Применение CAE-систем в математическом моделировании станков
Покупка
Новинка
Тематика:
Технология машиностроения
Издательство:
Оренбургский государственный университет
Год издания: 2021
Кол-во страниц: 183
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
Профессиональное образование
ISBN: 978-5-7410-2695-3
Артикул: 839104.01.99
Доступ онлайн
950 ₽
В корзину
Данное пособие представляет собой руководство по использованию систем инженерного анализа в практике расчетов элементов несущих систем станков. В пособии изложена последовательность действий, выполняемых пользователем при проведении топологической оптимизации и расчётов элементов несущих систем станков: статического; модального; динамического. Пособие предназначено для обучающихся по образовательным программам высшего образования по направлениям подготовки, входящим в состав укрупненной группы направлений подготовки 15.00.00 Машиностроение всех форм обучения, преподавателей, научных работников, аспирантов, инженерно-технических работников, работающих в области машиностроения.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.01: Машиностроение
- ВО - Магистратура
- 15.04.01: Машиностроение
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Оренбургский государственный университет» А. Н. Поляков, И. П. Никитина ПРИМЕНЕНИЕ CAE-СИСТЕМ В МАТЕМАТИЧЕСКОМ МОДЕЛИРОВАНИИ СТАНКОВ Учебное пособие Рекомендовано ученым советом федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Оренбургский государственный университет» для обучающихся по образовательным программам высшего образования по направлениям подготовки, входящим в состав укрупненной группы направлений подготовки 15.00.00 Машиностроение Оренбург 2021
УДК 621.9.02:519.87(075.8) ББК 34.5-5-05я73 П 54 Рецензент – профессор, доктор технических наук А. И. Сергеев П 54 Поляков, А. Н. Применение CAE-систем в математическом моделировании станков [Электронный ресурс] : учебное пособие для обучающихся по образовательным программам высшего образования по направлениям подготовки, входящим в состав укрупненной группы направлений подготовки 15.00.00 Машиностроение / А. Н. Поляков, И. П. Никитина; Мво науки и высш. образования Рос. Федерации, Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. образования "Оренбург. гос. ун-т". - Оренбург : ОГУ. - 2021. - 183 с- Загл. с тит. экрана. ISBN 978-5-7410-2695-3 Данное пособие представляет собой руководство по использованию систем инженерного анализа в практике расчетов элементов несущих систем станков. В пособии изложена последовательность действий, выполняемых пользователем при проведении топологической оптимизации и расчётов элементов несущих систем станков: статического; модального; динамического. Пособие предназначено для обучающихся по образовательным программам высшего образования по направлениям подготовки, входящим в состав укрупненной группы направлений подготовки 15.00.00 Машиностроение всех форм обучения, преподавателей, научных работников, аспирантов, инженерно-технических работников, работающих в области машиностроения. УДК 621.9.02:519.87(075.8) ББК 34.5-5-05я73 ISBN 978-5-7410-2695-3 Поляков А. Н., Никитина И. П., 2021 ОГУ, 2021
Содержание Введение ............................................................................................................................... 5 1 Топологическая оптимизация конструкции «Стойка» ................................................. 6 1.1 Указания к выполнению индивидуального задания .............................................. 6 1.2 Создание базовой модели ......................................................................................... 8 1.3 Расчет упругих перемещений ................................................................................ 11 1.4 Расчет топологической оптимизации средствами Siemens NX .......................... 12 2 Топологическая оптимизация с использованием решателя «SOL 200» ................... 34 2.1 Указания к выполнению индивидуального задания ............................................ 34 2.2 Методика топологической оптимизации .............................................................. 36 3 Построение в системе Аnsys 3D-модели шпинделя и расчет его статических характеристик .................................................................................................................... 55 3.1 Указания к выполнению индивидуального задания ............................................ 55 3.2 Формирование геометрической модели шпинделя в системе Аnsys ................ 56 3.3 Здание условий закрепления и нагружения модели шпинделяа ........................ 65 3.4 Расчет и анализ результатов ................................................................................... 75 4 Расчет статических характеристик шпинделя с учетом неидеального стыка в опорах ................................................................................................................................. 78 4.1 Указания к выполнению индивидуального задания ............................................ 