ALGOR’итм инженерного анализа от Autodesk. Спектр инженерных расчетов информационного блока в Autodesk Algor Simulation Professional 2010

Ведущий инженер КБ САПР ОАО "СКБ ПА", к.т.н., Пузанов А.В.

Специальное Конструкторское Бюро Приборостроения и Автоматики (СКБ ПА) - динамично развивающаяся проектно-конструкторская организация, которая выполняет работы по проектированию и созданию продукции гражданского и специального назначения для отечественных и зарубежных заказчиков на уровне лучших мировых стандартов.

Стратегия проектирования в ОАО "СКБ ПА" ориентирована на использование современной компьютерной техники, программного обеспечения, передовых информационных технологии и предполагает создание и сопровождение по жизненному циклу физического образца изделия и его виртуального прототипа.

Среди наиболее сложных и наукоемких изделий, разрабатываемых ОАО "СКБ ПА" можно выделить системы управления техническими объектами: металлургическими, мобильными робототехническими комплексами и другой гражданской и специальной техникой. Неотъемлемой частью этих систем человеко-машинного взаимодействия являются пульты управления и отображения актуальных данных посредством информационных блоков.

рис. 1. Информационный блок. Модель в Autodesk Inventor (на втором виде - без задней стенки)

Целью моделирования информационного блока является подтверждение требований технического задания по пункту обеспечения устойчивости к механическим и климатическим воздействиям, возникающим в процессе эксплуатации и при транспортировке изделия.

Для проведения модельных исследований был применен новый продукт от компании Autodesk - Algor Simulation.

рис. 2. логотип Algor

Autodesk Algor Simulation является основной разработкой Autodesk в области создания цифрового прототипа изделия. Autodesk Algor Simulation поддерживает прямой импорт геометрии и ассоциативный обмен данными из Autodesk Inventor (*.ipt, *.iam), AutoCAD (*.dxf, *.dwg) и других известных CAD-систем, а также импорт моделей в универсальных форматах: ACIS, STEP, IGES, STL. Возможность открывать файлы среды Autodesk Inventor непосредственно в Algor позволяет напрямую вносить изменения в геометрию модели без необходимости повторного переопределения нагрузки, закрепления.

Аналитический аппарат Autodesk Algor Simulation включает следующие типы расчетов: статические напряжения и линейная динамика; статическая и динамическая прочность; комбинированный прочностной и кинематический анализ; моделирование динамики многомассовых систем с поддержкой крупномасштабного движения и сильных деформаций с учетом их контактного взаимодействия; электростатика; вычислительная гидродинамика; теплоперенос и теплопередача, моделирование комплексных физических процессов (исследование нескольких физических процессов путем сопоставления результатов разных видов анализа).

Поскольку в ОАО "СКБ ПА" используются программные продукты Autodesk (Inventor и AutoCAD), то применение Algor позволяет использовать единый формат данных, без промежуточных файлов обмена. Использование прямой ассоциативной связи Inventor - Algor позволяет сократить также количество промежуточных конструктивных вариантов проработки изделий.

Далее рассмотрены результаты использования Autodesk Algor Simulation Professional в практике проектирования ОАО "СКБ ПА" на примере моделирования информационного блока пульта управления.

На рис. 3 представлена модель информационного блока пульта управления, выполненная в Autodesk Inventor и открытая в Autodesk Algor Simulation.

рис. 3. Модель информационного блока в Algor.

Определение устойчивости к механическим воздействиям проводилось через моделирование:
1) статической прочности при перегрузке 10g в рабочем и транспортном положениях;
2) критических частот колебаний, возникающих в узлах и деталях конструкции;
3) теплового режима работы процессорного модуля при температуре окружающей среды в диапазоне -30°С...+50°С.

1. Расчет 10-кратной перегрузки.

Поскольку изделие эксплуатируется в мобильной технике, ставится задача увеличения запаса прочности при перегрузке порядка 10g, которая возникает как в процессе работы, так и при транспортировке.

Моделировались 3 случая воздействия перегрузки соответственно в трех основных направлениях x, y, z. Результаты представлены на рис. 4 .

