Цифровая трансформация и всеобъемлющее инженерное моделирование с помощью ANSYS | ТЕХНОЛОГИИ, ИНЖИНИРИНГ, ИННОВАЦИИ

Начало работы

Механизм состоит из трех звеньев:

кривошип, на который подается приводящий момент (рис. 1);
кулиса, обеспечивающая выходное возвратнопоступательное движение (рис. 2);
камень, соединяющий кривошип с кулисой (рис. 3).

Рис. 1. Модель кривошипа

Рис. 2. Модель кулисы

Рис. 3. Модель камня

Основными параметрами для проектирования механизма являются:

давление, которое будет оказываться на цилиндры насоса в процессе работы;
скорость вращения кривошипа;
минимальный коэффициент запаса.

По этим параметрам были найдены первичные нагрузки на звенья и построены эпюры напряжений. По опасным сечениям последних определена первичная геометрия звеньев, на основе которой в Autodesk Inventor построены сами звенья. После этого начался основной этап работы — расчеты на напряжение с использованием системы Ansys и последующая оптимизация конструкции звеньев.

В Ansys Workbench существует множество различных модулей для расчета разнообразных изделий на многие параметры (рис. 4). В рассматриваемом случае применяется Static Structural, как один из самых простых способов определения механических свойств деталей.

Рис. 4. Модули Ansys Workbench

Рис. 5. Этапы работы
Static Structural

3d проектирование

Возможности предварительного анализа и исследования конструкций в ANSYS Discovery с каждой версией становятся все более доступными, позволяя минимизировать затраты и сроки проверки концептуальных идей. Введение интерактивной топологической оптимизации в реальном времени в ANSYS Discovery Live обеспечивает выведение концептуального проектирования на новый уровень, позволяя значительно снизить вес конструкции при сохранении прочности в автоматизированной и единой среде.

Новые функции ANSYS Discovery SpaceClaim, совместно с добавленными ограничениями и связями на этапе создания эскиза, позволяют значительно упростить управление параметрическим проектированием.

Ansys и оптимизация формы детали

Пожалуй, продолжу публикации по ANSYS, но попроще, заумные объяснения про конечно-элементный анализ, видимо, не зашел.

Итак, никаких солидов, только штатные инструменты (причем, они зачастую удобнее), стандартная сетка без кучи методов и выбора формы элементов.

Займемся оптимизацией треугольной пластины. Открываем ANSYS и вытягиваем в рабочее поле модуль Static Structural.

Материал автоматически определен — по умолчанию сталь, но при желании можно добавить любой другой.

Дальше кликаем дважды по ячейке Geometry. Или выбираем из списка SpaceClaim.

Открывается встроенный в ANSYS CAD. Он довольно прост и рисовать в нем можно практически без эскизов и размеров на них.

Для установки родного русского языка надо всего-то зайти в настройки и поставить его.

И все становится на родном великом и могучем. Правда после перезапуска у меня он слетает обратно на английский, но я уже привык к английскому, он тут везде.

Выбираем вид сверху.

И с помощью инструмента линия рисуем прямоугольный треугольник с катетами 30 и 20 мм.

Теперь нужно сделать скругления. Выбираем инструмент вытянуть, подводим к углу и тянем мышкой внутрь треугольника. Выставляем размер 2 мм.

Поступаем аналогично с двумя другими углами.

Теперь необходимо сделать отверстия. Входим в режим эскиза и рисуем окружности. Для того, что бы отверстия были концентричны со скруглениями тут имеются автоматические привязки. Достаточно подвести мышку к скруглению и появляется центр. Оттуда и рисуем окружность.

При рисовании окружности выставляем диаметр 2 мм. Аналогично рисуем 2 другие окружности.

Теперь необходимо придать объем фигуре. Выбираем вытянуть, нажимаем в область вытягиваемой фигуры и выбираем линейку, чтобы ввести толщину пластины. Без линейки можно вытянуть пластину,но нужную толщину не задашь.

Вытягиваем на 2 мм.

Помимо выдавленной детали у нас осталась поверхность с эскизом. Надо ее погасить.

Деталь готова, можно смело нажать на крестик в спейсклайме. Все само сохранится во временных файлах. Возвращаемся в схему проекта. Напротив геометрии у нас появилась галочка. Значит с ней все ок.

Дважды кликаем на Model, откроется ANSYS Mechanical. Да, тут интерфейс сугубо английский, никакого русского.

Для расчета необходимо построить сетку, о которой я писал в предыдущих постах про ANSYS (

тут

). Суть в том, что определение напряжений возможно при понимании какие напряжения возникают в стержнях сетки. И чем их будет больше, тем точнее можно определить напряжения в детали. Выбираем Mesh и жмем Generated mesh.

