Расчет на прочность в Autodesk Inventor (анализ напряжений)
Inventor позволяет выполнять расчет деталей на прочность. Расчет выполняется методом конечных элементов.
В данном видео уроке создадим деталь «стержень» и будем выполнять анализ напряжений для него. Создадим новый материал с необходимыми для расчета физическими свойствами и зададим его для детали.
Рассмотрим среду анализа напряжений. Создадим новое моделирование, зададим зависимости фиксации и нагрузку на деталь. Узнаем, каким методом выполняется расчет в программе. Зададим свойства сетки для повышения точности результата.
Выполним моделирование нагружения и просмотрим результаты расчета: напряжения, смещения и другие. Научимся повышать точность расчета путем задания локальной сетки меньшего размера.
Посмотрим анимацию нагружения. Научимся определять значение нагрузки в любой точке поверхности детали, а также расположение минимального и максимального значения.
Выведем отчет по проведенному моделированию, в котором будут указаны все результаты расчета.
Итак, смотрим видео:
Inventor позволяет выполнять расчет детали на прочность. Расчет выполняется методом конечных элементов.
Создадим новую деталь. Нарисуем окружность диаметром 20 мм с центром в начале координат. Принимаем эскиз.
Выполним операцию Выдавливание. Введем значение 300 мм. Нажимаем ОК. Назовем деталь Стержень и сохраним ее.
Для более точного выполнения расчета рекомендуется создать новый материал с подходящими физическими параметрами.
На вкладке Управление откроем Редактор стилей и создадим новый материал на основе материала Сталь низкоуглеродистая.
Выбираем Сталь низкоуглеродистая и нажимаем Создать.
Введем Имя – Сталь 3 пс. Укажем Плотность – 7,85, Модуль Юнга – 210, Коэффициент Пуассона – 0,3, Предел текучести – 245, Временное сопротивление (окончательный предел текучести) – 450 и сохраним данный материал.
Закроем Редактор стилей.
Правой кнопкой мыши нажмем на названии детали и откроем Свойства Inventor. На вкладке Физические выберем созданный материал Сталь 3 пс, применим и закроем.
На вкладке Среды выбираем Анализ напряжений.
На ленте становится доступным меню анализа напряжений.
Нажмем Создать моделирование, назовем его Расчет на изгиб. Остальные настройки оставим пока без изменений.
Нажимаем ОК.
Для начала проверяем, правильно ли назначен материал для расчета. Откроем Назначить материал, видим, что действительно назначена Сталь 3 пс.
Здесь же можно переопределить материал для расчетов на любой из доступных.
Нажимаем ОК.
Далее укажем зависимость для расчетов. Выберем Зависимость фиксации. Укажем на торцевые плоскости стержня.
На панели Нагрузки выберем Сила. Положение силы укажем на поверхности стержня.
Поставим галочку Использовать векторные компоненты. Введем точное значение силы – 1000 Н по оси Y. Поставим -1000 (минус), чтобы выбрать обратное направление силы.
В браузере отображаются соответствующие папки с зависимостями и нагрузками и можно в любой момент их отредактировать.
Теперь, когда заданы нагрузки и ограничения фиксаций, разберемся со способами разделения детали на конечные элементы.
Метод конечных элементов заключается в разделении объемного тела на конечное число фигур – тетраэдров.
На панели Подготовка есть пункт Вид сетки.
Для более точного получения результатов желательно настроить сетку. Нажмем значок Настройка сетки. Здесь можно задавать средний размер элементов. Введем 0,05, максимальный размер введем 0,1, коэффициент разнородности оставим без изменений, максимальный угол поворота – 20°.
В зависимости от мощности компьютера, можно задавать и меньшие значения – от этого будет зависеть точность расчетов.
Для выполнения расчета нажмем Моделировать. Нажимаем Выполнить.
Трехмерные напряжения и нагрузки образуются в нескольких направлениях. Эти многонаправленные напряжения суммируются для получения эквивалентного напряжения, которое также называется напряжением по Мизесу.
Результат расчета представляется именно напряжением по Мизесу.
Результат представляется в виде окрашивания детали различными цветами. Каждому цвету соответствует напряжение. Синий – минимальное. Красный – максимальное. В левой части экрана в виде графика показано соответствие цвета определенному числовому значению.
В браузере двойным щелчком мыши можно также выбирать другие полученные результаты.
Также в раскрывающихся папках можно просматривать напряжение, смещение и деформацию в каждом направлении.
Если нажать Вид сетки, то можно увидеть, что деталь разделилась на меньшие элементы.