рис. 4. Напряжения в конструкции при 10 кратной перегрузке (в направлениях X, Y, Z)

Как следует из результатов расчета запас прочности по перегрузкам составляет не менее 5 (для варианта горизонтального транспортного положения).

2. Расчет собственных частот колебаний конструкции

В процессе эксплуатации на мобильных системах и при транспортировке пульты подвергаются воздействию вынужденных колебаний. Моделирование собственных критических частот колебаний изделия призвано обеспечить устойчивость к данному типу воздействия. Устойчивость обеспечивается конструктивными доработками для смещения критических частот колебаний вне рабочего диапазона.

Проводилось определение первых 10 мод колебаний при воздействии максимальной нагрузки взаимодействия элементов в конструкции.

Примечание - Мода - вид колебаний, возбуждающихся в сложных колебательных системах. Мода характеризуется пространственной конфигурацией колеблющейся системы, определяемой положением её узловых точек (линий или поверхностей), а также собственной частотой. Каждой моде соответствует определённая собственная критическая частота.

рис. 5. Собственные частоты колебания конструкции (моды с 1 по 6)

В результате расчета первая собственная критическая частота равна 0,08 Гц, что ниже рабочего диапазона частот (от 1Гц до 50Гц), вторая (и последующие) - 58 Гц - выше рабочего диапазона частот. Следовательно, исследуемое изделие устойчиво к воздействию колебаний во всем заданном диапазоне частот.

3. Тепловой расчет процессорного модуля

Одними из составляющих компонентов пультов являются электронные устройства. При их функционировании выделяется тепло. Учитывая диапазон рабочих температур пультов от -30 до +50, возникает необходимость обеспечения отвода тепла от тепловых источников. Данное моделирование призвано определить тип системы охлаждения - естественная или принудительная конвекция, а так же конструкцию радиатора.

Модель одного из электронных компонентов: процессорного модуля представлена на рис. 6

рис. 6. Модель процессорного модуля в Autodesk Inventor

В качестве тепловой нагрузки применена максимальная мощность тепловыделения по паспорту электронных компонентов, а также естественная конвекция по свободным поверхностям модуля. Результаты моделирования представлены на рис. 7 .

рис. 7. Распределение температуры по конструкции процессорного модуля

Как следует из результатов расчета перегрев при естественной конвекции процессорного модуля незначителен и укладывается в предельный диапазон допустимых температур для используемой элементной базы.

По результатом модельных исследований была доработана конструкция информационного блока пульта управления, выпущено необходимое количество конструкторско-технологической документации, произведен опытный образец, прошедший полный объем приемо-сдаточных испытаний. Фотография серийного образца представлена на рис. 8 .

рис. 8. Фотография информационного блока пульта управления. Режим отображения - приборная панель

Заключение.

Программный комплекс Algor по функциональным возможностям сопоставим с "тяжелыми" CAE-системами. Поэтому, несмотря на большое количество методических руководств и примеров по использованию Algor - как в установленном на локальном диске пространстве (c:\Program Files\ALGOR\2010.00\Tutorials\), так и в сети интернет, программа сложна в освоении именно из-за своей "тяжести". Однако, узнаваемая по AutoCAD и Inventor технология Autodesk по построению системы меню и диалоговых окон позволяет освоить данный инструмент (не без консультаций сертифицированных специалистов, в нашем случае - РПК) в кратчайшие сроки. Для ознакомления и опытного применения существует облегченная версия Autodesk Algor Simulation Express.

Использование Autodesk Algor Simulation позволило обеспечить полный спектр необходимых расчетов в рамках конструкторско-технологической подготовки производства разрабатываемой ОАО "СКБ ПА" продукции. Применение прямых ассоциативных связей Inventor- Algor позволило избавиться от создания промежуточных файлов и сократить количество конструктивных вариантов проработки изделий. Использование генератора отчетов позволило сократить время подготовки отчетов и данной статьи.

Получить подробные консультации об упомянутых в материале программных продуктах Вы можете по телефонам Русской Промышленной Компании в Санкт-Петербурге: (812) 600-10-04, Москве: (495) 744-00-04 и Екатеринбурге: (343) 359-87-59 или по email: info@cad.ru.

По материалам журнала REM № 6, 2010