Компьютерные системы анализа прочности и динамики машин

Содержание

Слайд 2

Объем учебных занятий Лекции – 16 часов Лабораторные занятия – 34

Объем учебных занятий

Лекции – 16 часов
Лабораторные занятия – 34 часа
Самостоятельная работа

– 30 часов
Всего - 80 часов
Зачет
Слайд 3

Распределение рейтинг-баллов по учебным модулям и видам занятий

Распределение рейтинг-баллов по учебным модулям и видам занятий

Слайд 4

Рекомендуемая литература

Рекомендуемая литература

Слайд 5

Рекомендуемая литература

Рекомендуемая литература

Слайд 6

Задачи изучения дисциплины Студент, изучивший дисциплину должен знать: основы построения трехмерных

Задачи изучения дисциплины

Студент, изучивший дисциплину должен знать:
основы построения трехмерных моделей

машиностроительных объектов;
основные принципы решения задач инженерного анализа динамики и прочности машин;
современные компьютерные системы автоматизированного проектирования (CAD) и системы инженерного анализа (CAE).
Студент, изучивший дисциплину должен уметь:
строить трехмерных твердотельные модели в современных CAD-системах;
производить инженерный анализ динамики и прочности машин в современных CAE-ситемах;
творчески применять полученные знания при решении задач инженерного анализа машиностроительных объектов
Слайд 7

Введение в инженерный анализ Научно технический прогресс и потребности общества в

Введение в инженерный анализ

Научно технический прогресс и потребности общества в новых

разработках и технологиях обусловили необходимость выполнения проектных работ большой сложности в максимально короткие сроки.
Возможность сокращения времени разработки и повышения качества проектирования появилась благодаря созданию CAD/CAM/CAE систем.
Слайд 8

Введение в инженерный анализ CAD – Сomputer-Aided Design. Общий термин CAD

Введение в инженерный анализ

CAD – Сomputer-Aided Design.
Общий термин CAD

используется для обозначения семейства программ, которые предназначены для создания 2-х и 3-х мерных геометрических моделей изделий, а также генерации стандартных чертежей их сопровождения.
CAE – Computer-Aided Engineering
CAE система автоматизированного анализа проекта методом конечных элементов МКЭ (FEA, Finite Element Analysis). Используется для анализа напряжений, деформаций, тепловых полей и др. с целью оптимизации параметров конструкций.
CAM – Computer-Aided Manufacturing.
Аббревиатура CAM используется для обозначения систем автоматизированной подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ.
Слайд 9

Введение в инженерный анализ Основные задачи решаемые CAD-системами 1 Создание 2-х

Введение в инженерный анализ

Основные задачи решаемые CAD-системами
1 Создание 2-х (2D) и

3-х (3D) - мерных геометрических моделей объектов проектирования;
2 Создание рабочих чертежей в соответствии с требованиями стандартов на основе 3D моделей;
3 Виртуальная сборка из 3D моделей деталей отдельных узлов и машин в целом;
4 Кинематический анализ работы механизмов; C3
5 Экспорт геометрических моделей;
6 Импорт геометрических моделей.
Слайд 10

Введение в инженерный анализ Основные задачи решаемые CAЕ-системами 1 Создание 2-х

Введение в инженерный анализ

Основные задачи решаемые CAЕ-системами
1 Создание 2-х (2D) и

3-х (3D) - мерных геометрических моделей объектов анализа
2 Моделирование и анализ напряжений и деформаций деталей и узлов на основе 2D и 3D моделей объектов C4
3 Моделирование и анализ кинематики и динамики механизмов. C5
4 Моделирование и анализ тепловых полей объектов
5 Моделирование и анализ газодинамических процессов C6
6 Моделирование и анализ электромагнитных полей и др.
Слайд 11

Введение в инженерный анализ Основные задачи решаемые CAM-системами 1 Создание 2-х

Введение в инженерный анализ

Основные задачи решаемые CAM-системами
1 Создание 2-х (2D) и

3-х (3D) - мерных геометрических моделей изготавливаемых деталей и элементов технологической оснастки.
2 Проектирование технологических операций с определением состава переходов, применяемых инструментов и режимов резания.
3 Моделирование и анализ траектории перемещения инструментов на отдельных технологических переходах.C7
4 Анимационное моделирование технологических операций в целом с определением оперативного времени операции.
5 Формирование управляющих программ для станков с ЧПУ
Слайд 12

Введение в инженерный анализ Основные задачи решаемые CAM-системами 1 Создание 2-х

