5 причин полюбить Inventor Nastran

В этой статье будут представлены основные новинки в инструменте Inventor Nastran для расчёта на прочность. Опытным пользователям этот инструмент может быть известен под старым названием Nastran In-CAD, которое изменилось в 2019 году.

Компания Autodesk приобрела решатель Nastran у компании NEI Software. Nastran In-CAD был представлен в 2014 году.  Как и все новые продукты, он изначально имел свои технические недоработки и был холодно принят пользователями, которые не понимали необходимость нового инструмента, ведь в Autodesk Inventor уже существовал стандартный расчётный модуль. В последствии разработчикам удалось исправить серьёзные недоработки и показать пользователям, насколько высок потенциал нового расчётного инструмента. Постепенно Nastran In-CAD стал основным инструментом для расчёта прочности и превзошёл стандартный расчётный модуль Autodesk Inventor. С каждым релизом Nastran In-CAD становился более удобным и наглядным, именно на эти особенности Autodesk сделал ставку, вводя новый продукт. Время расчёта сокращалось, инструментом могли пользоваться рядовые инженеры. Изначально Nastran In-CAD приобретался отдельно, но для удобства его включили в часть машиностроительной коллекции. Новый расчётный инструмент является связующим звеном программ для анализа и взаимодействует с такими программами, как Autodesk CFD (анализ потоков), Autodesk Moldflow (литьё пластмасс) и Helius Composite (композитные материалы).

Таким образом, NastranIn-CAD постепенно преобразовался в Inventor Nastran, в его последнем релизе было представлено несколько новых возможностей:

1. Анализ сходимости сетки конечных элементов.
2. Новый тип нагрузки – гидростатическая (ускоряется расчёт сосудов, в которых находится жидкость).
3. Новые виды граничных условий – штифт (pin) и без трения (frictionless).
4. Добавлена разновидность контакта – посадка с натягом (shrink fit).
5. Взаимодействие с PDM-системой Vault для управления результатами анализа.

Сходимость конечных элементов

Во время выполнения расчёта для начала надо разбить исследуемый элемент. У начинающих инженеров встаёт вопрос: какой размер конечных элементов выбрать? Анализ сходимости должен ответить на этот вопрос. На этапе создания сетки конечных элементов программа сама производит ряд расчётов, которые автоматически анализируются и сравниваются между собой, далее выбирается оптимальная сетка. Сетка конечных элементов задаётся с помощью функции Mesh Settings, после нажатия на кнопку функции появится диалоговое окно, в котором генерируется сетка.

Для выполнения расчёта сетки нужно кликнуть Convergence Settings.

При выполнении расчёта появляется окно Convergence Settingsю, в котором задаётся ряд параметров:

• Как определить размер элемента – глобально по всей детали либо локально для мест, в которых образуются скачки напряжений.
• Число расчётных итераций, за которое определяется сходимость. При каждом расчёте происходит изменение размера конечного элемента.
• Условие завершения анализа сходимости – разница между результатами в процентах.
• Коэффициент для элементов с ошибками в геометрии: 0 – рассматриваются все; 1 – ни один из таких элементов не учитывается; 0,9 – к 10% применяется уточнение сетки.
• Коэффициент увеличения размера элемента в критических областях – радиусы, отверстия и др.

При каждом расчёте происходит изменение размера конечного элемента. Расчёты сравниваются между собой, и если разница не превышает заданную разницу, то будет найдена сходимость и размер конечного элемента. Программа останавливает поиск, если превышается количество итераций. Поиск сходимости идёт до тех пор, пока не достигается выполнение одного из условий.

В результате программа представляет график анализа. На графике изображена зависимость напряжений от номера расчёта. Для каждого расчёта указан уровень сходимости и возможная ошибка в результате данного анализа.

Гидростатическая нагрузка

Ранее нагрузки от жидкостей определялись следующим образом:

• тип нагрузки Preassure;
• определяется значение давления на дне сосуда – расчёт по формуле;
• задаётся значение давления на поверхности – 0;
• в окне вводятся значения давления.

Этот способ расчёта требовал дополнительных действий и вычислений, что увеличивало время работы. В новой версии программы появляется отдельный тип нагрузки – Hydrostatic Load. Для выполнения анализа необходимо задать:

• точку на поверхности жидкости;
• направление увеличения глубины;
• плотность жидкости;
• давление на поверхности.

Затем достаточно кликнуть кнопку «ОК», и расчёт будет выполнен.

Новые типы граничных условий

1. «Штифт» (Pin)

   Для того чтобы воспроизвести поведение штифта в отверстии, назначается новый тип контакта Pin, который применяется к цилиндрическим поверхностям для предотвращения перемещений в радиальных, осевых или тангенциальных направлениях. Ранее для воспроизведения штифта пользователь самостоятельно определял степени свободы, которые необходимо закрепить, что могло привести к ошибке. В новом обновлении пользователем фиксируются только виды перемещения, а степени свободы закрепляются программой автоматически.

2. «Без трения» (Frictionless)

   Применяется для предотвращения перемещения плоских и цилиндрических поверхностей в направлении, перпендикулярном плоскости, на которую они опираются.

Новый контакт – «Посадка с натягом» (Shrink Fit)

Существует два типа контакта «Посадка с натягом»:

• «Со скольжением» (Sliding) – применяется для поверхности контакта с начальным натягом между контактирующими деталями, где допускается скольжение;
• «Без скольжения» (No sliding) – ведёт себя как тип контакта «Разъединение/Без скольжения», но с начальным взаимодействием между деталями используется, когда интенсивность трения достаточно велика, чтобы предотвратить относительное скольжение между контактируемыми поверхностями.

Взаимодействие через PDM-систему Vault

Актуален вопрос управления результатами проекта. После выполнения расчётов пользователю необходимо сохранить, поделиться или переместить результаты анализа, они хранятся в определённых папках, поиск которых займёт большое количество времени.

Новая версия Inventor Nastran получила возможность работать с данными анализа. Результаты расчётов формируются в один файл, который отображается в дереве проекта. Для этого необходимо в дереве проекта кликнуть правой кнопкой мыши Analyze и в появившемся списке выбрать пункт Create Updated Vault Package.

В итоге инструмент Inventor Nastran серьёзно обновился и сменил название, а пользователи получили ряд удобных нововведений:

• больше не нужно тратить время на определение размера сетки конечных элементов;
• новый тип нагрузки;
• подробная настройка граничных условий, новые граничные условия;
• контактные взаимодействия под разные задачи, новый тип контакта;
• результаты расчётов можно хранить в одном файле.

Inventor Nastran является уникальным инструментом для решения задач прочности, который входит в большую машиностроительную коллекцию.