С помощью функции Управление локальной сеткой можно задавать меньшие значения сетки для определенных участков детали. Это повышает точность расчетов.
Укажем торцевые плоскости стержня и зададим для них размер сетки 2 мм. Еще раз выполним моделирование. Можем увидеть, что сетка на данных гранях стала более мелкой. Результат расчета немного изменился.
На панели Результат можно просматривать анимацию нагружения.
Также можно указывать точку для Датчика и просматривать результат расчета для любой точки на поверхности детали.
На панели Отображение можно включить отображение минимального и максимального результата расчетов.
С помощью отображения Корректировки смещения можно выбирать множитель для более наглядного просмотра результатов.
На панели Отчет можно создавать отчет по всем результатам расчета. Он сохраняется в HTML файле. В отчете указываются все данные по расчету.
Показаны все нагрузки, зависимости, материал, а также все результаты расчетов.
Завершим анализ напряжений и сохраним деталь.
Прочностные анализы в Autodesk Inventor
Использование современных САПР предполагает не только создание цифровых прототипов, но и проведение инженерного анализа моделей деталей, узлов и изделий в целом. Autodesk Inventor содержит среду прочностного анализа деталей, позволяющую реализовать проверку моделей без испытания опытных образцов. Запуск среды прочностного анализа производится (рис. 1) в среде детали из меню-заголовка области панели командой Stress Analysis (прочностные анализы).
Рис. 1. Запуск среды прочностного анализа Autodesk Inventor из среды детали
Рис. 2. Среда прочностного анализа Autodesk Inventor: 1 — команды задания нагрузок (сил, давлений, моментов, гравитации); 2 — команды задания условий закрепления модели; 3 — команда запуска прочностного расчета; 4 — группа служебных команд (настройка цветовой схемы визуализации результатов расчета, генерация отчета в формате HTML, анимация нагружения, настройка расчетной сетки для модели, просмотр и редактирование параметров геометрии модели и нагрузок); 5 — экспорт модели и результатов расчета в формат среды ANSYS Workbench; 6 — краткая аннотация результатов (вариант анализа, единица измерения, максимальные и минимальные значения, дата и время расчета); 7 — цветовая схема-шкала визуализации результатов расчета; 8 — модель с отображаемыми нагрузками, визуализацией напряжений и деформаций в соответствии с цветовой схемой-шкалой, метками максимального и минимального значений; 9 — секция (в браузере) объектов нагрузок и условий закрепления с возможностью контекстного вызова редактирования (команда Edit); 10 — секция (в браузере) выбора вариантов анализа по результатам расчета; 11 — секция выбора материала (контекстной командой Edit);
12 — переключатель (в стандартной панели) отображения расчетной сетки на поверхности модели; 13 — отображение приложенных нагрузок; 14 — отображение меток максимума и минимума; 15 — масштаб деформаций (Undeformed — без деформирования, Actual — реальный масштаб)
Работа проектировщика в среде прочностного анализа Autodesk Inventor (рис. 2) сводится к выполнению следующих операций:
- создание модели детали и выбор материала;
- задание схемы нагружения (условий закрепления, моментов, сил, гравитации);
- определение параметров расчетной сетки для модели детали;
- запуск прочностного расчета с последующим анализом, корректировкой схемы нагружения и параметров геометрии модели детали.
Реализация прочностного расчета и работа с инструментарием
Рассмотрим работу в среде прочностного анализа на примере кронштейна с приложенной к его консоли сосредоточенной силой (рис. 3).
Рис. 3. Вариант расчетной схемы
Пусть кронштейн представляет собой модель, показанную на рис. 4.
Рис. 4. Модель детали-кронштейна
В контекстном меню детали в браузере Autodesk Inventor (см. рис. 4) с помощью команды Properties (Свойства) > Physical (Физические)→ Material (Материал) устанавливается материал детали (рис. 5).
Рис. 5. Назначение материала модели детали
Со свойствами выбранного материала (рис. 6) можно ознакомиться (или отредактировать их) с помощью команды меню Autodesk Inventor Format (Формат) → Styles Editor (Редактор стилей) → Material (Материал).
Рис. 6. Свойства материала модели детали
Среди прочностных характеристик выбираемого материала следует обращать внимание на Yield Strength (Предел текучести) и Ultimate Tensile Strength (Предел прочности). Именно эти характеристики определяют коэффициент запаса прочности модели детали по возникающим под нагрузками напряжениям.