78 4.2 Определение статических характеристик шпинделя на основе решения контактной задачи в опорах ............................................................................................. 80 4.3 Определение статических характеристик шпинделя на упругих опорах.......... 97 5 Расчет контактного взаимодействия полусферы с пластиной .................................. 98 5.1 Указания к выполнению индивидуального задания ............................................ 98 5.2 Общие положения ................................................................................................... 99 5.3 Построение геометрической модели ................................................................... 100 5.4 Построение сеточной модели............................................................................... 102 5.5 Анализ поверхностей ............................................................................................ 110 5.6 Создание контактных пар ..................................................................................... 110 5.7 Закрепление ............................................................................................................ 114 5.8 Нагружение ............................................................................................................ 117 5.9 Решение .................................................................................................................. 118
6 Расчет контактного взаимодействия полусферы с пластиной с использованием Ansys Workbench ............................................................................................................. 122 6.1 Указания к выполнению индивидуального задания .......................................... 122 6.2 Построение геометрической модели ................................................................... 123 6.3 Начало работы в Ansys Workbench ...................................................................... 125 6.4 Создание блока в Ansys Workbench .................................................................... 126 7 Исследование статических и динамических характеристик несущей системы станка ................................................................................................................................ 145 7.1 Указания к выполнению индивидуального задания .......................................... 145 7.2 Построение сеточной модели несущей системы станка ................................... 146 7.3 Создание файла симуляции .................................................................................. 152 7.4 Решение и анализ результатов ............................................................................. 158 7.5 Модальный расчет ................................................................................................. 159 7.6 Частотный анализ .................................................................................................. 164 Список использованных источников ............................................................................ 176 Приложение А Термины, математическое описание топологической оптимизации ..................................................................................................................... 178 Приложение Б Контактная пара «Frictional»……………………….….…………..….182
Введение Современное машиностроительное производство в XXI веке представляет собой компьютерно-интегрированный машиностроительный комплекс. Все стадии производства ориентированы на использование цифровых технологий, а отдельные прогрессивные производства широко используют технологии искусственного интеллекта. Сегодня на повестке дня современного машиностроительного производства стоит не 3D-проектирование, а создание и использование цифровых двойников. Для машиностроительных изделий важнейшими критериями работоспособности являются жесткость, виброустойчивость, теплостойкость. Одним из развитых сегодня методов симуляции машиностроительных конструкций являются численные методы, в частности, метод конечных элементов, метод конечных разностей, методы оптимизации. Таким образом, при создании цифрового двойника современной машины необходимы компетенции в области реализации численных методов моделирования. Сегодня в машиностроительном производстве используется большое многообразие автоматизированных систем, реализующих инженерные компетенции. В данном пособии представлены примеры использования систем – Ansys (вместе с Workbench Ansys) и Siemens NX. В пособии существенное внимание уделено методики проведения топологической оптимизации. Так как топологическая оптимизация решает задачу оптимального распределения материала в конструкции при заданном нагружении и принятых геометрических, технологических, конструктивных, а также критериальных ограничениях. С учётом бурно развивающихся аддитивных технологий это позволяет её широко применять во всех сложных конструкциях машин для повышения эффективности производства.
