Проектирование металлоконструкций и прочностные расчеты при помощи Autodesk Inventor
В настоящей публикации мы продолжим делиться опытом применения технологии цифровых прототипов для решения проектных задач в конструкторском подразделении АО «Уралэлектромедь». Недавно, в апрельском номере журнала «САПР и графика», мы приводили результаты использования Autodesk Inventor при реконструкции существующего производства в филиале «Производство полиметаллов» АО «Уралэлектромедь», и показали, какую значимую пользу может принести Autodesk Inventor в процессе реализации проекта такого рода. Сегодня мы расскажем об иных возможностях программы в решении различных проектных задач.
Сначала рассмотрим проект двухуровневой площадки. Основная продукция предприятия — черновая медь в слитках. Для ее транспортировки и дальнейшей переработки слитки перевозят автомобильным или железнодорожным транспортом на производственную площадку, расположенную на смежном предприятии в другом городе.
Для осуществления погрузочных работ руководством предприятия была поставлена задача выполнить проект универсальной площадки для доступа стропальщиков в кузов авто- или железнодорожного транспорта на разных высотных уровнях. Реализацией поставленной задачи занялись специалисты конструкторского отдела.
Для выполнения этой работы однозначно было выбрано решение Autodesk Inventor (о программном оснащении конструкторского бюро мы писали в апрельском номере журнала). Как известно, программа позволяет выпускать проектную и конструкторскую документацию в максимально короткие сроки, а также обеспечивает высокое качество разрабатываемых проектов.
Глядя на такие возможности, остается только в один голос констатировать — очень мощный, гибкий и полезный инструмент. И это правда!
Давайте посмотрим, с какими основными задачами в работе столкнулись специалисты при проектировании двухуровневой площадки.
Как показывает практика, для удобства работы требуется скелет будущей конструкции. Поэтому изначально была создана каркасная (скелетная) модель площадки (рис. 1), что позволило в процессе проектирования оперативно модифицировать конструкцию (рис. 2).
Autodesk Inventor содержит инструменты проектирования (так называемые мастера проектирования), которые позволяют быстро осуществлять проектирование типовых изделий, например изделий из сортамента: технологические площадки, рамные конструкции, каркасы и т.д. Используя эскиз каркаса площадки, мы легко и, что важно, быстро, смогли ее спроектировать. Для этого на каркас добавили профили, затем с по мощью встроенных в программу инструментов проектирования рам определили стыки профилей (рис. 3) с целью исключения возможных пересечений (коллизий).
Глядя на такие возможности, остается только в один голос констатировать — очень мощный, гибкий и полезный инструмент. И это правда!
После того как основная площадка была смоделирована, мы перешли к созданию других сборочных единиц (рис. 4), как-то: площадки, створки, лестницы и др.
Затем при помощи сборочных зависимостей конструкции собираются воедино (рис. 5).
Для определения возможных столкновений между компонентами была смоделирована вариация сборочных зависимостей для верхней площадки (рис. 6).
Поясним: вариация сборочных зависимостей позволяет конструктору в процессе работы для нужных компонентов реализовать их перемещение. Выбирается зависимость, и для нее выполняется команда Привод, определяется диапазон движения (в нашем примере по углу поворота), а также (опционально) выполняется проверка столкновений.
Для удобства дальнейшей работы было создано позиционное представление для нижней площадки (рис. 7).
Встроенный модуль Inventor Studio дал возможность создать видеоролик, в котором при помощи специальных инструментов были анимированы как сборочные зависимости, так и созданное позиционное представление (рис. 8).
То есть для создания анимации возможно использовать ранее наработанные как сборочные зависимости, так и позиционные представления, что очень удобно. Несомненно, это очень важно для демонстрации заказчику принципа работы изделия.
И, конечно же, любой пользователь подтвердит, что получение бумажных чертежей (рис. 9) и спецификации (рис. 10) не составляет особого труда. Более того, внесение изменений в модель на окончательном этапе проектирования автоматически отображается и на чертеже, что очень экономит время и повышает качество выпускаемой документации.
Одной из часто встречающихся задач является выполнение прочностного расчета изделия в процессе его проектирования. Технология цифровых прототипов позволяет справляться с такими расчетами без предварительного изготовления изделия «в металле». Для этого вполне достаточно в процессе его разработки воспользоваться инструментами, которые предлагает нам Autodesk Inventor Professional. Поделимся достоинствами их практического применения на примере проекта траверсы. Основное назначение изделия — это выполнение работ по подъему и перемещению грузов. В проектно-конструкторском бюро разрабатываются различные варианты такелажного оборудования, в том числе траверсы.
Траверса, как и другие изделия, была спроектирована в Autodesk Inventor (рис.11). А вот для расчета конструкторами был использован Autodesk Inventor Professional, а именно входящий в его состав модуль конечно-элементного анализа.
Благодаря использованию Autodesk Inventor Professional выполнение такого рода расчетов происходит гораздо быстрее, появляется возможность применять параметризацию, то есть многократно использовать основной эскиз, меняя, к примеру, длину траверсы или типоразмер балки.
Благодаря интуитивно понятному инструментарию конструктор может быстро смоделировать расчетную схему, задать ограничения, нагрузки, сгенерировать сетку (рис. 12). Что важно, возможно исключить из расчета некоторые узлы, не влияющие на прочность, например цепи и крюки, как в данном примере (показаны полупрозрачными).
Итак, используя возможность, предоставленную средой «Анализ напряжения», на полученную модель траверсы накладываем определенную нагрузку и получаем, как результат, контролируемые параметры: запас прочности изделия методом конечных элементов (рис. 13), эквивалентные напряжения по Мизесу (рис. 14), а также смещение отдельных элементов (рис. 15).
После выполнения расчета программа позволяет создать и записать видеоролик, анимирующий полученные результаты (рис. 16).
Получение бумажных чертежей и спецификации не составляет особого труда. Более того, внесение изменений в модель на окончательном этапе проектирования автоматически отображается и на чертеже, что очень экономит время и повышает качество выпускаемой документации.
И, конечно же, немаловажно получить понятный отчет со всеми результатами вычислений, изображениями, и желательно в формате, который можно прочитать в Microsoft Word (рис. 17).
Отчет выполненного конечноэлементного анализа оформляется в виде отдельного документа и служит, наряду с традиционным расчетом, документом, подтверждающим заявленную прочность изделия (рис. 18).
Традиционно подведем основные итоги:
- в первую очередь нужно понимать, что для любого инженера-конструктора крайне важным является факт наличия инструментария, который позволяет спроектировать будущее изделие, используя в этом процессе простые и интуитивные инструменты, библиотеки стандартных деталей по российским стандартам. И, как мы видим, Autodesk Inventor идеально для этого подходит. Именно благодаря широчайшему спектру его возможностей, гарантированно предоставляемых разработчиком, компанией Autodesk, ПКО филиала «Производство полиметаллов» АО «Уралэлектромедь» и выбрали данный продукт для выполнения конструкторских разработок;
- использование модуля конечно-элементного анализа из состава Autodesk Inventor Professional позволяет конструкторам уже на этапе проектирования изделия выполнить необходимые расчеты и убедиться в его прочности и работоспособности.
Если представленные материалы заинтересовали читателей журнала «САПР и графика», пользователей систем автоматизированного проектирования, то мы и в дальнейшем готовы делиться обширным накопленным опытом и успехами инженеров-конструкторов ПКО филиала «Производство полиметаллов» АО «Уралэлектромедь».
Михаил Купар, Александр Соколов