Получившаяся сетка из разряда ‘Ну такое…’.

Для улучшения ее выбираем Sizing, а там как на картинке ниже.

Proximity используется для измельчения сетки в тонких местах, а Curvature для измельчения вокруг окружностей и кривых, что бы отверстия не были квадратными, а форма приближалась к окружности. Для улучшения параметров сетки выбираем наилучшее качество. Для сравнения методов есть такая картинка.

Получившаяся сетка стала куда лучше. Нам ее хватит.

Теперь необходимо приложить нагрузку. Закреплять будем 2 отверстия, причем дадим возможность детали вращаться вокруг оси отверстий, а к третьему отверстию будет приложена сила через ‘установленный’ подшипник в отверстии. Cylindrical support применим к 2 отверстиям и нажмем apply.

Для задания возможности поворота вокруг оси необходимо освободить поддержку в тангенциальном направлении.

Теперь приложим усилие к третьему отверстию с помощью Bearing load.

Силу будем прикладывать не по вектору, а по компонентам вдоль каждой оси.

Как критерий оценки напряжений в детали будем использовать напряжения по Мизесу. В ветке solution выбирем его.

Теперь жмем Solve и смотрим на результат.

Собственно, все синее — металл, в котором нет никаких напряжений. И его можно безболезненно удалить. Этим мы и займемся. Закрываем Mechanical крестиком справа сверху и возвращаемся к схеме проекта. Видим модуль Topology Optimization и перетаскиваем его в ячейку Solution как показано на картинке.

Связи сами появятся и получится вот такая связка модулей.

Теперь дважды кликаем по ячейке Setup во втором модуле. Откроется Mechanical, только теперь в нем будет доступна еще одна ветка в древе расчетов.

В analysis settings указаны настройки критериев обрезки детали, приближенность к геометрии исходной детали.

В Optimization region указывается место или деталь в сборке к которой необходимо применить оптимизацию.

В ветке Objective — детали, к которым применяется оптимизация и методы.

В response constraint указывается сколько нужно оставить при обрезке детали. Критерии есть разные, масса, объем, напряжения и т.д. Мы хотим оставить 60% массы. Указываем это в соответствующей клетке.

В ветке Solution выставляем экспорт топологии в STL. Она нам понадобится до корректировки формы, что бы исключить некоторые уродства обусловленные качеством сетки. Ведь удаление материала происходит в ячейках, в которых наиболее низкие напряжения.

Теперь смело жмем Solve.

И видим то, чего нам понаотрезал ANSYS.

Собственно, если сделать сетку получше, то можно получить более точную форму.

Далее будем исправлять нашу деталь до приемлемого состояния. Закрываем Mechanical. И в схеме проекта жмем на ячейке Result — Transfer to Design Validation System.

Появится новый модуль Static Structural. Ячейка Result требует обновления, поэтому жмем Update на ней.

А потом обновляем связанную с ней ячейку Geometry.

Теперь дважды кликаем по ячейке Geometry и в SpaceClaim увидим 2 детали: исходную и экспортированную STL. Снимаем галочку с исходной детали.

Можно, конечно, преобразовать STL в солид за 1 клик мышки, но мы же не ищем легких путей. Преобразовать можно так.

Мы переходим в режим эскиза, выбираем грань на поверхности нашей STL.

И выделяем область вокруг детали, просто из угла в угол. Выделятся все грани на плоскости.

Теперь жмем Copy и Past.

Теперь у нас есть эскиз и деталь можно погасить.

Все эти неровности немного напрягают, поэтому неплохо бы их причесать. Для этого сначала проаппроксимируем кривые.

Не забывая поставить галочку.

После этого исправления сделаем внешнюю границу отверстий круглой. Рисуем окружности и отрезаем лишнее.

Теперь поправим прямые участки. Удаляем лишнее.

И рисуем прямые линии.

Добавляем скруглений по вкусу.

И вытягиваем на 2 мм.

И неплохо бы объединить грани.

Объединяем и получаем вполне приличную детальку.

Осталось проверить ее на воздействие нагрузки. Скрываем для физики все ненужное.

Выходим из спейсклайма. И кликаем дважды на ячейку Model. Жмем Yes на вопрос ‘Хотите ли перечитать данные?’

Теперь в Mechanical обновляем грани, т.е. указываем граничные условия и к каким граням они прикладываются. При перерисовке грани потерялись и нужно это исправить. Они помечены знаком вопроса.

После привязки нагрузок к граням жмем Solve и смотрим результат. Максимальные напряжения остались те же, а масса уменьшилась на 40%.

Если все устраивает, то смело закрываем Mechanical и возвращаемся в CAD, жмем Save as и выбираем наиболее приятный нам формат.