Введение в инженерный анализ

Основные задачи решаемые CAM-системами
1 Создание 2-х (2D) и

3-х (3D) - мерных геометрических моделей изготавливаемых деталей и элементов технологической оснастки.
2 Проектирование технологических операций с определением состава переходов, применяемых инструментов и режимов резания
3 Моделирование и анализ траектории перемещения инструментов на отдельных технологических переходах
4 Анимационное моделирование технологических операций в целом с определением оперативного времени операции
5 Формирование управляющих программ для станков с ЧПУ
Слайд 13

Введение в инженерный анализ Моделирование деформаций и напряжений шпинделя токарного станка в среде CAE системы

Введение в инженерный анализ

Моделирование деформаций и напряжений
шпинделя токарного станка в среде

CAE системы
Слайд 14

Обзор CAD/CAE систем

Обзор CAD/CAE систем

Слайд 15

Обзор CAD/CAE систем Unigraphics NX Разработчик Unigraphics–Solutions Inc., USA (http://www.plm.automation.siemens.com/ru_ru/) Unigraphics

Обзор CAD/CAE систем Unigraphics NX

Разработчик Unigraphics–Solutions Inc., USA (http://www.plm.automation.siemens.com/ru_ru/)
Unigraphics NX

- CAD/CAE/CAM-система высокого уровня, предназначенная для решения всего комплекса задач, стоящих перед инженерами на всех этапах создания сложных технических изделий:
проектирование и конструирование;
инженерный анализ и оптимизация конструкции;
программирование изготовления.
Слайд 16

Обзор CAD/CAE систем Unigraphics NX В состав Unigraphics входят следующие модули:

Обзор CAD/CAE систем Unigraphics NX

В состав Unigraphics входят следующие модули:
UG/Gateway

– этот модуль поддерживает автоматизированное рабочее место проектировщика, которое связывает все модули в единую среду;
UG/Solid Modeling – обеспечивает трехмерное твердотельное моделирование;
UG/FeaturesModeling – данный модуль позволяет создавать и редактировать типовые геометрические элементы;
UG/Freeform Modeling – обеспечивает проектирование поверхностей сложной формы;
UG/User-Defined Features обеспечивает интерактивные средства параметрического проектирования изделий;
UG/Drafting – этот модуль обеспечивает создание чертежей из любых трехмерных твердотельных моделей;
UG/Assembly Modeling – модуль создания и редактирования сборок;
UG/Advanced Assemblies – это приложение, объединяющее возможности ускоренного отображения на экране тонированных или закрашенных изображений и анализа зазоров.
Слайд 17

Обзор CAD/CAE систем Unigraphics NX

Обзор CAD/CAE систем Unigraphics NX

Слайд 18

Обзор CAD/CAE систем CATIA Mechanical V6 Разработчик Dassault Systemes, Франция (http://www.3ds.com)

Обзор CAD/CAE систем CATIA Mechanical V6

Разработчик Dassault Systemes, Франция (http://www.3ds.com)
CATIA

– интегрированная CAD/CAM/CAE система для описания изделия и его моделирования на разных этапах жизненного цикла. Разработана в 1998 году на основе нового ядра CNEXT, содержащего средства как для описания геометрии изделия, так и для описания процессов его создания, с возможностью сохранять и накапливать используемые при этом приемы и методы в виде корпоративных знаний. Идеи заложенные в основе системы, позволяют исключительно быстро развивать и наращивать ее функциональность в желаемом направлении. В этом – ее основное отличие от программных продуктов других компаний-разработчиков.

.

Слайд 19

Обзор CAD/CAE систем Pro/Engineer Parametric Technology Corporation (PTC), USA (http://www.ptc.com/ )

Обзор CAD/CAE систем Pro/Engineer

Parametric Technology Corporation (PTC), USA
 (http://www.ptc.com/ )
Pro/Engineer –

CAD/CAM/CAE система высокого уровня. Включает в себя все необходимые модули для твердотельного моделирования деталей, сборок и создания чертежной документации. Обеспечивает анализ и оптимизацию конструкций деталей и узлов методом конечных элементов. Имеет программные модули для проектирования сварных конструкций, программирования обработки на станках с ЧПУ.
Слайд 20

Обзор CAD/CAE систем Autodesk Inventor Разработчик: Autodesk, USA (http://www. autodesk.com) Autodesk

Обзор CAD/CAE систем Autodesk Inventor

Разработчик: Autodesk, USA
(http://www. autodesk.com)
Autodesk Inventor

– CAD система трехмерного параметрического моделирования объектов большой сложности. Имеет возможности моделирования кинематики различных механизмов. Моделирование сборок неограниченного объема, прогрессивный интерфейс, позволяющий освоить работу с программой за несколько дней. Поддерживает данные, выполненные на платформе AutoCAD.
Слайд 21

Обзор CAD/CAE систем SolidWorks Разработчик: SolidWorks Corp. США. (http://www. solidworks.com) SolidWorks

