Тема: Разработка и анализ сварной конструкции в NX Weld Assistant

Актуальность темы исследования. Современное положение дел в области машиностроения подтверждает лидирующую позицию сварки металлов среди методов соединения металла в конструкции, так как сварка является важным технологическим процессом в большинстве сфер машиностроения.
Актуально направление развития новых методов проектирования сварных конструкций с помощью передовых лидирующих САПР, с целью повышения качества конструкции, снижения количества затрат сварочных материалов, избавления от испытаний в металле и т.д. Комплексный подход к проектированию в САПР, позволяет накапливать базы данных, увеличивая точность описания процессов и свойств, иметь больший выбор технологий, высокую точность при проектировании конструкции, и проводя компьютерный анализ модели повышать в итоге качество, которое крайне важно для обеспечения безопасности при использовании изготовленных конструкций на протяжении всего срока эксплуатации.
Примерно 2/3 всех соединений в промышленности образуются при помощи сварки и родственных процессов. Наиболее часто сварка - доступный, эффективный, в ряде случаев не имеющий аналогов способ создания неразъемных соединений, позволяет снижать расход ресурсов по сравнению с другими, дает возможность ускорить процесс сбора сложных и крупных конструкций по геометрии и форме, соответствующим предъявляемым требованиям.
Итоговая цель сварочного производства — выпустить качественную сварную конструкцию, соответствующую спроектированным геометрическим формам, механическим и физическим свойствам, а также своему назначению, которая являлась бы экономически выгодной.
Сварка представляет собой сложный физико -химический и металлургический процесс, во время протекания которого изменяются характеристики свариваемых металлов, и образования различных напряжений, из-за претерпеваемых в околошовной зоне металла шва изменений перехода фаз, влекущих к изменению структуры.
На свойства и характеристики сварного соединения влияет большое количество разнообразных факторов, а также процессов, возникающих при сварке, такие как коробление, остаточные напряжения и т.д. Для того чтобы провести сварные работы, с получением качественного соединения, требуется выбрать оптимальную технологию, которая позволит обеспечить качество и эксплуатационные свойства сварной конструкции. Выбор оптимальной технологии — это ёмкая и трудная задача, и её решение методом проб и ошибок, не лучший вариант из -за времени и затрат ресурсов, когда цена ошибки непозволительна.
Если обратиться к САПР, то можно получить выход, заключенный в технологиях виртуального моделирования. Стремительное развитие вычислительной техники, образует быстро развивающийся рынок наукоемких компьютерных приложений, для разных областей знаний. Все это позволяет получать новые подходы к проектированию изделий и описанию технологий из различных сфер. Компьютерное моделирование выводит на новый уровень современного исследования, позволяет значительно сокращать количество проводимых физических экспериментов, заменяя их быстрым, эффективным и высокоточным компьютерным моделированием. Проектирование модели позволяет впоследствии использовать её для присвоения ей различных механических, физических и химических свойств и проведения над ней всевозможных расчетов и экспериментов. Это в высокой степени относится и к технологии сварочных процессов.
Сварные соединения представлены практически в любой индустрии. В некоторых её отраслях, встречается мало, в других - она является основным средством сборки изделия, но в любом случае, процесс получения сварного соединения является неотъемлемой частью производственного процесса. Моделирование сварки в электронном макете изделия, помимо дополнительной внесенной информации, позволяет решить несколько утилитарных задач, а именно:
- Провести анализ сварного соединения с помощью средств инженерного расчета.
- Заложить параметры производственного процесса сварки (при наличии соответствующего оборудования).
- Автоматизировать получение сварочных аннотаций на чертежах.
- Организовать планирование процессов производства и расчет норм расхода материалов.
- Осуществлять визуализацию и контроль наложения сварных соединений.
Мощные вычислительные алгоритмы для расчетов базируют на методе конечных элементов. Однако без составления базы данных по описанию свойств материалов - материаловедческой базы - решение не являлось бы полноценным. В расчетах важным компонентом являются данные по металлам и сплавам, химические и механические свойства, описание фаз и структуры в различных состояниях, теплофизические свойства. Все эти параметры оказывают сильное влияние на формирования сварочных процессов и их результат. Таким образом, наиболее подробные и полноценные базы позволяют точнее предсказать поведение процесса, и проведя нужные исследования и расчеты привести оптимальный вариант достижения качественного сварного соединения.
Имея целью в производстве получить продукт, отвечающий требованиям эксплуатации, обладающий высоким потребительским спросом и качеством, видим необходимость в использовании программного обеспечения, которое позволит автоматизировать процесс проектирования и моделирования сварных конструкций, провести инженерный анализ на этапе проектирования, чтобы избежать ошибок в изготовлении образца. Проработать технологию таким образом, чтобы использовать рационально ресурсы, и обеспечить необходимое качество. Все это позволит также повысить безопасность, которая требуется при проектировании ответственных конструкций.
Набор необходимых задач, которые, должны быть решены за счет использования программного обеспечения:
- разработать планы сварочных работ, помочь определится с наиболее оптимальным;
- соблюдать формы изделия в заданных допусках;
- максимально снизить внутренние усилия, возникшие во время сварки;
- предсказать, обнаружить и исключить отклонения от спроектированной геометрии из-за процессов происходящих вовремя сварки;
- снизить расход материалов при сварочных работах до минимально необходимого уровня;
- оставить самый минимум зажимного инструмента необходимый для устранения деформаций;
- повысить качество сварного изделия.
В связи с выявленной необходимостью применения методов имитационного моделирования для оценки поведения сварной конструкции в условиях ее эксплуатации, тема работы является актуальной.
Целью диссертации является разработка методики проектирования и анализа SD-модели сварной конструкции с помощью инструментов NX Weld Assistant и NX Advanced Simulation.
Объектом исследования в работе является процесс SD-моделирования и конечно-элементного расчета конструкций.
Предметом исследования является разработка SD-модели и расчетной конечно-элементной модели монорельса изогнутой формы.
Научная новизна работы. Разработан алгоритм построения и конечно¬элементного анализа в специализированных приложениях CAD/CAE системы.
Практическая ценность. Разработанный алгоритм построения позволяет повысить качество проектных работ при моделировании сварных конструкций. Предложенный алгоритм позволяет на этапе анализа МКЭ учесть ошибки проектирования, поможет оценить сварочные напряжения и деформации, что снизит время изготовления конструкций, и исправления геометрии после сварки.
Личный вклад автора: заключается в постановке цели и задач работы; разработке доступного алгоритма построения и анализа сварных конструкций, который возможно использовать для внедрения на предприятие, в виде пошаговой инструкции.

