Особенности геометрических и конечноэлементных моделей, используемых в расчетной схеме
создание документов онлайн
Документы и бланки онлайн

Обследовать

Особенности геометрических и конечноэлементных моделей, используемых в расчетной схеме

Механический Электроника



Отправить его в другом документе Особенности геометрических и конечноэлементных моделей, используемых в расчетной схеме Hits:



дтхзйе дплхнеофщ

Методы неразрушающего контроля. Общая характеристика методов неразрушающего контроля
Уравнения магнитостатики
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА
Расчет парового цикла подстроечного контура
Газовая сварка и наплавка
Полуавтомат для "вечной" лампы
Исследование пассивного четырехполюсника
ЗАО "РЯЗАНСКАЯ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩАЯ КОМПАНИЯ"
Постановка задачи оптимального проектирования применительно к корпусным деталям металлорежущих станков
ЗАМКНУТЫЕ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ДВИГАТЕЛЯМИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
 

Особенности геометрических и конечноэлементных моделей, используемых в расчетной схеме

Начальным этапом в конечноэлементном расчете корпусных деталей металлорежущих станков является построение геометрической и конечноэлементной модели рассчитываемой конструкции.

Геометрическая модель необходима для определения геометрической формы рассчитываемой конструкции, а конечноэлементная – содержит в себе по 939b16fj лную информацию о расположении узлов и конечных элементов, а также о взаимосвязях между отдельными узлами и элементами.

В принципе, имеется возможность проводить конечноэлементный расчет без использования геометрической модели, однако в таком случае при расчете необходимо вручную задавать координаты всех узлов и строить конечные элементы конечноэлементной модели, что практически невозможно для корпусных деталей металлорежущих станков ввиду сложности их геометрической формы.

При использовании геометрической модели данный недостаток отсутствует ввиду того, что в современных программах конечноэлементного анализа имеется возможность автоматически получать конечноэлементное разбиение рассчитываемой детали исходя из ее геометрической модели.  Это позволяет рекомендовать данный подход для моделирования корпусных деталей металлорежущих станков.

Деформации корпусных деталей могут моделироваться с использованием следующих типов конечноэлементных моделей:

1.     Из балочных и стержневых элементов;

2.     Из пластинчатых элементов;



3.     Из объемных  элементов.


Для каждого из данных вариантов тип геометрической модели должен соответствовать типу конечноэлемной модели. Т. е. для конечноэлементной модели из балочных или стержневых элементов геометрическая модель должна состоять из линий, для пластинчатых элементов – из поверхностей, для объемных элементов – из объемных тел.

В настоящей работе не рассматриваются конечноэлементые модели из балочных и стержневых элементов, т. к. они не обеспечивают соответствия геометрической формы модели и реальной конструкции.  Модели из пластинчатых элементов также не являются предпочтительными в связи с их недостатками, указанными в главе 1.

Исходя из этого, для расчета корпусных деталей металлорежущих станков следует использовать конечноэлементные модели из объемных элементов. Они имеют следующие преимущества по сравнению с моделями из пластинчатых элементов:

1.     Обеспечивают более точный учет геометрии корпусной детали. Имеется возможность учета многих элементов конструкции, недоступных для пластинчатых моделей.

2.     В современных CAD-системах объемные геометрические модели являются основным средством описания конструкции разрабатываемой детали и используются в качестве базы для выпуска конструкторской документации.
В данной ситуации поверхностная модель рассчитываемой конструкции требует того, чтобы она была построена заново, с нуля, а объемная может быть получена путем модификации указанной выше конструкторской модели, что обеспечивает значительно меньшие затраты времени и уменьшает вероятность появления ошибок.

3.     В поверхностных моделях имеется необходимость задавать и контролировать параметры конечных элементов (толщину)  для каждой поверхности. В объемных моделях такая необходимость отсутствует.


Основной недостаток объемных конечноэлементных моделей заключается в том, что они, как правило, требуют наличия большего числа степеней свободы, чем поверхностные и, соответственно, больших затрат вычислительных ресурсов. Однако с развитием вычислительной техники данная проблема становиться все менее значительной.

На рис. 2-2 – 2-9 представлены примеры объемных геометрических и конечноэлементных моделей, использованных автором при расчетах высокоточных токарных станков, выпускаемых ОАО «Красный пролетарий».

На основе выполненных расчетов корпусных деталей металлорежущих станков можно сделать следующие рекомендации по отношению к их  геометрическим и конечноэлементным моделям:

1.     Из геометрической модели должны быть исключены все конструктивные элементы, не оказывающие существенного влияния на деформации конструкции  (небольшие  отверстия,  приливы,  выемки  и  т.  п.).   Данное


 
Text Box: 



Рис. 2.2. Геометрическая модель несущей системы токарного станка МК6510Ф4 при изготовлении корпусных деталей из чугуна

Text Box: 
Рис. 2.4. Геометрические модели закладных элементов бетонной станины станка МК6510Ф4 и деталей, крепящихся к ним
Text Box: 
Рис. 2.3. Геометрическая модель несущей системы токарного станка МК6510Ф4 при изготовлении корпусных деталей из бетона



Text Box: 



Рис. 2.5. Геометрическая модель несущей системы токарного станка МК6521Ф3

Text Box: 
Рис. 2.7. Геометрическая модель корпуса шпиндельной бабки токарного станка 16К20
Text Box: 
Рис. 2.6. Геометрическая модель корпуса шпиндельной бабки токарного станка МК6510Ф4

Text Box: 




Рис. 2.8. Конечноэлементная модель несущей системы токарного станка МК6510Ф4 при изготовлении корпусных деталей из чугуна

Text Box: 





Рис. 2.9. Конечноэлементная модель корпуса шпиндельной бабки токарного станка МК6510Ф4

требование необходимо, в основном, для обеспечения более качественного конечноэлементного разбиения.

2.     Несмотря на наличие во многих CAE-системах собственных геометрических препроцессоров, геометрические модели следует строить в CAD-системах, а уже затем передаваться в CAE-системы через трансляторы. При этом желательно их строить путем упрощения уже
существующих конструкторских моделей.   
Данный подход обеспечивает лучшее качество и меньшие сроки подготовки геометрических моделей.

3.     Участки геометрической модели, на которых впоследствии будут прикладываться силы или условия закрепления, следует выделять в отдельные поверхности.

4.     Для конечноэлементной модели следует использовать сетку из тетраэдрических элементов второго порядка (с дополнительными узлами на серединах сторон).        
Преимущество тетраэдрических элементов перед элементами с другой топологией заключается в том, что при их использовании обеспечивается возможность автоматического разбиения геометрической модели на конечные элементы. Существующие в настоящее время алгоритмы разбиения на гексаэдрические элементы не обеспечивают возможности такой автоматизации разбиения для объемов сложной формы.         
Использование тетраэдрических элементов второго порядка обусловлено тем, что они дают более точные результаты по сравнению с тетраэдрическими элементами первого порядка (без дополнительных узлов на серединах сторон) при одном и том же количестве узлов в конечноэлементной модели.

5.     Следует сгущать конечноэлементную сетку вблизи точек,  смещения которых представляют интерес.

6.     Для оценки погрешности расчета, связанной с размерами конечных элементов, необходимо проводить расчет несколько раз для разных вариантов конечноэлементных сеток, отличающихся друг от друга размерами конечных элементов. При этом размеры конечных элементов для различных участков модели следует уменьшать пропорционально друг другу.