Введение 5
ГЛАВА 1 Аналитический обзор программных продуктов для проектирования и технологической подготовки производства новых изделий методом конечных элементов 8
1.1 Основные определения метода конечных элементов 9
1.2 Виды метода конечных элементов 10
1.3 Формы метода конечных элементов 14
1.4 Аппроксимация 16
1.5 Достоинства и недостатки метода конечных элементов 18
1.6 Дискретизация области 20
1.7 Ошибки метода конечных элементов 21
1.8 Компьютерное моделирование изделий и CAE-системы 23
ГЛАВА 2 Численное моделирование в CAD/CAM/CAE системе NX SIEMENS 28
2.1 Основные принципы работы в программном пакете NX 29
2.2 Основные модули NX 30
2.3 Последовательность моделирования конструктивных узлов
устройства обесперивания 33
2.4 Последовательность работы в модуле проведения инженерного
анализа модели 43
ГЛАВА 3 Специальная часть 57
3.1 Физический расчет удаления оперения 59
3.2 Анализ полученных результатов 64
Заключение 71
Список литературы 73
В науке и технике постоянно приходится сталкиваться со многими задачами, которые требуют больших затрат на эксперименты или которые невозможно решить аналитически. Существуют пакеты программ систем автоматизированного проектирования, существенно упрощающие расчеты по определению напряженно-деформированного состояния и несущей способности реальных конструкций самых различных отраслей техники и строительства. Результаты, полученные с помощью этих методов, имеют большое распространение во многих областях науки и техники.
Применение численных методов при проектировании различных конструкций и машин продиктовано необходимостью для постоянного повышения надежности и качества изделий, а также возможностью применять новые современные материалы, учитывать сложные условия работы современных конструкций, а также повышать их конкурентоспособность и надежность. Максимальный польза от использования технологий численного инженерного анализа достигается при условии, если их начинают использовать с самых ранних стадий проектирования. Придерживаясь данного условия возможно снизить стоимость изделия, вероятность возникновения рисков и срок выпуска изделия на рынок. [1]
В настоящее время возможности пакета прикладных программ позволяют рассчитывать и исследовать большой круг контактных взаимодействий: как расчет простых 2D задач, так и расчет сложных трехмерных задач с различными силовыми нагружениями и нелинейных моделей трения.
Целью работы является анализ моделей конструктивных узлов устройства обесперивания с использованием средств автоматизированного проектирования для решения задач напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов.
Задачи
1. Физический расчет параметров и сил, возникающих в рабочей зоне устройства.
2. Построение 3D модели устройства обесперивания центробежного типа.
3. Расчет напряженно-деформированного состояния рабочих деталей устройства при помощи пакета прикладных программ.
4. Анализ полученных результатов и определение рациональных параметров модели устройства обесперивания для последующей разработки конкурентоспособного изделия.
Методы моделирования
В данной работе проводилось моделирование устройства обесперивания центробежного типа, акцентированное для применения в малых частных хозяйствах.
Для моделирования использовалась система автоматизированного проектирования NX Siemens. Анализ полученных конструктивных узлов проводился методом конечных элементов в том же пакете прикладных программ.
Актуальность и научная новизна
Возможности внедрения новых высокоэффективных инженерных разработок в различных отраслях хозяйства в большинстве случаев зависит от точности расчетов на прочность, выполняемых на стадии проектирования. В связи с этим в последнее время весьма перспективным в науке становится направление на развитие и совершенствование новых эффективных методов расчета конструкций на прочность, жесткость и устойчивость.
Одним из самых распространенных численных методов решения линейных и нелинейных задач механики деформируемого твердого тела является метод конечных элементов (МКЭ). Благодаря своей универсальности и возможности полной автоматизации вычислительного процесса с помощью ЭВМ, МКЭ стал практически одним из основных численных методов для решения широкого круга краевых задач механики сплошной среды. Большое значение от использования технологий численного инженерного анализа является возможность снижения сроков выпуска продукта на рынок.
Основными недостаткам большинства российских публикаций об исследованиях с использованием инструментов САЕ следует отнести отсутствие информации о том, какая программа была использована и каким образом была сформулирована расчетная модель. Отсутствие такой важной информации затрудняет экспертную оценку достоверности полученных результатов, поскольку читатели лишены возможности повторить вычислительный эксперимент.
Перед нами стояла задача смоделировать устройство обесперивания используя средства автоматизированного проектирования для анализа напряженно-деформированного состояния конструктивных узлов с использованием метода конечных элементов. Поставленная задача решена в программном пакете NX Siemens.
В первой главе проводится обзор МКЭ, а также программных продуктов, использующих данный метод.
Во второй главе проводился обзор программных возможностей CAD/CAM/CAE-системы NX Siemens. Описывался детальный порядок выполнения моделирования в данном программном продукте.
В третьей главе выполнен физический расчет технологии и процессов обесперивания, где определены действующие нагрузки на различные органы в рабочей зоне. По полученным результатам выполнялся анализ напряженнодеформированного состояния моделей в САЕ-системе.
Для анализа барабана и активатора выполнен расчет с использованием материалов: полистирол, полипропилен и поливинилхлорид. Форма барабана выполнена цилиндрического и сферического типов. Габаритные размеры бильных пальцев принимались по данным известного производителя данного продукта.
Анализ построенных графиков показывает, что во всех случаях сферический тип барабана предпочтительнее цилиндрического. По параметру возникающих напряжении и по параметру перемещений, сферический корпус более устойчив. Величина возникающих перемещений в корпусе барабана очень важна. Большие значения перемещении ведут к неполному обеспериванию. Это связано с тем, что объект обесперивания начинает неравномерно прижиматься к бильным пальцам. Сферическая форма оказывает большое значение при создании аэродинамического потока. В цилиндрическом корпусе, при условии, что после загрузки верхняя часть барабана не закрывается крышкой, под действие вращения активатора оторванные перья и пух могут беспрепятственно подниматься наверх и вылетать в окружающую среду. В случае со сферическим барабаном, дугообразная внутренняя поверхность способствует закручиванию потока обратно в барабан.
Анализ графиков результатов для бильных пальцев показал, что с уменьшением твердости увеличивается их перемещение. Рационально использовать бильные пальцы с большим перемещение, ввиду увеличения площади контакта с перьевым покровом, что должно благоприятно сказаться на качестве обесперивания. Слишком твердый материал может повреждать кожу птицы, что неприемлемо. Результаты анализа показывают, что во всех случаях бильные пальцы выдерживают заданную нагрузку не разрушаясь.
Благодаря численному моделированию конструктивных узлов устройства обесперивания в САЕ-системе и анализу полученных результатов можно сказать, что данная работа способствует сокращению срока выпуска готового изделия на рынок.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