Купить

1. Обзор САПР показал, что использование автоматизированных программ позволяет существенно повысить качество проектирования сварных конструкций, а также установить, что современные возможности моделирования стремительно развиваются в направлении повышения точности и отказа в дальнейшем от реальных испытаний в пользу смоделированных ситуаций.
2. Установлено, что основные методы проектирования сварных конструкций, основаны на физических расчетах прочности, ручного определения параметров конструкции, подбора разделок кромок швов, выбора метода и режимов сварки. Разработка методики проектирования сварной конструкции при помощи NX Weld Assistant и расчета модели в NX Nastran, позволяет повысить проектирования сварной конструкции за счет наличия вспомогательных баз материалов, сварных швов, документации и т.д.
3. Создана методика пошагового построения модели сварной конструкции на примере разработки модели балки-монорельса в NX Weld Assistant.
4. Разработан пошаговый алгоритм проведения инженерного анализа
сварной конструкции с помощью и инструментов модуля NX Advanced Simulation и возможностей решателя NX Nastran. Выполнен анализ полученных результатов конечно -элементного расчета, который показал, что
спроектированная модель при нагружении, получает незначительное изменение геометрии с максимальной величиной смещения равной 0.2 мм, при этом напряжения от воздействия силы в основном приходятся на основную область балки, расположенную на расстоянии от сварного шва. Наибольшее взаимодействие конструкции проявляется в местах жесткого закрепления балки, в местах сварных соединений его нет, что говорит об отсутствии необходимости внесения изменений в конструкцию.

Купить