7

Analiza wytrzymałościowa

części i zespołów

dla Autodesk Inventor

Advanced Simulation Technology Preview

Czym jest ASTP

ASTP jest aplikacją CAE (Computer Aided

Engineering), co według definicji jest

zastosowaniem oprogramowania

komputerowego do rozwiązywania problemów

inżynierskich. W tym przypadku mówić

będziemy o zastosowaniach w mechanice.

Advanced Simulation Technology Preview służy

do liniowej analizy statycznej części i zespołów,

a w szczególności do analizy naprężeń

w komponentach i zespołach przy użyciu MES

oraz do optymalizacji produktów.

Choć obecna wersja programu Autodesk

Inventor 2009 jest dostępna dopiero od

7 miesięcy i przed nami jeszcze kilka

kolejnych do nadejścia nowej, to ciekawska

natura ludzka ale i także obowiązek

zawodowy każą użytkownikom programu

podsłuchiwać, podglądać i chłonąć

wszelkie zwiastuny kolejnych udoskonaleń

i przymierzać je do własnych potrzeb.

Polityka firmy Autodesk wobec

użytkowników nie tylko obejmuje otwarty

dialog między społecznością a twórcami

oprogramowania w zakresie produktów

handlowych, jawnie wpływający na

kierunki rozwoju kolejnych wersji, to także

rozmaite projekty testowe, pozwalające

na konsultację nowych rozwiązań, zanim

uzyskają one ostateczny kształt i zostaną

wprowadzone do sprzedawanych

produktów.

Zwiastun nowego środowiska do obliczeń

wytrzymałościowych to właśnie jeden z takich

projektów, udostępnionych obecnym

użytkownikom programu Autodesk Inventor

Simulation Suite 2009 oraz Autodesk Inventor

Professional 2009. Ta grupa odbiorców posiada

możliwość sprawdzenia proponowanego zakresu

funkcjonalności i wypowiedzenia się na forach

dyskusyjnych odnośnie wszelkich aspektów

działania modułu.

8

Nowy projekt

Moduł w wersji udostępnionej do testów jest

niezależną aplikacją z własnym środowiskiem

graficznym, która wykorzystuje środowisko

Inventora do przeliczania geometrii w przypadku

analiz parametrycznych. Załadowanie modelu

Inventora to jeden z podstawowych kroków

tworzenia projektu – ASTP czyta bezpośrednio

pliki części .ipt i zespołów .iam. Spoiny

konstrukcji spawanych są przy tym

interpretowane jako typowe części. Co ciekawe,

można załadować w jednym projekcie wiele

zespołów. Wraz z modelem wczytywane są

elementy kształtujące części, parametry części

oraz wiązania zespołu również z parametrami,

wszystkie składniki są umieszczane na liście

przeglądarki. Wraz z częściami pobierane są

też ze środowiska Inventora materiały

(przyporządkowane poprzez iPropertes), które

można zmodyfikować od razu na poziomie

danych wejściowych projektu.

Użytkownik dla materiału może określić

ogólne parametry fizyczne, jak gęstość, moduł

sprężystości i moduł sprężystości poprzecznej

oraz współczynnik Poissona. Dla obliczenia

potencjalnych miejsc uszkodzenia części użyć

można albo parametru wytrzymałości na

rozciąganie, albo granicy plastyczności,

użytkownik sam dokonuje wyboru metody.

Jednocześnie zakładany jest współczynnik

bezpieczeństwa. Program podzieli obliczone

naprężenie w komponencie przez dopuszczalne

maksymalne naprężenie (podzielone wcześniej

przez współczynnik bezpieczeństwa) – jeśli

wynik jest większy od 1, dojdzie do uszkodzenia,

jeśli mniejszy niż 1 – część powinna wytrzymać.

Podczas wyboru materiałów korzystać można

także z biblioteki, gotowej do rozszerzania

o indywidualne zestawy parametrów.

Studium funkcjonalne

Jeden projekt może obejmować wiele analiz,

dotyczących podłączonego modelu. Zważywszy,

że można podłączyć kilka różnych modeli

i współdzielić parametry między nimi, projekt

może stanowić dość obszerne opracowanie.