Гибкие материалы: гибкий — Викисловарь

А дальше, можно хоть чертежи делать, хоть в CAM запихивать или на печать отдавать.

Данный модуль задумывался для расчеты под печать металлов и пластиков в порошке (SLS/SLM),т.к. они ведут себя после спекания как изотропный материал и их легко можно посчитать. Думаю, что проведя немного опытов, можно подогнать свои цифры и под SLA и FDM.

P.S. Считалось и делалось гораздо быстрее, чем писал статью.

Emi scanner

В Electronics Desktop и SIwave теперь доступен инструмент EMI сканер, позволяющий производить анализ конструкции на наличие проблем воздействия электромагнитных помех (Electromagnetic Interference – EMI). Проблемы, связанные с EMI, могут возникнуть в конце цикла проектирования устройства, и. как правило. их довольно сложно и дорого устранять.

EMI сканер может автоматически произвести полный анализ платы на наличие распространенных нарушений при проектировании устройства, способных привести к проблемам электромагнитной совместимости и сделать устройство чувствительным к электромагнитным помехам или стать источником этих помех.

Низкочастотный электромагнитный анализ(LF) Конкуренция на рынке коммерческого программного обеспечения в области разработки электрических машин поторапливает разработчиков создавать все более интересные и востребованные возможности расчётных модулей.

В новой версии основная часть улучшенных технологий решателей связаны с облегчением решения задач, связанных с разработкой электропривода. Большой акцент сделан на формирование законченного процесса моделирования шума и вибрации электрических машин в диапазоне скоростей.

Важные улучшения сделаны в высокопроизводительных вычислениях, в частности декомпозиция сеточной модели гармонического решателя. Улучшена интеграция ANSYS Icepak AEDT в рабочее место для решения электротермических задач. Для индукционного нагрева подготовлен специализированный функционал связки решателей электромагнитного поля с ANSYS Fluent.

База данных и формат файлов

В программе ANSYS используется одна, центральная, база данных для всего набора сведений, относящихся к модели и результатам решения. Сведения о модели (включая данные о геометрии твердотельной и конечно-элементной моделей, свойствах материалов и т.д.) записываются в базу данных на стадии препроцессорной подготовки.

Нагрузки и результаты решения записываются процессором решения. Данные, полученные на основе результатов решения при их постпроцессорной обработке, записываются постпроцессором. Сведения, внесенные одним из процессоров, доступны, при необходимости, для других процессоров.

Файлы используются для пересылки данных из одной части программы в другую, для создания базы данных и для сохранения выходных результатов работы. Эти файлы включают файлы базы данных, результатов, графических объектов и т.п. Создаваемые программой файлы имеют формат ASCII (т.е. могут легко читаться и редактироваться) или двоичный формат.

По умолчанию бинарные файлы создаются программой ANSYS с использованием внешнего формата (IEEE Standard), обеспечивающего обработку данных различными аппаратными средствами. Например, данные о геометрии модели могут быть созданы пользователем в одной компьютерной системе, а затем без затруднений использованы другим пользователем программы, установленной на другой платформе.

Встраиваемое программное обеспечение

Обновленная версия ANSYS 2022 R1 предоставляет новые возможности для разработки и проектирования программного обеспечения в автомобильной отрасли, в том числе в сфере разработки беспилотных транспортных средств. ANSYS 2022 R1 обеспечивает проектирование и генерацию кода для многоядерных вычислительных систем, а также предоставляет расширенные возможности для тестирования.

Реализация новых возможностей направлена на оптимизацию процессов разработки критичных по безопасности систем с целью снижения финансовых затрат, а также времени, необходимого для сертификации. Обновленный ANSYS SCADE Suite упрощает и ускоряет разработку модельно-ориентированного программного обеспечения автомобилей, соответствующего таким промышленным стандартам как, например, ISO 26262 и AUTOSAR.

ANSYS SCADE Suite обеспечивает поддержку процессов разработки критических по безопасности приложений, предназначенных для параллельного вычисления на многоядерных платформах, включая Kalray MPPA, а также последнее поколение Infineon AURIX. SCADE Test Model Coverage является единственным инструментом, позволяющим выполнять единственное мероприятие, которое обеспечивает одновременное достижение целей по покрытию модели и структурному покрытию исходного кода.

Высокочастотный электромагнитный анализ (hf)

В обновлении 2022 R1 ANSYS в пакетах для высокочастотного анализах (High Frequency) представлено несколько довольно интересных возможностей. В HFSS изменения коснулись в основном решателей, благодаря которым расчет электромагнитных характеристик моделей с большим электрическим размером стал еще эффективнее.