Обзор CAD/CAE систем SolidWorks

Разработчик: SolidWorks Corp. США. (http://www. solidworks.com)
SolidWorks -

мощное средство проектирования, базирующееся на передовых технологиях гибридного параметрического моделирования, интегрированных средствах электронного документооборота SWR-PDM/Workflow и широком спектре специализированных модулей. Русифицирован, поддерживает ЕСКД.
Слайд 22

Обзор CAD/CAE систем AutoCAD Разработчик: Autodesk, USA (http://www. autodesk.com) Самая популярная

Обзор CAD/CAE систем AutoCAD

Разработчик: Autodesk, USA
(http://www. autodesk.com)
Самая популярная

в мире среда автоматизированного проектирования, избранная многими разработчиками в качестве базовой графической платформы для создания машиностроительных, архитектурных, строительных, геодезических программ и систем инженерного анализа. Основным преимуществом системы, является ее открытость для создания собственных высокоавтоматизированных приложений.
Слайд 23

Обзор CAD/CAE систем КОМПАС-3D Разработчик: Аскон, Россия (http://www. ascon.ru) Система КОМПАС-3D

Обзор CAD/CAE систем КОМПАС-3D

Разработчик: Аскон, Россия
(http://www. ascon.ru)
Система КОМПАС-3D позволяет

реализовать классический процесс трехмерного параметрического проектирования — от идеи к ассоциативной объемной модели, от модели к конструкторской документации.
Основные компоненты КОМПАС-3D — собственно система трехмерного твердотельного моделирования, универсальная система автоматизированного проектирования КОМПАС-График и модуль проектирования спецификаций. Все они легки в освоении, имеют русскоязычные интерфейс и справочную систему.
Слайд 24

Обзор CAD/CAE систем T-Flex Разработчик: Топ-Системы, Россия (http://www. ascon.ru) Программный комплекс

Обзор CAD/CAE систем T-Flex

Разработчик: Топ-Системы, Россия (http://www. ascon.ru)
Программный комплекс T-FLEX

позволяет организовать работу на всех этапах жизненного цикла изделия, Комплекс программ позволяет создать единую среду конструкторского и технологического документооборота при подготовке производства. Пользователь получает широкие возможности по управлению номенклатурой и структурами изделий. В ходе работ обеспечивается чёткое взаимодействие всех участников процесса технической подготовки производства.
Слайд 25

Обзор CAD/CAE систем T-Flex Основные программные модули T-Flex T-FLEX Технология 2010

Обзор CAD/CAE систем T-Flex

Основные программные модули T-Flex
T-FLEX Технология 2010

T-FLEX CAD 12
T-FLEX ЧПУ
T-FLEX DOCs 2010
T-FLEX Анализ
Слайд 26

Обзор CAD/CAE систем T-Flex

Обзор CAD/CAE систем T-Flex

Слайд 27

Обзор CAD/CAE систем ADEM Разработчик: Группа компаний ADEM, Россия (http://www. adem.ru)

Обзор CAD/CAE систем ADEM

Разработчик: Группа компаний ADEM, Россия (http://www. adem.ru)
Интегрированная

CAD/CAM/CAPP система ADEM предназначена для автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства.
В состав программного комплекса входят инструменты для автоматизации:
проектирования, конструирования и моделирования изделий;
оформления чертежно-конструкторской документации в соответствии с требованиями ЕСКД;
проектирование техпроцессов и оформления технологической документации в соответствии с требованиями ЕСТД;
программирования оборудования с ЧПУ;
управления архивами и проектами.
Слайд 28

Обзор CAD/CAE систем ANSYS Разработчик: Ansys Inc., USA (http://www.ansys.com) Это универсальная,

Обзор CAD/CAE систем ANSYS

Разработчик: Ansys Inc., USA (http://www.ansys.com)
Это универсальная, «тяжелая»

CAE система, предназначенная для решения в единой среде на одной и той же конечно-элементной модели задач по прочности, теплу, электромагнетизму, гидро-газодинамике, многодисциплинарного связанного анализа и оптимизации на основе всех выше приведенных типов анализа.
Слайд 29

Обзор CAD/CAE систем NASTRAN Разработчик: MSC.Software, USA (www.plm.automation.siemens.com/ru_ru/) MSC.Nastran CAE- система,

Обзор CAD/CAE систем NASTRAN

Разработчик: MSC.Software, USA (www.plm.automation.siemens.com/ru_ru/)
MSC.Nastran CAE- система, обеспечивающая полный

набор расчетов, включая расчет напряженно - деформированного состояния, собственных частот и форм колебаний, анализ устойчивости, решение задач теплопередачи, исследование установившихся и неустановившихся процессов, акустических явлений, нелинейных статических процессов, нелинейных динамических переходных процессов, расчет критических частот и вибраций роторных машин, анализ частотных характеристик при воздействии случайных нагрузок, спектральный анализ и исследование аэроупругости
Слайд 30