1 Топологическая оптимизация конструкции «Стойка» 1.1 Указания к выполнению индивидуального задания Цель: формирование у обучающихся комплекса знаний, умений и получение навыков выполнения топологической оптимизации с использованием инструментальных средств Siemens NX. Задачи: 1 Изучить методику проведения топологической оптимизации с использованием инструментальных средств Siemens NX; 2 Создать в Siemens NX базовую модель конструкции для выполнения последующей её топологической оптимизации [1–9]; 3 Реализовать процедуру топологической оптимизации с использованием инструментальных средств Siemens NX; 4 Создать на базе результатов топологической оптимизации твердотельную модель. 5 Выполнить проверочный расчет; 6 Оформить отчет. Ход выполнения работы: 1 Изучить методику проведения топологической оптимизации инструментальными средствами Siemens NX с использованием методических пособий и встроенных в систему инструкций; 2 По согласованию с преподавателем создать в Siemens NX базовую модель конструкции для выполнения последующей её топологической оптимизации (это может быть один из элементов несущей системы проектируемой для выпускной квалификационной работы (ВКР) конструкции); 3 По согласованию с преподавателем выполнить решение одной из двух задач: «SOL101 Линейная статика»; «SOL103 Действительные собственные значения»:
3.1 Создать конечно-элементную модель – файл с расширением «fem»; назначить материал по согласованию с преподавателем; 3.2 Создать новую симуляцию – файл с расширением «sim»; назначить нагрузку и ограничения; 3.3 Получить решение и сохранить его в виде, необходимом для проведения последующего анализа; 4 Провести процедуру топологической оптимизации: 4.1 Выбрать вкладку «Topology Optimization»; 4.2 Вызвать диалоговое окно «Manage Bodies» и назначить необходимые ограничения для оптимизации; 4.3 Назначить материал вызовом одноименного диалогового окна; 4.4 Вызвать «Setup Optimization» для выбора целевой функции оптимизации, назначения геометрических и критериальных ограничений и запуска процедуры оптимизации; 4.5 Сохранить результаты оптимизации; 5 Создать на базе результатов топологической оптимизации твердотельную модель: 5.1 Создать базовый эскиз новой модели, позволяющий создать ограничивающее полученную после топологической оптимизации твердое тело; 5.2 Создать твердотельную базовую модель (либо использовать начальную модель – по согласованию с преподавателем); 5.3 На каждой грани базовой модели, используя результаты топологической оптимизации, создать эскиз новой твердотельной модели; 5.4 Вырезать, сформированные на предыдущем шаге, участки грани; 5.5 Сохранить полученную твердотельную модель для проведения последующего конечно-элементного анализа; 6 По согласованию с преподавателем для обновленной твердотельной модели выполнить решение одной из двух задач: «SOL101 Линейная статика»; «SOL103 Действительные собственные значения»;
7 Провести сравнительный анализ трех моделей: базовой; модели, полученной после топологической оптимизации; обновленной (по согласованию с преподавателем определить необходимость доработки модели); 8 Оформить отчёт. Содержание отчёта: 1 Базовая модель конструкции (ее описание должно сформировать однозначное представление об особенностях конструкции, для этого в отчёт могут быть включены эскизы); 2 Результаты решения для базовой конструкции одной из двух задач: «SOL101 Линейная статика»; «SOL103 Действительные собственные значения»; 3 Модель конструкции после топологической оптимизации (в отчёт необходимо включить скриншоты отдельных этапов реализации топологической модели), информационное окно результатов оптимизации и контурное представление упругих перемещений для сформированной после оптимизации конструкции; 4 Обновленная модель конструкции; 5 Результаты решения для обновленной конструкции одной из двух задач: «SOL101 Линейная статика»; «SOL103 Действительные собственные значения»; 6 Краткий описательный сравнительный анализ полученных результатов. 1.2 Создание базовой модели Прежде чем выполнять топологическую оптимизацию (приложение А) конструкции «Стойка» создадим базовую модель. На первом шаге построения твердотельной модели разработаем базовый эскиз (рисунок 1.1). На втором шаге используем команду «Вытягивание» с параметром «Расстояние» 2000 мм.
Рисунок 1.1 – Эскиз поперечное сечение На третьем шаге выполним вырез на 1975 мм по эскизу, представленному на рисунке 1.2. Рисунок 1.2 – Эскиз сечения полости На следующем шаге создадим эскиз для установочных элементов, как представлено на рисунке 1.3. Затем, используя команду «Вытягивание» с
параметром расстояние, равное 30 мм, создадим установочные элементы, которые
будем использовать для задания граничных условий. Отверстия в установочных
элементах имеют диаметр, равный 20 мм.
а)
б)
Рисунок 1.3 – Построение установочных элементов стойки
Для задания нагрузки создадим на верхней поверхности стойки кронштейны в
виде прямоугольных пластин 25х80х80 (длина х толщина х высота) (в мм).
Доступ онлайн
950 ₽
В корзину