Также была произведена интеграция пакета анализа электромагнитной совместимости EMIT в ANSYS Electronics Desktop, правда пока что в демоверсии. В 3D Layout дизайнере обновился механизм построения сетки, который теперь работает еще быстрее, чем раньше.

Также в 3D Layout стал доступен анализ поля в дальней зоне и постобработка результатов, аналогичная HFSS. В приложении Circuit Designer появились частотно-зависимые источники сигналов, для анализа характеристик излучения печатных плат. Эти источники могут быть использованы в 3D Layout Designer путем их добавления через динамическую ссылку.

В новой версии Electronics Desktop появилась возможность экспортировать изображения в высоком качестве (8K UHD) прямо через графический интерфейс. Также появилась возможность экспортировать анимацию в формате .WebM, совместимым с HTML5. Была улучшена анимация в Optimetrics и увеличена производительность при работе с 3D компонентами.

Интерфейс пользователя

Несмотря на то, что программа ANSYS располагает богатыми и сложными возможностями, ее организационная структура и «дружеский» графический интерфейс пользователя (GUI) делают изучение и применение программы очень удобным. Используется отвечающий современным требованиям интерфейс, созданный на основе разработки Motif Standard.

С помощью этого интерфейса обеспечивается удобный интерактивный доступ к функциям, командам, документации и справочным материалам программы, создается своего рода путеводитель, обучающий пользованию программой шаг за шагом при проведении анализа. В то же время программой предоставляется полная документация в интерактивном режиме и самая современная система HELP на основе гипертекстового представления для помощи опытным пользователям при выполнении сложных видов работ.

Существуют четыре общих метода ввода инструкций для программы, когда используются следующие возможности интерфейса: меню; панели диалога; линейка инструментов; непосредственный ввод команд.

Меню представляет собой перечень нескольких логически связанных процедур управления программой, которые расположены в отдельных окнах. К этим окнам, которые можно переместить или убрать с помощью мыши, доступ возможен в процессе работы.

Современные мегатренды, такие как 5G, беспилотные транспортные средства и электрификация, значительно меняют среду разработки продукта, усложняя предприятиям задачу по сохранению темпа развития в условиях сокращающихся бюджетов и сроков. Скорость, гибкость и доступность ANSYS 2022 R1 позволяют инженерам любого уровня подготовки применять его для разработки изделий следующего поколения.

Решения ANSYS 2022 R1, начиная с революционных подходов в ANSYS Fluent и заканчивая сверх-точными решениями для аддитивного производства и передовыми возможностями новой линейки продуктов ANSYS Motion, значительно повышают производительность во многих отраслях промышленности.

Механика жидкостей и газов

В новой версии ANSYS 2022 R1 основной упор был сделан на простоту и удобство использования CFD-инструментов. В частности, разработчики ANSYS Fluent добавили новые цветовые схемы, которые делают работу с Fluent ещё более приятной и комфортной. ANSYS Fluent стал намного интерактивнее, давая возможность пользователям с легкостью переносить настройки из одной расчетной сессии в другую.

Кроме того, разработчики Fluent продолжают развивать идею единого рабочего окна, в котором содержатся все основные инструменты, необходимые для успешного выполнения CFD-анализа. В свою очередь в ANSYS CFX существенно доработали инструмент, позволяющий задавать рабочие точки для выполнения ряда расчетов с созданием рабочей карты.

Была улучшена модель пленочного охлаждения, а за счет внедрения нового подхода для осуществления гармонического анализа удается значительно снизить время расчета турбомашин. Для возможности совместного моделирования в ANSYS CFX появилась поддержка технологии FMI 2.0 (Functional Mockup Interface), которая позволяет обмениваться данными со сторонними приложениями.

Механика твердого тела

Моделирование аддитивного производства в Workbench Additive в новейшей версии ANSYS 2022 R1 теперь проводится с учетом релаксации напряжений после термообработки. Также состоялся полноценный релиз модуля Additive Science, предоставляющий исследовательскую среду для вычисления оптимальных параметров процесса спекания.

Новая функция General Asymmetric для совмещения 3D и 2D осесимметричных деталей в одной модели снижает размер этой модели, тем самым экономя вычислительные ресурсы и время. В задачах топологической оптимизации теперь полностью поддерживаются тепловые граничные условия, что позволяет проводить связанные тепло-прочностные расчёты для оптимизации тепловых напряжений.

Новые возможности армирования элементов для температурного анализа позволяют более эффективно моделировать работу изделий, содержащих волокна или слои с тепловыми характеристиками, отличающимися от основного объёма материала. Кроме того, дополнены возможности акустического и гармонического расчётов, а также модулей AQWA и Workbench LS-DYNA.