Aby wykonać obliczenia tworzymy tzw. studium

funkcjonalne, które może służyć dla jednej

konfiguracji zdefiniowanych warunków

wewnętrznych i zewnętrznych ale może też

być parametryczne i służyć do optymalizacji

projektu inżynierskiego, kiedy istnieje potrzeba

sprawdzenia wielu konfiguracji zadanych

warunków i wyboru optymalnego rozwiązania.

Przykładowo można ustalić optymalną

konfigurację grubości ścian elementu, ilości

łączników, wytrzymałości zespołu, wszystko

przy zachowaniu minimalnej masy. Użytkownik

może też przeprowadzić analizę modalną części

i zespołów, pozwalającą znaleźć modalne formy

odkształceń.

Od razu z poziomu okna definiowania

studium mamy dostęp do zaawansowanych

ustawień generowania siatki. W zakresie

sterowania dokładnością siatki dostrzec można

ogromną różnicę w porównaniu z obecnym

modułem do obliczeń MES programu Autodesk

Inventor. Zarówno średnia wielkość elementów

siatki jak i wielkość minimalna określane są

numerycznie, można podać współczynnik

stopniowania między obszarami gęstej i rzadkiej

siatki, aby siatka była bardziej równomierna.

Zmniejszenie domyślnego maksymalnego kąta

z 60 stopni powoduje tworzenie drobniejszej

siatki.

Szereg opcji dodatkowych pozwala m. in.

dopasować siatkę do wielkości części (mała

część=drobna siatka) lub dokładniej dopasować

siatkę do powierzchni niepłaskich. Poza

opisanym oknem dialogowym ustawień siatki

użytkownik posiada do dyspozycji odrębne

narzędzie Local mesh control. Pozwala ono

definiować grupy o innej dokładności siatki

i przyporządkowywać do grup wybrane

powierzchnie. Przy obliczeniach można

zaznaczyć także opcję zagęszczania siatki

(Convergence) w obszarach modelu o wysokich

wartościach obliczonych wyników. Zgrubne

grupowanie pod względem dokładności

tworzenia siatki jest możliwe w oknie

dialogowym materiałów dla studium

funkcjonalnego. Każda część zespołu może

mieć przypisaną „rozdzielczość siatki” – Mesh

resolution – niską, domyślną bądź wysoką.

Wszystkie te ustawienia sprawiają, że

użytkownik może swobodnie sterować gęstością

siatki i tym samym może świadomie poszukiwać

optymalnych ustawień mając na uwadze

obciążenie komputera i oczekiwaną dokładność

wyników. Każde studium może posiadać inną

konfigurację przypisanych materiałów, co

oczywiście pozwala porównać wyniki dla

uzyskane dla tych konfiguracji.

Dla studium określamy jednostki, jednak nie

trzeba się specjalnie przejmować ich wyborem,

program pozwala zmieniać je w dowolnym

momencie, przed i po dokonaniu obliczeń,

w wielu oknach wprowadzania danych jest

możliwość wyboru jednostek (innych, niż główne

jednostki projektu).

9

Określenie warunków

Aby możliwe było wykonanie obliczeń zespół

musi mieć punkt podparcia – co w kontekście

aplikacji oznacza wprowadzenie co najmniej

jednego wiązania konstrukcyjnego (Structural

constraint) typu Fixed. Zespół może mieć

przyporządkowaną dowolną ilość wiązań

o trzech typach: Fixed (nieruchome), Directional

(przesuwne) oraz Surface Roller (łożysko na

powierzchni walcowej). Przy definiowaniu

wiązań można wybierać powierzchnie,

krawędzie i dla niektórych zamocowań punkty.

Podczas wprowadzania obciążenia

konstrukcyjnego do dyspozycji jest szereg typów

sił zewnętrznych. Możemy wprowadzić siłę

działającą na daną powierzchnię, na krawędź,

w punkcie, ciśnienie, moment obrotowy

(powierzchnia walcowa wokół osi), obciążenie

sworznia (poprzeczna siła parabolicznie

rozłożona na połowie - 180 stopniach –

przekroju powierzchni walcowej), moment

(krawędź lub powierzchnia, określony

kierunkowo jako XYZ). Możliwe jest

wprowadzenie siły „zdalnej” , której punkt

zawieszenia w przestrzeni określony zostanie

współrzędnymi względem odniesienia.

