воскресенье, 26 января 2014 г.

Экспресс знакомство с Autodesk Simulation Mechanical

Данное видео посвящено экспресс знакомству с программным продуктом  Autodesk Simulation Mechanical (ASM).
В видео решается задача о статической прочности конструкции показанной на рисунке
 
Это задача из конкурса, который Autodesk проводил совместно с инженерным порталом GrabCAD. Под видео дана ссылка на данный конкурс: https://grabcad.com/challenges/autodesk-robot-gripper-arm-design-challenge.



Для показанной геометрии необходимо провести статический расчет и в дальнейшем оптимизацию геометрии, с целью уменьшения массы конструкции

Конструкция изготовлена из стали ASTM A36,  с Gт = 250 МПа (предел текучести)
Верхнее отверстие жестко закреплено, нижнее может вращаться вокруг собственной оси
Внизу к торцу конструкции приложена сила в 20 000 Н.

В данном видео, коротко и без подробных объяснений показывается выполнение статического расчета. Подробное видео и примеры оптимизации будут показаны позже.

Продолжим. Перед нами стартовое окно ASM, которое позволяет открыть существующие, либо начать новые задачи. ASM позволяет работать с достаточно большим перечнем геометрических файлов, которые можно открывать из родных форматов CAD программ. Также возможен импорт файлов из нейтральных геометрических форматов, и работа с расчетными файлами других CAE систем.


Следующим шагом необходимо выбрать тип задачи. В данном случае Нас устраивает тип задачи по умолчанию - а именно статическая задача с линейными свойствами материалов. Но при желании можно выбрать из широкого спектра вариантов.

После открытия геометрии мы видим интерфейс похожий на большинство современных CAD программ.
В нем есть панель инструментов выполненная в виде ленты, есть дерево, в данном случае оно содержит информацию по настройкам задачи. Есть большая графическая область для интерактивной работы. В ней кроме геометрии, отображается триада, привычные по другим продуктам Autodesk инструменты по управлению видовым окном. Также можно увидеть масштабную линейку с текущими единицами измерений. Управление положением модели управляется с помощью средней клавиши мыши. Вращение - осуществляется ее нажатием.


Для решения задачи нам необходимо задать тип элементов, свойства материала, создать конечно-элементную сетку, задать условия закрепления и нагружения и отправить на решение.

В дереве выбираем нашу деталь, по правой клавише мыши выбираем тип элемента Edit -> Element Type. Для данной задачи выберем тип элемента Brick.

Теперь двойным щелчком вызовем библиотеку материалов. При необходимости можно вводить механические свойства вручную, но можно выбрать и из базы. В нашем случае нам нужна сталь (Steel), ASTM, ASTM A36.

Сетку будем создавать с помощью инструментов ленты. Для этого перейдем во вкладку меш, и создадим сетку с настройками по умолчанию с помощью команды Generate 3d Mesh. Посмотрим характеристики у нас 500 элементов.

Теперь можно перейти к заданию граничных условий. Это выполняется с помощью вкладки Setup.
В верхнем отверстии нам необходимо осуществить жесткую заделку. Для этого воспользуемся инструментом General Constrain. В нашем случае нам нужно запретить все степени свободы. это можно сделать нажав на Fixed.

Во втором отверстии зададим ГУ с помощью Pin Constrain. Нам необходимо запретить осевые и радиальные перемещения, оставив касательные - т.е. вращательные.

Теперь зададим с помощью инструмента Force силу по нормали к нижнему торцу детали.

Все необходимые условия для расчета выполнены. теперь перейдем на вкладку Analysis и запустим на автоматический расчет с помощью Run Simulation. Теперь необходимо немного подождать.

Как только расчет будет окончен программа сразу перейдет в модуль работы с результатами.
Для лучшего восприятия все результаты ASM показывает цветом. Синее - минимум, красное - максимум. Для понимания порядка на окне отображена легенда - какому цвету соответствует какое значение.

На ленте показано что отображается в данный момент. По умолчанию это результаты расчета перемещений. Они не должны превышать 8 мм, а у нас получилось 0.3 что существенно меньше, и значит по перемещениям у нас все в порядке.
Теперь выведем эквивалентные напряжения по Мизесу. В условиях сказано что они не должны превышать 82 МПа, а у нас 18 При этом в большей части конструкции и того меньше.

таким образом по всем результатам у нас есть запас и действительно конструкцию желательно оптимизировать.

Более детально  с демонстрацией основных инструментов и принципов работы  в ASM, будет показана позже.


Спасибо за внимание.