Застосування модуля Dynamic Simulation Autodesk Inventor для вирішення завдань суднобудування, Інформаційні системи, Бази даних, статті

Переваги електронного моделювання сьогодні очевидні всім. Основне питання – які програмні засоби найбільш ефективно вирішують це завдання? Розглянемо можливості модуля Dynamic Simulation Autodesk Inventor на прикладі моделювання процесу підйому якоря …

Сьогодні на допомогу інженеру приходять все нові, більш досконалі інструменти проектування. Одним з таких потужних засобів тривимірного моделювання та різнобічного аналізу проектованих конструкцій і механізмів є Autodesk Inventor Professional.

Серед безлічі ефективних інструментів, що надаються цією системою, особливе місце відводиться модулю динамічного аналізу – Dynamic Simulation Autodesk Inventor Professional. І не випадково. У практиці проектування все частіше вже на самих ранніх етапах перед інженером постає питання про працездатність механізму в цілому, причому з точки зору не тільки забезпечення міцності окремих його частин, а й взаємодії частин і вузлів один з одним в процесі роботи, що виникають при цьому сил, швидкостей, прискорень моментів і т.п. Саме тому Dynamic Simulation Autodesk Inventor Professional заслуговує окремої розмови.

Звичайно, найбільш повно можливості модуля можна розглянути на прикладі його роботи зі складною моделлю. У галузі суднобудування таким прикладом може служити проектування якірного пристрою. Проблема тут полягає в складності моделювання процесу підйому і віддачі якоря: прилягання лап якоря в піднятому стані, здатності якоря самостійно опускатися при віддачі, запобігання заклинювання якоря при підйомі і т.п.

Стандарт ОСТ 5Р.2049-2000 – “Макети якірних пристроїв. Правила виготовлення і приймання” вимагає до фізичного (матеріального) виготовлення якірного пристрою судна виготовити його масштабний макет із, як правило, деревини і листової сталі. Для виконання цієї вимоги заводське бюро відділу Головного конструктора змушене випускати близько 15 креслень деталей макета якірного пристрою формату від А3 до А1, а підприємство-будівельник судна на виготовлення самого макета і відпрацювання на ньому елементів якірного пристрою судна витрачає близько $ 10 000. Dynamic Simulation Autodesk Inventor Professional дозволяє значно прискорити і здешевити цей процес. Як? Розглянемо це на прикладі моделювання підйому якоря, виконаного конструкторами ФГУП “ЦС” Зірочка “.

Отже, перш за все необхідно побудувати тривимірну модель якірного Клюз з ділянкою бортовий обшивки і палуби, самого якоря і ланок якірного ланцюга. У нашому випадку побудова цих моделей було виконано з використанням САПР CATIA і імпортовано в STEP-форматі в Autodesk Inventor Professional, Що свідчить про хорошу сумісності між САПР різного рівня і різних виробників, зокрема – між системами, використовуваними на нашому підприємстві.

В результаті отримуємо збірку, яка складається з усіх необхідних для розрахунку компонентів. Однак при імпортуванні моделей порушилися всі зв’язки в збірці, які слід було повторно накласти в Autodesk Inventor Professional. А це могло ускладнити обробку отриманої моделі в контексті збірки (переміщення деталей і т.п.). Слід зазначити, що при завданні початкових і граничних умов в модулі Dynamic Simulation потрібно імпортувати зв’язку з збірки або призначити нові незалежно від наявності зв’язків, сформованих при створенні моделі.

Звертаємо вашу увагу, що модуль Dynamic Simulation дуже чутливий до ресурсів використовуваної комп’ютерної техніки – до потужності процесора і об’єму оперативної пам’яті (не менше 1 Гб, рекомендується 2-4 Гб). Тут багато що залежить від кількості елементів і зв’язків, прийнятих до розрахунку. Перед початком роботи рекомендується виконати аналіз і оптимізацію розраховується моделі з метою визначення необхідного, але достатньої кількості елементів або використовувати для розрахунку більш продуктивну обчислювальну техніку, що, однак, не звільняє інженера від необхідності вирішення питання оптимізації завдання.
Рис. 1. Імпортована модель якоря, Клюз і корпусних конструкцій
Рис. 1. Імпортована модель якоря, Клюз і корпусних конструкцій

Таким чином, після імпортування моделі в модулі Dynamic Simulation деталі не мають зв’язків між собою і відносяться до розряду закріплених (зафіксованих).

