Miroslav Stárek. Brno, 16. prosince ANSYS, Inc. All rights reserved. ANSYS, Inc. Proprietary

Autodesk Academia Forum 2010

Simulace a optimalizace návrhu a význam pro konstrukční návrh

Miroslav Stárek Brno, 16. prosince 2010 © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved.

11

ANSYS, Inc. Proprietary

Nástroj konstruktéra

Autodesk Inventor vám umožní: - být produktivní již od prvního dne jeho použití - pracovat s obzvláště vysokým výkonem při rozsáhlých sestavách - vytvářet náčrty s prvotním řešením funkčnosti a následným řešením tvaru - používat existující DWG výkresy AutoCADu - intuitivně vytvářet a modifikovat konstrukční sestavy - zachytit, sdílet a opakovaně využívat konstrukční znalosti - pracovat paralelně v širším týmu konstruktérů - používat konstrukční údaje o výrobku kdykoliv a kdekoliv - pracovat s rozhraním, které sleduje vaše pracovní postupy - vytvářet 2D výkresovou dokumentaci rychleji a přesněji než pomocí 2D CAD nástrojů

© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved.

2


Konstruktivní problém Vyřešení konstruktivního problému vyžaduje odhadnout požadavky, které budou na systém kladeny v budoucnu. Základní problém tvůrčího procesu spočívá v rozporu mezi informační určitostí a rozhodovací významností. Informační určitostí se rozumí množství informací o technickém objektu v dané době – z hlediska jeho budoucího vytvoření a provozování v budoucnu. Rozhodovací významností se rozumí vyjádření významu rozhodnutí v dané době – z hlediska vlivu na užitnou hodnotu objektu v budoucnu.

Praxe ukazuje, že největší význam pro budoucí kvalitu technického objektu mají rozhodnutí na přechodu mezi přípravnou a návrhovou etapou. Zde se rozhoduje o základní koncepci systému. © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved.

3


Konstruktivní problém Konstruktivní problém lze členit na: 1. Návrhový problém od nápadu (myšlenky, námětu, či příkazu) k definici technického řešení 2. Výrobní problém zahrnující proces od výkresové konstrukční dokumentace a technologických postupů pro vytvoření technického objektu 3. Kontrolní problém ● v procesu návrhu technického objektu „jak kontrolovat“ jeho navrhované prvky, aby svými vlastnostmi a chováním zajišťovaly požadované parametry technického objektu ● na konci výrobní etapy spočívající v ověřování vlastností technického objektu jako celku Jestliže je výsledkem řešení kontrolního problému v procesu návrhu technického objektu konstatování o vhodnosti návrhového modelu, přistupuje se k vypracování konstrukční dokumentace a technologických postupů © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved.

4


Hodnocení úrovně návrhu technických objektů Výběr „správného řešení“ V počáteční fázi návrhu technického objektu obvykle existuje vedle sebe několik jeho prvotních ideových návrhů. Jakým způsobem hodnotit a rozhodnout, který z návrhů je optimální? Hlediska posuzování technického objektu: a) technické b) ekonomické c) technicko-ekonomické Rozhodnutí o výběru „správného“ návrhu je důležitá a nesnadná mnohokriteriální činnost, spočívající téměř výhradně na konstruktérech a projektantech. Nesnadnost spočívá v jednak v tom, že rozhodnutí probíhá v podmínkách poměrně nízké informační určitosti a technickém objektu a jednak v mnohokriteriálním charakteru rozhodování. Výběr správného řešení úzce souvisí s kontrolním problémem.


5


Řešení kontrolního problému přinášejí numerické simulační metody FEM (Finite Element Metod) - MKP (metoda konečných prvků) je v současné době jedinou exaktní metodou, která umožňuje již ve fázi návrhu výrobku zjistit stav a vlastnosti analyzované součásti, skupiny, nebo celku v podmínkách zatížení, pro které byly projektovány. FEM představuje virtuální zkoušení technického objektu.


6


Kontrolní a variantní výpočet představuje základní a nejstarší kategorii výpočtů Výsledkem výpočtu je zjištění, zda technický objekt vyhoví zatížení a podmínkám, zadaným pro výpočet. Na základě zjištěných výsledků, například stavu deformace a napjatosti (tepla, akustického tlaku a podobně) je možné stanovit, nakolik jsou využity mechanické vlastnosti materiálu.


7


Optimalizační analýza Pokud se kontrolnímvýpočtem zjistí, že je součást předimenzovaná, nebo naopak nevyhovuje požadavkům, může být výpočet rozšířen o optimalizační analýzu. parametr t parametr materiál

parametr R

Citlivostní analýza (R, t, materiál) © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved.

Optimalizace rádiusu v místě lomu 8


Únava a životnost Současné FEM systémy umožňují na základě výsledků z FEM výpočtů následně posouzení životnosti technického systému, případně rozšířené o pravděpodobnostní analýzy.


9


Historie nasazení FEM 1852 Matematická torie pružnosti v analytickém tvaru /G. Lammé 1956 Metoda konečných prvků v maticovém tvaru /M. Tuner, fa. Boeing od 1962 první FEM programy (STRUDL, ASKA, STARDYNE) po 1968 vznik „velkých“ komerčních FEM programů (ANSYS, MARC, NASTRAN) po 1982 první FEM programy pro PC od 1985 FEM moduly pro CAD systémy 2006 ANSYS DesignSpace pro Autodesk Inventor z prostředí ANSYS Werkbench 2010 - aktuální stav integrovaných FEM systémů - všechny rozšířené CAD systémy mají v nabídce vlastní modul, nebo program pro FEM výpočty a zajištění přenosu dat do velkých FEM systémů - rozsah integrovaných FEM systémů zahrnuje lineární statiku, dynamiku a teplo - Integrované systémy jsou postaveny na CADovském prostředí /Workbench - pro používání integrovaných systémů postačuje znalost technické mechaniky na středoškolské úrovni a konstruktérské zkušenosti. Nutná je kvalitní podpora. © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved.

10


CAD programy a ANSYS výpočty z prostředí Inventor/MDT

Knowledge Capture

CAD/Geometry FEA Meshing

Optimization FEA Data

Durability Fatigue PreProcessing Analysis Post-Processing


11


FEM ve vzdělávacím procesu Současný stav na českých vysokých školách: Posluchači se seznamují s FEM (ANSYS) v základním kurzu technické mechaniky a poté případně na konstrukčně orientovaných katedrách. Odborné střední školy: ojedinělé aplikace integrovaných FEM programů /? Poznámka: u firem se setkáváme s více, než 50% podílem středoškoláků na konstruktérských pozicích. Středoškoláci jeví minimální zájem o používání FEM programů – na rozdíl od vysokoškoláků, kteří inklinují naopak k možnosti přístupu k velkým FEM programům. Vzdělávací proces v soudobém pojetí je převážně realizován jako proces, v rámci něhož se v konkrétní současnosti vychovává člověk pro blízkou budoucnost s využitím poznatků z doby minulé. /Přemysl Janíček, Hledání souvislostí


12


Miroslav Stárek. Brno, 16. prosince ANSYS, Inc. All rights reserved. ANSYS, Inc. Proprietary

Recommend Documents