Гибкие материалы: Работа мерчандайзером в Ростове-на-Дону

Моделирование задач обработки металлов давлением

Метод конечных элементов часто применяется для моделирования задач обработки металлов давлением. Однако при реализации этого метода инженер может столкнуться со следующими трудностями:

численные нестабильности — связаны с возможными процессами потери устойчивости (общей и местной): хлопки, образование складок и пр.;
сложность контактной задачи — в процессе расчета пятно контакта непрерывно меняется, детали проскальзывают друг относительно друга, возможен автоконтакт;
нелинейные модели материала — модели материалов заготовки и оснастки являются существенно нелинейными, необходимо учитывать пластическое, гиперупругое (формование упругими средами) деформирование, разрушение материала (резка, вырубка) и пр.;
большие деформации и перемещения — в процессе деформирования заготовка подвергается существенным деформациям, а также происходит сильное изменение формы детали;
низкая скорость процессов деформирования — большинство процессов ОМД являются квазистатическими или низкоскоростными.

Практика показала, что оптимальным способом решения задач ОМД с учетом всех этих особенностей является применение технологии явной динамики с технологией Mass Scaling (о ней будет подробно рассказано далее).

Моделирование на системном уровне

ANSYS 2022 R1 дополнен новыми функциями и возможностями, которые усиливают решения в области проектирования моделей системного уровня в различных отраслях и сферах применения, включая разработку беспилотных транспортных средств, электромобилей и цифровых двойников.

Обновление в ANSYS medini analyze ориентировано в большей степени на аэрокосмическую область. Добавлены и улучшены: встроенный редактор для оценки рисков (FHA), расширенный анализ дерева отказов (FTA) для моделей времени и риска, обмен данными анализа безопасности с FMEA MSR-XML.

Эти новые функции позволят быстрее и точнее выполнять анализ функциональной безопасности для ARP4761 и других стандартов безопасности. ANSYS Twin Builder теперь позволяет быстрее и эффективнее создавать, проверять и развертывать цифровые двойники. Новые и улучшенные функции включают в себя экспорт моделей и возможности создания их в режиме реального времени, новый инструмент создания динамических ROM моделей пониженного порядка, усовершенствования рабочих процессов с Modelica, а также шифрование IEEE VHDL-2008.

Новые предложения для Twin Builder включают Twin Builder Premium, который добавляет возможности создания динамического ROM, и Twin Builder Enterprise с возможностями экспорта моделей и создания их в режиме реального времени. ANSYS VRXPERIENCE занимает лидирующее положение в автономном проектировании, предоставляя новые возможности для разработки, виртуального тестирования и верификации.

Совместное моделирование с использованием ANSYS VRXPERIENCE и ANSYS SCADE позволяет ускорить разработку динамического поведения для систем интеллектуального освещения. Кроме того, ANSYS VRXPERIENCE Sensors обеспечивают наиболее полное и мощное моделирование датчиков на специализированном рынке.

И наконец, ANSYS VRXPERIENCE HMI, включающий приложения “Head-Up Display”, ”Perceived Quality” и “Sound Dimension”, допускает человеческий фактор в цикле разработки. Все эти функции объединяются в ANSYS VRXPERIENCE Driving Simulator, на платформе SCANeR, для повышения реалистичности сценариев, их моделирования и верификации.

О технологии
явной динамики

Для того чтобы объяснить, что такое явная динамика, а если точнее — динамика с явным интегрированием по времени, необходимо рассмотреть схемы интегрирования по времени, используемые для решения в задачах метода конечных элементов.

В первой схеме — неявной — время является неким параметром приращения нагрузок. На каждом шаге решатель, реализующий эту схему, увеличивает на некоторую величину время и нагрузки, а затем производит ряд итераций, чтобы добиться баланса энергий и сил в системе.

Величина шага по времени ограничивается только скоростью сходимости задачи, которая определяется степенью нелинейности процесса. Преимуществами этой схемы являются безусловная устойчивость интегрирования и консервативность по энергии (энергия системы сохраняется).

Во второй схеме — явной — время задействовано явным образом. На каждом шаге интегрирования решатель вычисляет размер шага по времени, пользуясь следствием из критерия Куранта — Фридрихса — Леви:

dtmax = b*SQRT(r/E) (1)

где b — характерный размер элемента; r — плотность, Е — модуль упругости материала.

Как видно из формулы, максимальный шаг по времени ограничен временем, за которое упругая волна преодолевает расстояние, равное самому маленькому элементу в системе. Если размер шага по времени превышает эту величину, решение становится неустойчивым.

Такое ограничение определяет процессы, которые обычно моделируются этим методом: удар, взрыв и т.д. Также большим достоинством данного метода является то, что он может легко просчитывать сильно нелинейные процессы, недоступные неявному методу. Длительные процессы просчитывать с помощью явной схемы (даже имея соответствующие компьютерные ресурсы) не рекомендуется: метод является условно консервативным по энергии и большое количество шагов по времени может привести к накоплению ошибки.