Для визначення характеру взаємодії елементів у модулі розрахунку динаміки є ряд спеціалізованих типів зв’язків з різним набором ступенів свободи взаємодіючих деталей. Опис усіх таких типів зв’язків виходить за рамки цієї статті, відзначимо лише, що в нашому випадку в основному використовувалися наступні:


Цей набір зв’язків був прийнятий не випадково: він дозволяє найбільш точно змоделювати особливості підйому якоря, надаючи динамічній системі максимально можливу свободу і не накладаючи штучних обмежень, що впливають на достовірність результату. Однак не можна забувати, що за підвищення точності і реалістичності моделювання доводиться розплачуватися збільшенням часу розрахунку.
Рис. 2. Накладення зв
Рис. 2. Накладення зв’язків (обертається)
Рис. 3. Накладення зв
Рис. 3. Накладення зв’язків (вільна)
Рис. 4. Накладення зв
Рис. 4. Накладення зв’язків (3D-контакт)

Моделювання ваги якоря виконувалося за допомогою функції “гравітація”: було задано значення коефіцієнта прискорення вільного падіння і його напрямок (напрямок вектора дії гравітаційних сил, заданого за замовчуванням, може не збігатися з необхідним для розрахунку). Тепер, якщо перейти в режим симуляції, не обмежений у переміщенні якір разом з ланцюгом почне рухатися в напрямку дії гравітаційної сили, при цьому всі елементи будуть взаємодіяти один з одним у відповідності з заданими зв’язками.
Рис. 5. Моделювання гравітації
Рис. 5. Моделювання гравітації

Наклавши зв’язку та задавши вага елементів, вказуємо силу тяги ланцюга (сила, з якою здійснюється підйом якоря), отриману з заздалегідь відомих параметрів лебідки підйомного механізму. Причому сила може бути як постійно спрямована, так і пов’язана з елементом, до якого вона прикладена (зі зміною положення елемента буде мінятися напрямок дії сили). При цьому сили за своїм значенням і швидкості зміни можуть бути також непостійними.
Рис. 6. Завдання сили і напряму підйому якоря
Рис. 6. Завдання сили і напряму підйому якоря

Крім сили підйому, велике значення для виконання динамічних розрахунків має швидкість руху елементів системи. Модуль Dynamic Simulation Autodesk Inventor Professional дозволяє задавати елементам механізму швидкість (початкову, поточну, постійну, змінну – змінну за різними законами). Оскільки нам довелося обмежити кількість елементів динамічної системи, в нашому прикладі була додатково задана початкова швидкість руху якоря і ланцюги, щоб змоделювати усталене рух і, відповідно, швидкість підйому якоря.

Вказівка ​​швидкості для окремих елементів здійснюється за допомогою зміни їх властивостей, при цьому існує можливість для вже накладених зв’язків задавати обмеження і додаткові характеристики (Швидкості обертання, можливі переміщення і т.п.). Для нашого розрахунку задавалася швидкість переміщення ланки ланцюга, до якого була прикладена піднімає сила як для елемента, що визначає рух всієї системи, який повідомляє допомогою накладених зв’язків рух всім її елементам. Таким чином, прикладена сила підйому повинна подолати силу тяжіння, що діє на якір і ланцюг, а швидкість переміщення головного ланки – задати динаміку процесу.
Рис. 7. Завдання початкової швидкості підйому якоря (руху елемента)
Рис. 7. Завдання початкової швидкості підйому якоря (руху елементу)
Рис. 8. Завдання швидкості підйому якоря
Рис. 8. Завдання швидкості підйому якоря

Хочеться підкреслити, що при створенні моделі динамічної системи потрібно все ретельно продумати: забезпечити контакт всіх елементів, ліквідувавши зазори між ними; врахувати динаміку і інерцію. В іншому випадку після завдання сили і швидкості через ривка може статися розрив зв’язків і навіть елементів: розрахунок має свій крок за часом і при попаданні події (ривка) в проміжок між розраховуються періодами може порушитися цілісність як зв’язку і контакту, так і елемента. У підсумку результати розрахунку будуть некоректними.

