Ахметова Ш.Д., доцент, кандидат технических наук
Бахтиярова А.Т., магистрант
Казахский Национальный Университет им.К.И.Сатпаева
Моделирование и методы
экспериментального исследования
После создания проекта обычно требуется ответить на некоторые
вопросы, например:
Может ли деталь сломаться?
Каким образом она будет деформирована?
Можно ли использовать меньший объем материала без ущерба
эксплуатационным характеристикам?
Моделирование с помощью программ
CAD/СAE (САПР) в частности программа SolidWorks может помочь нам решить следующие задачи:
Снизить затраты, выполнив тестирование модели на компьютере, а не в
процессе производственных испытаний.
Сократить время, необходимое для представления продуктов на рынок, путем
уменьшения количества циклов разработки изделия.
Оптимизировать разработку, выполнив моделирование концепций и сценариев
прежде, чем принять окончательное решение.
Программное обеспечение использует метод конечных элементов (МКЭ). МКЭ –
это численный метод анализа технических конструкций. МКЭ принят в качестве
стандартного метода анализа благодаря его универсальности и пригодности для
работы на компьютерах. МКЭ делит модель на много малых частей простых форм,
называемых элементами, эффективно заменяющими сложную задачу несколькими
простыми, которые необходимо решить совместно.
Элементы имеют общие точки, называемые узлами. Процесс деления модели на
малые части называется созданием сетки.
Рисунок 1 Модель детали САПР
Рисунок 2
Модель, разделенная на мелкие части (элементы)
Поведение каждого элемента по всем возможным сценариям опоры и нагрузки
хорошо известно. Метод конечных элементов использует элементы различных форм.
Реакция в любой точке элемента интерполируется из реакции узлов
элементов. Каждый узел полностью описывается рядом параметров, зависящих от
типа анализа и используемого элемента. Например, температура узла полностью
описывает его реакцию в термическом анализе. Для расчетов конструкции реакция узла представляется, в
целом, тремя перемещениями и тремя вращениями. Они называются степенями свободы
(DOF). Анализ с
использованием метода FEM называется анализом конечных элементов (FEA).
Программное обеспечение
предлагает следующие типы исследований:
Статические исследования (или исследования напряжения).
Динамические исследования.
Исследования потери устойчивости.
Термические исследования.
Нелинейные исследования.
Используемое нами исседование - исследования на ударную нагрузку. Кроме силы тяжести, указывается высота
сбрасывания или скорость во время удара. Программа решает динамическую задачу в
виде временной зависимости, используя эксплицитные методы интегрирования.
Преимущества анализа. После построения
модели необходимо удостовериться, что она эффективно работает, проведя
эксплуатационное тестирование. При отсутствии инструментов анализа настоящая
задача может быть решена только за счет выполнения дорогостоящих и затратных по
времени циклов разработки изделия. Цикл разработки изделия обычно включает
следующие этапы:
-Построение модели.
-Построение опытного образца конструкции.
-Эксплуатационное испытание опытного
образца.
-Оценка результатов эксплуатационных
испытаний.
-Изменение конструкции на основании
результатов эксплуатационных испытаний.
С помощью анализа можно выполнить данные задачи без лишних затрат времени и материалов, а в результате получить достоверные результаты.