Выполнив команду Stress Analysis (Прочностные анализы) (см. рис. 1), активируем для детали кронштейна среду прочностного анализа (см. рис. 2). Зададим условия закрепления командой Fixed Constraint (Связь фиксации) (см. рис. 2). В качестве контуров закрепления (рис. 7) укажем Location (Расположение) кромки отверстий под крепеж (см. рис. 3).
Рис. 7. Закрепление модели детали для последующего нагружения
Зададим условия гравитации командой Body Loads (Гравитационные нагрузки) (см. рис. 2). В качестве Earth Standard Gravity (Стандартной гравитации Земли) установим ее направление по -Y Direction (отрицательному направлению оси Y) и Magnitude (Величину), равную 9,81 м/с2 (рис. 8).
Рис. 8. Задание гравитации
Реализуем нагрузку по схеме с сосредоточенной силой (см. рис. 3). Для этого выполним команду Force (Сила) (см. рис. 2). В качестве Location (Расположения) укажем середину горизонтального ребра верхней полки кронштейна (рис. 9). В качестве направляющей действия силы укажем (с помощью модификатора Select Direction (Выбор направления)) одно из вертикальных ребер (установим переключателем Flip Force (Изменить направление силы) направление действия силы — вниз); альтернативное решение — воспользоваться опцией Use Components (Используя компоненты) и указать значение силы с соответствующим знаком в полях для направлений координатных осей (на рис. 9 введена сила, равная силе тяжести груза массой 1 кг).
Рис. 9. Задание нагрузки — сосредоточенной силы
Запуск прочностного расчета производится командой Stress Analysis Update (Обновление прочностного расчета) (см. рис. 2). На рис. 10 показаны результаты расчета для варианта Equivalent Stress (Приведенные напряжения), максимальное значение которых составило 30 МПа, что не превышает значения предела текучести (40,3 МПа) для выбранного материала — пластика (см. рис. 6).
Максимум напряжений расположен в области над верхним монтажным отверстием кронштейна (см. рис. 10). Переключая варианты расчета в секции Results (Результаты) браузера, можно получить графическое представление, например для Deformation (Деформаций) и Safety Factor (Коэффициента запаса прочности по пределу текучести). По результатам расчета, представленным на рис. 11, максимальные деформации составят 7,1 мм (на консоли кронштейна), а минимальный коэффициент запаса прочности — 1,3 (в точке с наивысшими приведенными напряжениями).
Рис. 10. Результат прочностного расчета для схемы с сосредоточенной силой: приведенные напряжения
Рис. 11. Результаты прочностного расчета: а — деформации; б — коэффициент запаса прочности
С помощью команды Stress Analysis Settings (Настройки прочностного анализа) настраивается сетка для расчета прочности модели. С помощью движка Mesh Relevance (Точность сетки) задается частота сетки (рис. 12), значение 0 соответствует сетке по умолчанию.
Флажок Result Convergence (Настройка по результатам расчета) позволяет системе устанавливать частоту сетки в зависимости от сходимости результатов при варьировании частоты сетки, варьирование прекращается при достижении менее чем 10%-ной разницы в результатах прочностного расчета. В результате в местах модели с наиболее сложным напряженным состоянием частота сетки может быть увеличена, а расчетные напряжения в локальных областях могут значительно превосходить напряжения, рассчитанные для равномерной сетки (см. рис. 12).
Рис. 12. Расчетная сетка с автоматической настройкой плотности в процессе обсчета модели и условий нагружения
Так, приведенные напряжения в микрообласти над верхним монтажным отверстием составили для адаптивной сетки 248 МПа (см. рис. 12), а для равномерной сетки — 30 МПа (см. рис. 10).
Вывод результатов прочностного расчета возможен в анимационный ролик с постепенным нарастанием нагрузок до номинальных заданных (команда Animate Results (Анимирование результатов) (см. рис. 2) позволяет осуществить предварительный просмотр, задать скорость воспроизведения и опции записи в видеофайл (рис. 13а)) и в HTML-документ, содержащий описание модели, нагрузок, расчетной сетки, результатов по вариантам с таблицами и цветовыми схемами (команда Report (Отчет) (см. рис. 2 и 13б)).
Рис. 13. Вывод результатов расчета: а — анимация; б — HTML-документ
Внесение изменений в геометрию модели детали позволяет при неизменной заданной схеме нагружения добиваться улучшения картины напряжений в конструкции. Например, добавление ребер жесткости в кронштейн (рис. 14) приводит не только к снижению пиковых напряжений до 9,6 МПа (сравните, например, с 30 МПа в результатах на рис. 10), но и к более равномерному распределению напряжения по объему детали.