Об ansys explicit str

Создавая Explicit STR, разработчики стремились объединить силу решателя AUTODYN и удобство, простоту и мощь Workbench. И это во многом им удалось: постановка задачи осуществляется аналогично работе в ANSYS Mechanical и в полной мере реализует идеи простоты, ассоциативности и неразрушающего проектирования: граничные и начальные условия ассоциированы с геометрий, а не с сеткой и в любой момент могут быть добавлены, удалены и даже на время «погашены».

Сетка конечных элементов также строится с помощью ассоциированных с геометрией командусловий, задающих параметры ее построения (размер и форма элемента, алгоритм построения, сгущение и пр.), что позволяет легко выполнить повторное решение при изменении параметров сетки или геометрии.

Explicit STR является частью инфраструктуры Workbench, и это дает ей силу и возможности данной платформы (чего нет у других решателей явной динамики): параметрическая оптимизация, автоматическое многовариантное решение, двусторонняя связь с CADприложениями, использование библиотек материалов, а самое интересное — возможность реализации автоматических сложных многоэтапных и мультидисциплинарных расчетов (рис. 1), что является уникальной особенностью ANSYS Workbench.

Рис. 1. Мультидисциплинарный расчет в ANSYS Workbench

Обмен данными с другими системами

Программа ANSYS может обмениваться данными с большинством ведущих CAD-систем, и фирма ANSYS, Inc. активно работает со многими другими разработчиками с целью создания более совершенных расчетных средств, помогающих пользователям работать производительно. ANSYS, Inc. предоставляет удобный доступ к широкому набору средств инженерного поиска и предлагает разнообразные типы конечно-элементного анализа для сокращения цикла производства.

Существо технических решений, составляющих программу DDA (ANSYS Design Data Access – доступ пакета ANSYS к проектным данным), состоит в совмещении средств анализа с проектными данными и обеспечение функционального доступа к средствам анализа на основе современных и совершенных процедур обмена данными.

Программные продукты серии ANSYS DDA Connection обеспечивают точный импорт геометрической модели из CAD-систем, нанесение сетки высокого качества и получение результатов анализа для этих моделей. Анализ новых разработок и их составных частей проводится без дорогостоящего и длительного перестроения CAD-модели.

Программное средство DDA Interactive позволяет использовать для конечно-элементного анализа непосредственно CAD-модели за счет современного интерфейса и установления взаимосвязи между CAD-информацией и данными, требующимися для проведения анализа. Кроме того, возможности анализа и оптимизации программы ANSYS легко переносятся на CAD-модели за счет использования форматов IGES и STEP для пересылки геометрии или соответствующего интерфейса ведущих CAD-программ.

Программа ANSYS поддерживает совместимость со всеми этими и другими пакетами, которые построены с использованием общей технологии. Это дает гарантию, что пользователь не столкнется с непредвиденными трудностями при работе с пакетами численного моделирования, не обладающими развитыми возможностями анализа. В этом случае не так уж важно, используется ли какое-то приложение или CAD-система.

Еще одной программой, которая использует доступ к средствам анализа непосредственно из CAD-систем, является ANSYS/ProFEA. Эта программа дает возможность оптимизировать проект, созданный в пакете Pro/ENGINEER, обеспечивая пользователю доступ к полному набору инженерных решений.

Модуль PREP7 FEA Interface обеспечивает передачу данных из препроцессора CAD- систем в программу ANSYS. Этот интерфейс основан на передаче информации об узлах и элементах, поэтому пользователь CAD-системы получает доступ к возможностям программы ANSYS, используя привычную среду обмена данными.

Геометрическая модель на базе В-сплайнов (технология NURBS) передается в различные программы благодаря использованию открытых файловых стандартов, подобных формату IGES. Фирма ANSYS, Inc. разрабатывает трансляторы к программе ANSYS для программ анализа других разработчиков.

Файлы данных этих программ могут содержать только данные, относящиеся к конечным элементам: координаты узлов, связность элементов, а также свойства материалов и граничные условия. После трансляции и преобразования данных к формату препроцессора программы ANSYS, для дальнейшей обработки модели может использоваться полный набор средств препроцессора.

Оптика

ANSYS SPEOS расширяет возможности моделирования и ускоряет проектирование новых изделий, устраняя возможные проблемы на ранней стадии разработки. Теперь доступна улучшенная модель зрения для симуляции влияния внешних эффектов на восприятие человеческим глаз.