Powiązania między częściami zespołu

odzwierciedlamy w programie, wprowadzając

tzw. kontakty (Contacts). Program pozwala na

realistyczne uwzględnienie interakcji między

częściami zespołu poprzez różne typy kontaktów

– poczynając od połączeń sztywnych

(spawanych), ślizgowych bez możliwości

oderwania, ciasnego montażu ze ślizganiem

lub bez, separacji (częściowej lub pełnej lub

z możliwością zetknięcia podczas ślizgania),

całkowitego braku kontaktu a także sprężyn.

Poza obciążeniem zewnętrznym możliwe jest

wprowadzenie obciążenia własnego dla

komponentów: przyspieszenia liniowego,

prędkości kątowej oraz przyspieszenia

kątowego.

Obliczenia

Po określeniu wszelkich warunków

i wzajemnych relacji między częściami można

uruchomić obliczenia. Dla statycznej analizy

naprężeń program oferuje cały szereg wyników

analizy wytrzymałości, zależnie od rodzaju

studium. Dostępne jest przemieszczenie

fizyczne oraz naprężenie (von Misesa) dla części

i zespołów, liczone względem globalnego układu

współrzędnych pliku, wyniki odkształcenia

włącznie z sensorami odkształcenia jak również

odkształcenie główne oraz równoważne.

Jeśli w ustawieniach materiałowych

wprowadzono ustawienia wytrzymałościowe

jako bazy dla obliczenia naprężenia

niebezpiecznego, na liście wyników pojawi się

pozycja Failure Factor (wyniki są typu 0-1; 0 -

nie ma pękniecia, 1-pękanie). Stan naprężenia

jest liczony zgodnie z teorią sprężystości

jako trójwymiarowy stan naprężenia w

nieskończonej objętości materiału w umownym

położeniu obejmujący naprężenie podłużne oraz

poprzeczne. Stan naprężenia jest zdefiniowany

i dostępny do wyświetlenia jako osobne wyniki

w postaci naprężenia podłużnego (Sigma XX,

Sigma YY i Sigma ZZ) oraz naprężenia

poprzecznego (Sigma XY, Sigma YZ i Sigma XZ).

Dla analizy modalnej lista wyników obejmuje

wszystkie znalezione częstości własne.

Prezentacja wyników

Wyniki są wyświetlane w barwnej postaci

graficznej bezpośrednio na modelu, znaczenie

kolorów wyjaśnia legenda, zawierająca także

wynik maksymalny dla każdego rodzaju obliczeń.

Poza wartościami maksymalnymi i minimalnymi

użytkownik może sprawdzić wartości

numeryczne w dowolnym punkcie modelu

dzięki narzędziu sondowania – w punktach

sondowania umieszczane są na stałe szpileczki

z wyświetlonym wynikiem. Podobnie jak obecnie

w programie Autodesk Invenstor, w ASTP można

zaprezentować wyniki w postaci animacji.

Optymalizacja

Dolny obszar interfejsu to tabela projektowa

(Design table), służąca do analiz

parametrycznych, pozwalających na

optymalizację projektu. Do tabeli projektowej

dodać można zarówno parametry, pobrane

z modelu Inventora, jak również wiązania

(Constraints) w postaci komponentów takich

jak naprężenie, przemieszczenie, odkształcenie,

masa czy nawet koszt. W tabeli projektowej

poprzez kombinacje wartości parametrów

i wiązań (jako wartość liczbowa, jako wartość

minimum, jako wartość maksimum, wartość

w zakresie, wartość spoza zakresu itp.) program

pomaga w doborze optymalnej geometrii części

zespołu, aby spełnione były najistotniejsze dla

inżyniera kryteria.

10

Raporty

Dla projektu można generować obszerne

raporty, zawierające informacje o danych

źródłowych projektu, jednostkach, przyjętych

materiałach, ustawieniach dokładności siatki,

kontaktach, zamocowaniach (z ilustracjami),

obciążeniach, wynikach obliczeń – dla każdego

studium funkcjonalnego z osobna.

