементы или, допустим, исключить определенный элемент из расчета. 

Рисунок 2.

Второе: строка материалы. Этот пункт дерева построения описывает материалы деталей рассчитываемой модели. важно: без задания материалов расчет производится не может! Исключение являются детали исключенные из расчета. Так как же задать материал деталей? Для этого есть 2 способа. Первый: нажав в дереве построения ПКМ на слове материал и в выпадающем меню выбрать пункт назначить материал   или на панели инструментов выбрать одноименный пункт ЛКМ. 

 

После этих действий откроется окно назначения материала.

мини

 

Как вы могли заметить, в нашей модели, не все материалы заданы, начнем их менять. Обратите внимание, что менять исходный материал вы не можете, но это можно сделать, перейдя во вкладку сборки и назначив материал индивидуально каждой детали. Представляете как это неудобно. Но, в Inventor есть возможность обойти эти манипуляции. Для задания материала непосредственно в анализе есть средний столбик, который называется «переназначить материал». Нажав ЛКМ на необходимом нам элементе (в окне назначения материала), в столбце «переопределить материал», появляется стрелочка, нажав которую появляется окно выбора материала  и теперь мы назначаем материал для детали. 

мини

 

Примечание: в Inventor есть возможность использования одновременного изменения материала для нескольких деталей, при условии, что их материал одинаков, используя для выбора детали ЛКМ и клавиши Ctrl или Shift. После задания материала имеем следующую картину(рис.3),  как вы можете заметить исходный материал так и не поменялся но, Inventor в случаи переопределения материала использует для расчета данные этого столбца. Нажимаем «OK». Все измененные материалы можно увидеть, нажав плюс в дереве построения возле пункта материал.

мини

Рисунок 3.

 

Переходим к следующему пункту – зависимости. Тут надо быть очень внимательным, так как то, как вы зададите зависимость, будет зависеть и правильность выполнения самого расчета. зависимости как и материалы можно задать двумя способами.

 

 

Не будем останавливаться на том что означает каждая зависимость это можно рассмотреть и самостоятельно. Используем самую часто примеряемую зависимость – зависимость фиксации. Как видно из названия это зависимость накладывает ограничения на все степени свободы изделия. Предположим, что фиксация сборки проходит по двум фланцам корпуса, находящимся напротив друг друга. Как же нам задать зависимость? Тут все предельно просто. Вызываем окно задания зависимости фиксации. И выбираем плоские поверхности фланцев (рис.4), после этого подтверждаем наш выбор. Обратите внимание, что в дереве построения после выполнения той или иной операции появляется перечень изменений, который можно увидеть, нажав на плюс напротив соответствующего пункта.

мини

Рисунок 4.

 

Движемся далее и упираемся в пункт нагрузки. С нагрузками так же надо быть очень осторожным. Если вы направление нагрузки зададите неверно, то естественно и расчет будет не корректен, хорошо, что Inventor позволяет выполнять такую настройку. Приступим к назначению нагрузки. Вызываем окно задания нагрузки, такие же способы, что и в предыдущих пунктах.

мини

 

Так же как и в зависимостях, все варианты нагрузок рассматривать не будем, а остановимся на самых частых – сила и сила тяжести. Начнем с силы. Вызываем окно задания силы. Сразу же у вас подсвечивается кнопка задания местоположения силы,  делаем выбор. 

мини

 

Далее в поле величина указываем значение величины силы в Ньютонах. Как вы можете заметить(рис.5),  сила приложена не перпендикулярно основания, это можно легко изменить. Для этого служит функционал управления направлением Начнем с того, что определимся с понятием. Метод конечных элементов – это, численный метод решения дифференциальных уравнений с частными производными, а также интегральных уравнений, возникающих при решении задач прикладной физики. 

мини

Рисунок 5.

 

Метод широко используется для решения задач механики деформируемого твёрдого тела (сопромата), теплообмена, гидродинамики и электродинамики. Как это выглядит, опираясь на расчетные задачи Inventor?

Тело разбивается на множество подобных фигур, к примеру, в Inventor используются пирамиды. В других, расчетных, программах используются и другие простейшие тела, которые можно выбрать для более корректного расчета. К примеру, у Autodesk есть Simulation, который раскрывает большие возможности в конечно элементном анализе и использует различные схемы элементов.

Наверное, недостатком этого метода является то, что нельзя в анализе к одной детали применять разные элементы сразу и, наверное, то, что точность метода очень сильно зависит от размера элемента и результаты могут существенно различаться, но этот фактор можно предусмотреть как управление заложенной необходимой точности. Чем меньше элемент, тем значительно дольше процесс расчета. В связи с этим надо очень тщательно подходить к процессу выбора размера сетки.

Перейдем непосредственно к самому расчету. Расчет производится на основе модели предоставленной нам нашим клиентом, за что мы ему очень благодарны.

 

Приступим. Открываем файл сборки 

мини

 

Мы используем простой способ, но можно направление силы задать и векторным способом. Нажимаем стрелку для указания геометрии,   по которой мы зададим направление силы. 

мини

 

Для направления силы в другую сторону, нажмем соседнюю кнопку. Аналогично приложим силу и на другую сторону, в итоге получаем.

мини

 

Далее задаем силу тяжести. Тут все аналогично, только величина ускорения свободного падения задана по умолчанию, конечно же ,ее можно и изменить.  Зададим ее  следующим образом (рис.6), выбрав в качестве направляющей геометрии цилиндрическую поверхность корпуса и применим выбор.

мини

Рисунок 6.

 

Вы уже наверно думаете, когда же уже будет сам расчет, а вот прямо сейчас он и начнется. Нажимаем кнопку «моделировать»(рис.7),  в открывшемся окне жмем выполнить и начинается долгий процесс ожидания окончания выполнения о чем нам любезно подсказывает заполняющаяся зеленая полоска. 

мини

Рисунок 7.

 

Длительность процесса зависит: от размера выбранной сетки и количества, а так же сложности деталей в сборке и конечно же от мощности компьютера. В моем случаи, процесс длился, примерно, 2-3 минуты, в результате получили.

мини

 

В раскрывшейся панели результаты видим, появившееся, пункты с различными параметры. Вывод информации на экран производится в цветоцифровом виде, что значительно удобнее для анализа полученных результатов. При необходимости можно создать отчет кнопка его запуска и настройки находится в одноимённой вкладке анализа.

Думаю, на этом закончим краткий обзор по функционалу силового расчета методом конечных элементов. Естественно, это не все, что можно делать, используя этот модуль но, это уже другая история.

 

 

Подробнее об Autodesk Inventor

 

Дополнительную информацию Вы можете получить, связавшись с нашими специалистами по телефону: (3822) 51-15-30