Гибкие материалы: Багеты и профили для натяжных потолков - виды и материалы

Улучшенный интерфейс ANSYS SPEOS позволяет достигать соответствия качества изделия требуемым характеристикам при помощи нового универсального механизма оптимизации, адаптированного для сложных оптических систем. В новой версии появился расширенный режим моделирования интеллектуального освещения, применяемого в автомобильной промышленности.

Подробнее о новых возможностях ANSYS вы можете узнать у специалистов нашей компании.

Оптимизация механизма

В процессе оптимизации для сохранения изначальных размеров механизма было принято решение использовать материал, наиболее подходящий под поставленные задачи, что привело к увеличению коэффициента запаса в 1,5 раза. Кроме того, на основе предыдущих предположений была проведена оптимизация геометрии звеньев. Всё это позволило получить следующие результаты:

1 Кривошип (рис. 18):

геометрия отверстия, на которое подается движущий момент, была переделана в целях соответствия ГОСТ на шпоночные соединения;
уменьшено количество материала во избежание появления практически ненагруженных частей. При проверке с расчетами массового случая численные значения реакции и момента практически совпали, что можно списать на погрешности, вызванные применением метода расчета балок к более сложной геометрии.

Рис. 18. Напряжения, действующие на 1-е звено после оптимизации

2 Камень (рис. 19): добавление фасок позволило значительно снизить напряжения.

Рис. 19. Напряжения, действующие на 2-е звено после оптимизации

3 Кулиса (рис. 20):

отверстие для камня сделано сквозным, удержание его внутри кулисы будет обеспечиваться усложненным основанием, что допустимо, так как главная цель — минимизация напряжений в процессе работы;
добавлены ребра жесткости с целью снижения нагрузки на изгиб вертикальной части;
с целью максимального исключения наличия практически ненагруженных участков в целом уменьшено количество материала в звене.

Рис. 20. Напряжения, действующие на 3-е звено после оптимизации

Расчет обработки металлов давлением в ansys explicit str

Рассмотрим применение ANSYS Explicit STR при выполнении реальной задачи. Некоторое время назад к специалистам нашей компании обратился разработчик шарового зажима «Мастер» (патент № 2233380 от 12.03.2003) Александр Слабинский. Зажим предназначен для разъемного соединения трех труб одинакового диаметра под углом 90°, например, в строительных лесах (рис. 2).

Рис. 2. Шаровой зажим «Мастер»

Рис. 3. Конструкция шарового зажима «Мастер»

Исходная конструкция зажима состояла из двух полусфер, стягиваемых болтом (рис. 3). Полусферы изготавливались методом фрезерования, что приводило к их удорожанию и низкой скорости производства. Возникла идея изготавливать полусферы методом холодной штамповки из стального листа.

Однако при отработке технологии, уже после изготовления пуансона и матрицы, стали возникать дефекты в виде штамповочных трещин (рис. 4). Разработчик шарнира попросил провести расчет процесса холодной штамповки, определить причины образования штамповочных трещин, а также дать рекомендации, как избежать проблем при производстве.

Рис. 4. Штамповочные трещины в половинке шарового зажима

На первом этапе расчета была построена полностью параметризованная модель в ANSYS Design Modeler (рис. 5). Параметризация позволяет легко проводить повторный расчет при изменении размеров конструкции. Далее в ANSYS Explicit STR была создана конечноэлементная модель на основе геометрии, заданы свойства материала заготовки и параметры процесса нагружения.

Рис. 5. Параметризованная модель заготовки и инструмента в ANSYS Design Modeler

Остановимся подробнее на параметрах задания нагружения и шага по времени. Опытным путем было определено, что оптимальным для решения задач ОМД является 100…1000 шагов интегрирования на 1 мм движения инструмента, при этом скорость движения инструмента равна 2 мм/мс.

При решении задачи использовалась величина 1000 шагов на 1 мм. Также применялся прием задания не перемещения инструмента, а скорости, чтобы обеспечить плавное начало и завершение движения инструмента. График изменения скорости движения инструмента приведен на рис. 6.

Рис. 6. Типовой график скорости инструмента
в задачах ОМД

Рис. 7. Результаты расчета штамповки половинки шарового зажима «Мастер»

В результате были получены картины эквивалентных напряжений и пластических деформаций, показанные на рис. 7. Из анализа этих результатов следует, что конструкция пуансона и матрицы приводит к концентрации напряжений в заготовке, причем место этой концентрации полностью соответствует местам образования штамповочных трещин в реальной заготовке.

По результатам расчета были сформулированы рекомендации, соблюдение которых позволяет избежать штамповочных дефектов:

использовать технологию горячей штамповки;
применять для заготовки отожженный нормализованный лист;
использовать материал с большим ресурсом пластичности;
изменить форму заготовки и инструмента.