Interfejs

Jak już wspomniałam, obecnie aplikacja działa

we własnym środowisku graficznym, nieco

obcym dla użytkownika programu Autodesk

Inventor. Bardzo prawdopodobne, że aplikacja

zostanie zintegrowana ze środowiskiem jednej

z kolejnych wersji Inventora, tak, jak dzieje

się z większością dodatkowych aplikacji,

udostępnianych przez firmę Autodesk

zarejestrowanym użytkownikom programu.

Obecnie wybieranie narzędzi w ASTP jest

możliwe na dwa sposoby – z menu ikonowego

albo z menu kontekstowego dla przeglądarki.

Jeśli korzystamy z drugiego sposobu,

odpowiednie narzędzia znajdziemy wskazując

odpowiedni węzeł projektu, modelu, studium,

struktury załadowanego modelu oraz struktury

elementów w studium. Menu kontekstowe jest

do dyspozycji także w obszarze roboczym

i w tabeli projektowej.

Skąd pobrać

Na koniec kilka informacji dla tych osób,

które są żywo zainteresowane technologią

i oczywiście posiadają odpowiednią wersję

programu Inventor - wprawdzie ASTP jest

niezależnym narzędziem, to jednak wymaga

do uruchomienia zainstalowanego programu

Inventor Simulation Suite 2009 lub Inventor

Professional 2009. Program można pobrać

ze strony labs.autodesk.com, po uprzednim

zarejestrowaniu, będzie on działał do 1 czerwca

2009 roku.

Advanced Simulation Technology Preview

posiada wersję 32- oraz 64-bitową. Wersja

64-bitowa instaluje się w systemie 64-bitowym

ale jest uruchamiana jako aplikacja 32-bitowa.

Podsumowanie

Jeśli spojrzymy na obecne rozwiązanie MES

w Autodesk Inventor i porównamy do opisanych

powyżej skrótowo możliwości to różnice na

korzyść ASTP widoczne są gołym okiem.

Zapewne czeka nas spora rewolucja w zakresie

obliczeń MES, oferowanych w pakiecie

w następnych wersjach programu Inventor.

Oczywiście dla bardzo zaawansowanych analiz,

np. w zakresie materiałów o charakterystyce

zmiennej nieliniowo albo dla uwzględnienia

czynnika ciepła trzeba będzie stosować

odpowiednie inne rozwiązania firm trzecich.

Tak czy inaczej, użytkownicy Inventora już dziś

otrzymują w postaci ASTP szybkie wsparcie

procesu wymiarowania części

w fazie projektowej i w takim zakresie oceniam

to rozszerzenie funkcjonalności jako bardzo

ciekawe i obiecujące.

IA MSD Anna Nowak

Man and Machine Software

AutoCAD Electrical 2009 – nowe stanowiska

niższa cena.

Manipulator 3D SpacePilot przy zakupie programów z rodziny

Autodesk Inventor.

Do 22 grudnia mogą Państwo dokonać zakupu nowego stanowiska AutoCAD Electrical 2009

w cenie niższej o 25%. Dodatkowo będą mogli Państwo skorzystać z bezpłatnego jednodniowego

szkolenia z podstaw użytkowania programu.

Jeżeli zdecydują się Państwo na zakup pełnej wersji oprogramowania:

•

Autodesk Inventor Suite 2009

•

Autodesk Inventor Simulation Suit 2009

•

Autodesk Inventor Routed Systems Suit 2009

•

Autodesk Inventor Professional 2009

otrzymają Państwo najbardziej zaawansowane urządzenie do nawigacji 3D

– SpacePilot 3D Connection (wartość manipulatora 400 Euro +VAT)

Czas trwania do 15 stycznia 2009. Szczegóły na str. 6

Powyższe informacje o promocjach nie stanowią oferty w świetle prawa handlowego.

Man and Machine Software zastrzega sobie prawo zmiany treści, będące wynikiem zmiany oferty przez dostawcę.

Cena standardowa w Euro. Cena promocyjna w Euro. Dodatkowe korzyści Data zakończenia

Do ceny należy doliczyć

Do ceny należy doliczyć

podatek VAT

podatek VAT

Euro

Euro

1 dzień warsztatów 22 stycznia 2009

podstawowy zakres

szkolenia

Powyższe ceny przedstawione są w walucie Euro.

Cena w PLN przeliczana jest według kursu Euro obowiązującego w dniu wystawienia faktury zakupu

AKTUALNE PROMOCJE