Після введення всіх вихідних даних можна переходити до симуляції.
Рис. 9. Панель налаштування, запуску та перегляду симуляції
Рис. 9. Панель налаштування, запуску та перегляду симуляції

При виконанні розрахунків інженеру надається можливість вказати тривалість розрахункового періоду, тобто моделируемое час в натуральних одиницях – секундах (1 секунда відповідає 1 секунді поведінки динамічної системи), і кількість кроків розрахунку на даному відрізку часу. В процесі розрахунку можна змінювати час симуляції, правда, тільки в більшу сторону (якщо протягом обраного раніше проміжку розрахункового часу очікуваний результат не був отриманий), зупиняти розрахунок, переглядати і при необхідності або закінчити його, або відновити з місця зупинки.

Для повного обрахунку нашої моделі – затягування якоря в якірний клюз – потрібно приблизно сім розрахункових секунд. На неспеціалізованому комп’ютері (Pentium IV, 3.2 ГГц, 1 Гб ОЗУ під Windows XP Pro) фактичний час розрахунку склало близько 80 годин безперервної роботи. На жаль, модуль Dynamic Simulation Autodesk Inventor 11 Professional, в якому виконувався розрахунок, не передбачає можливості збереження проміжного стану розрахунку і його відновлення після перезавантаження (виключення / включення) комп’ютера.

Результати розрахунку виводяться в табличному вигляді та вигляді графіків, на яких відображаються різні змінюються в часі характеристики динамічної системи (такі як швидкості, прискорення, сили, моменти), які можуть бути імпортовані в MS Excel. Результати взаємодії елементів моделі можуть також бути використані для розрахунку міцності в розрахунковому модулі Autodesk Inventor Professional. Крім того, існує можливість імпорту в відеоролик для демонстрації та аналізу. Кілька кадрів зробленого нами ролика наведено на рис. 10а-10е.
Рис. 10а. Кадри отриманого відеоролика, що ілюструє процес затягування якоря в якірний клюз
Рис. 10а. Кадри отриманого відеоролика, що ілюструє процес затягування якоря в якірний клюз

Рис. 10б. Кадри отриманого відеоролика, що ілюструє процес затягування якоря в якірний клюз
Рис. 10б. Кадри отриманого відеоролика, що ілюструє процес затягування якоря в якірний клюз

Рис. 10в. Кадри отриманого відеоролика, що ілюструє процес затягування якоря в якірний клюз
Рис. 10в. Кадри отриманого відеоролика, що ілюструє процес затягування якоря в якірний клюз

Рис. 10г. Кадри отриманого відеоролика, що ілюструє процес затягування якоря в якірний клюз
Рис. 10г. Кадри отриманого відеоролика, що ілюструє процес затягування якоря в якірний клюз

Рис. 10д. Кадри отриманого відеоролика, що ілюструє процес затягування якоря в якірний клюз
Рис. 10д. Кадри отриманого відеоролика, що ілюструє процес затягування якоря в якірний клюз

Рис. 10е. Кадри отриманого відеоролика, що ілюструє процес затягування якоря в якірний клюз
Рис. 10е. Кадри отриманого відеоролика, що ілюструє процес затягування якоря в якірний клюз

На закінчення необхідно відзначити, що електронне моделювання – зокрема з використанням системи Autodesk Inventor Professional з модулем Dynamic Simulation – володіє незаперечною перевагою перед звичними методами натурного і масштабного моделювання та макетування.

При використанні традиційних, на жаль, уже кілька застарілих методів всі елементи конструкції необхідно виготовляти (найчастіше з дерева і фанери), що вимагає істотних витрат часу і ресурсів (матеріалів, використання верстатів і обладнання), а також наявності висококваліфікованих робітників. При цьому не потрібно забувати, що при отриманні незадовільних результатів може знадобитися виконання декількох наближень, тобто переробка макета і зміна конструкції за даними попереднього моделювання. До того ж слід врахувати, що макетування конкретної конструкції унікально, виготовлений макет після використання не підлягає тривалому зберіганню і утилізується, що істотно збільшує сукупні витрати.

При електронному ж моделюванні роботи виконуються найчастіше одним інженером на одному комп’ютеризованому робочому місці з витратами часу на 50-70% меншими, ніж при використанні натурного або масштабного макетування. При цьому, крім електроенергії, ніяких інших матеріальних витрат не потрібно.

Таким чином, переваги електронного моделювання в наявності. Хоча вибір, безумовно, – за вами!

Схожі статті:


Сподобалася стаття? Ви можете залишити відгук або підписатися на RSS , щоб автоматично отримувати інформацію про нові статтях.

Коментарів поки що немає.

Ваш отзыв

Поділ на параграфи відбувається автоматично, адреса електронної пошти ніколи не буде опублікований, допустимий HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

*

*