Обзор CAD/CAE систем APM WinMachine Разработчик: НТЦ «АПМ», Россия (http://www.apm.ru/rus/) APM

Обзор CAD/CAE систем APM WinMachine

Разработчик: НТЦ «АПМ», Россия (http://www.apm.ru/rus/)
APM

WinMachine - CAD/CAE система автоматизированного расчета и проектирования механического оборудования и конструкций в области машиностроения, разработанная с учетом последних достижений в вычислительной математике, области численных методов и программирования, а также теоретических и экспериментальных инженерных решений. Эта система в полном объеме учитывает требования государственных стандартов и правил, относящихся как к оформлению конструкторской документации, так и к расчетным алгоритмам.
Слайд 31

Интеграция CAD/CAE/CAM- систем Современный подход к проектированию машин и механизмов предполагает

Интеграция CAD/CAE/CAM- систем

Современный подход к проектированию машин и механизмов предполагает

создание 3D модели в одной из программ твердотельного моделирования с параллельным расчетом динамики системы и прочности элементов конструкции и ее оптимизации. Эти задачи успешно решают интегрированные CAD/CAE системы.
В некоторых случаях на предприятиях могут использоваться автономные CAD и CAE системы, например, AutoCAD и NASTRAN или Компас 3D и ANSYS и др.
Каждая из автоматизированных систем имеет свои форматы выходных файлов.Например, AutoCAD имеет внутренний формат данных чертежа - DWG, формат файла входных данных для расчета в FEA NASTRAN - DAT и т. д.
Для решения проблемы взаимодействия различных CAD/CAM/CAE систем необходимо иметь возможность преобразовывать данные из одной системы в форму принятую в других системах и наоборот.
Слайд 32

Конверторы экспорта-импорта данных геометрических моделей позволяют эффективно выполнять обмен данными между

Конверторы экспорта-импорта данных геометрических моделей позволяют эффективно выполнять обмен данными между

конкретными парами систем. Эти конверторы для конкретной пары называют прямыми конверторами (direct translators).
Метод прямого конвертирования не практичен, так как требует разработки большого количества конверторов. Для n систем количество требуемых конверторов составляет n (n-1) .

Интеграция CAD/CAE/CAM- систем

Слайд 33

Для обмена данными между различными системами геометрического моделирования (CAD), конечно-элементного анализа

Для обмена данными между различными системами геометрического моделирования (CAD), конечно-элементного

анализа (CAE) и системами программирования обработки на станках с ЧПУ (CAM) созданы утилиты обмена данными с использованием нейтральных форматов файлов (neutral file) IGES, STEP, DXF, SAT и др.

Интеграция CAD/CAE/CAM- систем

Слайд 34

Интеграция CAD/CAE/CAM- систем Наиболее част применяемыми являются три типа формата нейтральных

Интеграция CAD/CAE/CAM- систем

Наиболее част применяемыми являются три типа формата нейтральных

файлов:
IGES (Initial Graphics Exchange Specification) – первоначальная спецификация обмена графическими данными;
STEP (Standard for Exchange of Product model data) – стандарт обмена данными о модели продукта;
DXF (Drawing interchange Format) – формат обмена чертежами.

Форматы нейтральных файлов

Слайд 35

Интеграция CAD/CAE/CAM- систем IGES один из первых стандартов обмена графическими данными.

Интеграция CAD/CAE/CAM- систем

IGES один из первых стандартов обмена графическими данными.

IGES-файл состоит из шести разделов:
Flag (Флаг - необязательный раздел);
Start (Начало);
Global (Глобальные данные);
Directory Entry (Запись в каталоге);
Parameter Data (Параметрические данные);
Terminate (Конец).
Слайд 36

Интеграция CAD/CAE/CAM- систем DXF – изначально разрабатывался для обмена данными графическими

Интеграция CAD/CAE/CAM- систем

DXF – изначально разрабатывался для обмена данными графическими

данными с системой AutoCAD.
DXF -файл состоит из пяти разделов:
Header (Заголовок);
Table (Таблица);
Block (Блок);
Entity (Элемент);
Terminate (Конец).
Слайд 37

Интеграция CAD/CAE/CAM- систем STEP – формат данных, используемый для хранения полной

Интеграция CAD/CAE/CAM- систем

STEP – формат данных, используемый для хранения полной

информации обо всем жизненном цикле продукции, включая проектирование, анализ, изготовление, контроль качества, испытания, обслуживание и утилизацию.
Для корректной записи и чтения файлов в различных системах описание данных выполняется на языке EXPRESS.