Семейство ansys-программ

Совокупность программных средств фирмы ANSYS состоит из обширного семейства удобных, многоцелевых расчетных кодов, имеющих много общего и призванных удовлетворять потребности пользователя в решении обширного круга инженерных задач. Основной продукт, пакет ANSYS/Multiphysics, представляет собой достаточно исчерпывающее программное средство.

Все многочисленное семейство программных средств фирмы ANSYS разделяется на две категории.

Многоцелевая программа и ее подмножество:

ANSYS/Multiphysics, самый мощный, многоцелевой продукт компании, представляет собой программное средство анализа для широкого круга инженерных дисциплин, которое позволяет проводить расчетные исследования не только в таких отдельных областях знания, как прочность, распространение тепла, механика жидкостей и газов или электромагнетизм, но и решать связанные задачи. Эта изощренная программа обеспечивает оптимизацию проектных разработок на уровне, позволяющим моделировать инженерные проблемы в наиболее полной постановке.
ANSYS/Mechanical предоставляет широкие возможности для выполнения проектных разработок, анализа и оптимизации: решение сложных задач прочности конструкций, теплопередачи и акустики. Эта программа, обеспечивающая проверку правильности проектных работ, является мощным инструментом для определения перемещений, напряжений, усилий, температур и давлений, а также других важных параметров.
ANSYS/Structural выполняет сложный прочностной анализ конструкций с учетом разнообразных нелинейностей, среди которых геометрическая и физическая нелинейности, нелинейное поведение конечных элементов и потеря устойчивости. Используется для точного моделирования поведения больших и сложных расчетных моделей.
ANSYS/LinearPlus представляет собой более дешевый вариант пакета ANSYS/Mechanical для решения задач линейной статики (с нелинейными элементами зазора и большими прогибами балок и оболочек), динамики и устойчивости.
ANSYS/Thermal – это самодостаточная, отдельная программа, тоже отпочковавшаяся от пакета ANSYS/Mechanical, для решения тепловых стационарных и нестационарных задач.
ANSYS/PrepPost является программой, которая обеспечивает быстрое и удобное построение конечно-элементных моделей. Постпроцессор позволяет обрабатывать результаты всех видов анализа, доступных программе ANSYS.
ANSYS/ED представляет собой программу, обладающую возможностью расчетного кода ANSYS/Multiphysics, но имеющую ограничения по размерам расчетной модели. Этот доступный пакет является идеальным для обучения и подготовки персонала.

Автономные программы:

ANSYS/FLOTRAN – это удобное программное средство для решения разнообразных задач вычислительной гидроаэродинамики (CFD), включая ламинарное и турбулентное течение несжимаемых или сжимаемых потоков. Эта программа совместно с пакетом ANSYS/Mechanical образует уникальное расчетное средство с оптимизирующими возможностями, которое удовлетворяет самым разнообразным потребностям в области механики и физики.
ANSYS/Emag представляет собой самодостаточный пакет для численного моделирования электромагнитных полей и решения задач, связанных с явлениями электричества и магнетизма. В совокупности с другими пакетами фирмы ANSYS создает многообразные возможности для решения задач механики сооружений с учетом влияния гидродинамических и электромагнитных явлений.
ANSYS/LS–DYNA – это вариант пакета с решателем явного типа, который предназначен для решения прочностных задач динамики при больших нелинейностях. Эта программа может быть добавлена к уже имеющейся лицензии или использоваться автономно для численного моделирования процессов формования материалов, анализа аварийных столкновений и ударов при конечных деформациях, нелинейном поведении материала и контактном взаимодействии большого числа тел.
ANSYS/LS–DYNAPrepPost обладает всеми пре- и постпроцессорными возможностями пакета ANSYS/LS-DYNA, включая средства твердотельного моделирования, построения сетки, задания нагрузок и граничных условий, показа поверхностей и линий равного уровня, преобразования результатов и их анимации, но при отсутствии решателя.

Явная динамика
с mass scaling

Поскольку большинство процессов ОМД — квазистатические, выполнение подобных задач с помощью технологии явной динамики затруднено. Изза малого шага по времени такая задача может решаться очень долго. Поэтому применяют подход Mass Scaling — повышают плотность материала так, чтобы шаг по времени увеличился.

В Explicit STR встроен более сложный алгоритм под названием Selective Mass Scaling: пользователь задает нужный ему шаг по времени, а решатель автоматически увеличивает плотность материала элементов в зависимости от размера элемента так, чтобы шаг по времени, согласно критерию Куранта — Фридрихса — Леви (1), составил запрашиваемую величину.

Обратите внимание, что мы получаем не ту же самую задачу, а эквивалентную ей. Применять подход Mass Scaling возможно, поскольку потенциальная энергия системы (равная энергии деформации) существенно больше кинетической энергии системы, что характерно для квазистатических задач.