пятница, 9 января 2015 г.

Пример решения оболочечных задач в Autodesk Nastran In-CAD

Небольшой мануал использования Autodesk Nastran In-CAD

Некоторое время назад мною был написан курсовой проект в котором мне нужно было рассчитать на собственные частоты и формы колебания, а так же НДС вилки велосипеда. Одним из вариантов решения данной задачи был выбран расчет в среде Nastran In-CAD, который может быть интегрирован в CAD-системы SolidWorks и Autodesk Inventor.


Модель была построена в Autodesk Inventor и, что при правильном построении проблем для импортирования быть не должно. 



В данном случае предполагалось выполнить расчет в оболочечно-пластинчатой постановке, для этого геометрия строилась инструментами поверхностного моделирования. Конечная геометрия представляет собой сшивку всех поверхностей в единое тело. На рисунке ниже показана возможность изменения размерных параметров для получения различных вариантов геометрии, что может понадобится в процессе анализа или оптимизации конструкции. Оба варианта (правый и левый) отличаются шириной вилки, радиусом искривления и положением кронштейнов для тормозов. Все лишние поверхности, которые были необходимы в процессе построения, перед тем, как переходить к расчету желательно удалить.


Постановка задачи была - рассчитать деформации при нажатии тормозов со средней силой (плавное торможение) и посмотреть что произойдет с кронштейнами самих тормозов при таких нагрузках.

Ниже на видео показан небольшой видео-туториал для решения данной задачи.
Также в видео продемонстрирована подготовка модели для расчета "оболочечным" методом.
Для облегчения понимания, кроме видео, ниже представлена его стенограмма.


1.Для подготовки модели для расчета необходимо убедится что все поверхности сшиты и нет пересечений.

2.Поверхности не удаляются а лишь скрываются (могут возникнуть проблемы при импортировании)

3.Чтобы выбрать материал нужно щелкнуть вкладку materials и либо задать материал со своими характеристиками. Для прочностного анализа, в данном случае нам необходимы только модуль упругости материала (модуль Юнга) и коэффициент несжимаемости (к-т Пуассона). Для расчета на собственные частоты и формы - еще нужна плотность. 
В нашем случае выбирается из базы материал "Сталь". Модуль Юнга = 2,1Е5 МПа , к-т Пуассона = 0.3, Плотность 7.85Е-9  (данные вносятся с учетом выбранной системы единиц документа, в данном случае это миллиметры)

либо выбрать из библиотеки уже существующие


4.После выбора материала стоит создать набор физических свойств. В Сборке можно указывать отдельный тип свойств для каждой детали, в детали единый тип для всего. На выбор предоставляется: Beam, Shell или Solid (балочная, оболочечная или твердотельная постановка задачи). В нашем случае оболочечная постановка, т.е. выбирается тип Shell Elements. При этом с одним и тем же типом элементов для разных деталей может потребоваться разные физические свойства  т.к. они могут быть с разным материалом, разной толщиной или сечением. В нашем случае материал только один, он выберется автоматически. Толщину необходимо указать вручную. В нашем случае толщина 2 мм. Процесс задания показан на рисунке.

5.Следующим шагом является задание закрепления. В данном случае использовалось жесткое закрепление - Fixed по нижним кромкам, там где в реальной жизни крепится колесо к вилке.

 

6. Завершающим этапом для подготовки статического расчета является приложение нагрузок. Нагрузки приложены к кромкам кронштейнов крепления тормозов, но направлены противоположно друг другу. В связи с тем, что задача линейная, а нагрузка всего одна нет нужды задавать нагрузку точно такой как она есть в жизни (в нашем случае нагрузка точно и не известна, только порядок). Вместо этого можно задать нагрузку "единичную", т.е. такую которую потом просто домножить на коэффициент для получения реальной (как только она станет известной). В этом случае хорошо подходят нагрузки в стиле 1 Н, 100 Н, 1000 Н... и т.п. В дальнейшем зная реальную нагрузку мы получим коэффициент для умножения полученных результатов.

7. В самом начале так же бывали проблемы с построением конечно элементной сетки. Но они были связаны с изначальными ошибками в построении геометрии. При исправлении, проблемы с сеткой также являются  легко устранимыми путем обновления сетки. 

На текущий момент основной настройкой при создании сетки является задание среднего размера элементов по конструкции.
8.Перед запуском желательно проверить все ли параметры заданы и верно ли.

9. После чего происходит запуск задачи на расчет.

10.Задача решена!

11.Теперь мы можем посмотреть картины распределения напряжений, перемещений и их величины в отдельных точках, чтобы узнать не "сломалась" ли наша модель.

12. Отображение характера деформирования модели под нагрузкой. Перемещения показаны в масштабе для большей наглядности.

13. Картина распределения перемещений. Также есть возможность увидеть точки с максимальными и минимальными значениями перемещений. Минимальные, как и ожидалось в месте закреплений.

14. Также можно вывести одновременно и характер деформировани и картину распределения необходимых величин (в данном случае это перемещения.

Надеюсь что данного материала Вам хватит для экспресс знакомства с Nastran In-CAD, но в будущем планируются и другие публикации по теме.

Бадрашевский Алексей, для adsk.tmm-sapr.org