Рис. 14. Оптимизация конструкции с целью уменьшения напряжений
Система Autodesk Inventor дает возможность проектировщику оперативно выполнять прочностной анализ модели деталей, задавая параметры их геометрии, свойства материала, различные условия нагружения и закрепления. Результаты прочностного анализа могут служить не только основанием для внесения изменений в конструкцию, но и одновременно помогают определить, какие именно изменения необходимо внести в модель в каждой конкретной ситуации.
Получить подробные консультации в отношении упомянутых в статье программных продуктов и их демо-версий вы можете у специалистов «Русской Промышленной Компании» (www.cad.ru).
- Autodesk
- Inventor
- Русская Промышленная Компания
Анализ прочности в Autodesk Inventor Professional 11
Из достоинств инструментария прочностного анализа AIP 11: интуитивность и качественная справочная поддержка, работа в едином пользовательском интерфейсе с моделью конструктора, легкий переход к коррекции модели и обратно без потерь информации о приложенных воздействиях, хранение информации в одной модели, быстрое получение отчета о результатах в формате html (см. прикрепленный файл)
К недостаткам следует отнести упрощенную настройку расчетной сетки, сильная зависимость результатов от величины сетки, неинформативное визуальное отображение приложенных нагрузок (в одном месте, а не к приложенному конструктивному элементу).
В целом инструмент достаточно мощный для проведения широкого спектра конструкционных расчетов (прочность и жесткость, частотный анализ), прост в освоении и использовании (даже в конструкторско-технологическом, а не в специализированном расчетном подразделении) и предоставляющий приемлемые результаты в кратчайшие сроки.
Расчет на те же параметры был проведен в используемом в настоящее время в процессе проектирования деталей узлов в ОАО «СКБ ПА» программном комплексе MSC.visualNastran 4D
Рисунок 8: Напряжение в конструкции корпуса
Рисунок 9: Деформация корпуса
Расхождения в значениях результатов можно объяснить различием конечно-элементных моделей и используемых математических аппаратов анализа.
При столь не значительных расхождениях в реультатах, стоит отметить, что модуль прочностного анализа AIP 11 прекрасно подходит для проведения конструктором предварительных расчетов НДС деталей конструкций при проектировании новых изделий.
Анализ напряжений сварной рамы
Вы можете опубликовать сообщение сейчас, а зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, войдите в него для написания от своего имени.
Примечание: вашему сообщению потребуется утверждение модератора, прежде чем оно станет доступным.
Сейчас на странице 0 пользователей
Нет пользователей, просматривающих эту страницу.
Сообщения
Автор: mamomot · Опубликовано: 1 час назад
Второе Приложение Б к ранее выложенной Нормали по сварке: «Элементы типовые. Конструкция размеры и технические требования». 9_0_3 Нормаль ОГТ Приложение Б.pdf
Автор: SergeyF · Опубликовано: 1 час назад
В каталогах производителей не указанна поверхностная закалка. Толкатели идут стандартной размерной линейкой, обычно 80/100/150/200/250, в дальнейшем они всегда обрезаются до необходимого размера. Если толкатель имел бы только поверхностную закалку, то он бы получал после обрезки «сырой» торец выходящий на фасонную поверхность формообразующей.
Автор: maxx2000 · Опубликовано: 1 час назад
В Creo11 можно будет считать теплопередачу между твердотельной геометрией и «жидким» телом
Автор: Jesse · Опубликовано: 2 часа назад
Ну в статике вашей арматуре вряд ли че то будет. Раз речь идёт про акустику, то тут уже вибрации в звуковом диапазоне , а это тысячи Герц. Ну и усталость смотреть.
Автор: Misha hm · Опубликовано: 2 часа назад
Готов поспорить, что это не так. Вот картинка: Опорная температура 273К. Температура горячей стенки задал как 90К, холодной — минус 10К. Легенда показывает абсолютные значения (так ведь?). Тогда это неправильно. Либо, это может быть правильно только в одном случае, если легенда в относительных (опорной) градусах.
Автор: SHARit · Опубликовано: 3 часа назад
Автор: maxx2000 · Опубликовано: 3 часа назад
@Барс между болтом и отверстием, между фланцем и прокладкой. Это называется жёсткий шарнир. Так называют потому что возможно только кручение или качание вокруг или вдоль оси но не происходит линейное перемещение. Если болтовое соединение заменить сваркой, то такое соединение станет жёстким. Между балкой и фланцем жёсткое соединение, между фланцем и прокладкой шарнир с 5 минуты приварено, приклеено — не шарнир.