Практическое применение КОМПАС в инженерной деятельности

Специальные возможности КОМПАС 3D: APM-FEM

Разбить на страницы
Показывать лекцию целиком

13.1 Основные сведения о программе прочностного расчета АРМ - FЕМ

Программа АРМ – FЕМ является сравнительно новым приложением КОМПАС 3D. Впервые данное приложение появилось в версии КОМПАС 3D 12 – как специальные возможности, в базовой конфигурации АРМ – FЕМ появилось в КОМПАС 3D 13.

Основное назначение программы – прочностной расчет и визуализация полученных результатов. Программа позволяет проводить статический расчет, расчет на устойчивость, расчет собственных частот и колебаний и т.д.

Для кого предназначено данное приложение – прежде всего для тех кто занимается исследованием конструкций на прочность и разработкой нового оборудования. Очень широкое распространение программа получила при разработке и модернизации горно-шахтного оборудования. Представьте себе, Вам необходимо разработать и модернизировать конструкцию дробилки или шнека – чтобы это сделать постройте 3D модель оборудования, после чего зайдите в АРМ – FЕМ и приложите нагрузки - в результате статического расчета перед Вами появится карта результатов (слои визуализации). На основе визуализации Вам представится картина распределения нагрузок по сечения модели и Вы наглядно увидите наиболее "проблемные места" в конструкции модели. Именно в тех сечениях где действуют максимальные нагрузки и предстоит вести роботу по модернизации конструкции.

В подтверждение выше изложенного отмечу, что в последнее время модернизация конструкции эксцентриковых валов насосов маслостанции, оптимизация конструкции шнека угольного комбайна, расчет опор – все эти анализы проводились при помощи АРМ – FЕМ.

Довольно неплохую статью о программе Вы можете прочитать перейдя по ссылке на сайт "Все секреты КОМПАС 3D": http://secret.kompas3d.su/publ/testiruem_apm_fem_novoe_prilozhenie_dlja_prochnostnykh_raschetov_v_srede_kompas_3d/1-1-0-10. Также можете посмотреть презентацию Александра Магомедова: http://materials.it-event.ru/697/integrating_kompas_3d_with_apm_studio_fem.pdf.

13.2 Работа с АРМ – FЕМ

В качестве примера рассмотрим стандартную задачу сопротивления материалов – задачу о консольной балке квадратного сечения: 100х100мм и длинной 2м на которую действует распределенная сила 15000Н.

Для начала активизируем АРМ – FЕМ для этого перейдите в "Менеджер библиотек" в папке "Расчет и построение" выберите АРМ – FЕМ: Прочностной анализ.

(рис 13.1) Активация АРМ – FЕМ

После чего создадим расчетную модель. Создайте 3D модель консольной балки – балки защемленной с одного конца.

Создайте эскиз – квадрат со сторонами 100мм.

(рис 13.2) Эскиз балки

При помощи объединения точек разместите квадрат в начале координат эскиза (см. лекц. 11).

(рис 13.3) Эскиз сечения балки

Теперь на вкладке "Редактирование детали" выберите "Выдавить" после чего "выдавите" эскиз в прямом направление на 2000мм.

(рис 13.4) Расчетная модель консольной балки

Полученную балку необходимо закрепить с одного конца, а к другому концу приложить нагрузку. Для закрепления балки перейдите в АРМ – FЕМ и выберите "Установить закрепление".

(рис 13.5) Переход к расчету

Выберите ближний к Вам торец и кликните по нему курсором – это будет закрепленный конец балки. После чего подтвердите свой выбор.

(рис 13.6) Установка закрепления конца балки

После того как был закреплен конец необходимо приложить распределенную силу. Для этого в папке АРМ – FЕМ выберите "Приложить распределенную силу".

(рис 13.7) Приложение распределенной силы

Распределенная сила действует на балку в направление оси Z - поэтому в строке состояния на вкладке "Компонента Z" укажите: – 15000Н, несмотря на то, что сила имеет отрицательное значение - вектор силы будет иметь положительное значение. На вкладке "Масштаб изображения" можете изменить значение на 3.0 – изменение масштаба изображения повлияет только на вид векторов. Кликните по противоположному торцу и подтвердите свой выбор.

(рис 13.8) Приложение распределенной силы

Когда деталь уже закреплена и приложены все нагрузки необходимо сгенерировать расчетную сетку. Мы будем выполнять статический расчет при помощи метода конечных элементов – т.е. разбиваем деталь на сетку состоящую из множества элементов на границах которых будет происходить решение. Данный метод очень широко используется во всех областях механики благодаря высокой точности и быстроте получаемых результатов. Скорость и точность результатов зависят от шага разбиваемой сетки – чем больше расстояние в ячейках тем быстрее происходит расчет, но при этом уменьшается точность результата. Этот метод получил широкое распространение с началом использования ЭВМ и его мощности и возможности ограничиваются только производительностью и мощностью вашего компьютера.

Для задания сетки перейдите в папку "Разбиение и расчет" и выберите "Генерация КЭ сетки" в строке стояния задайте на вкладке "максимальная длина стороны элемента" значение 15 и подтвердите свой выбор.

(рис 13.19) Задание параметров сетки

Указав длину 15.0 мм Вы задаете длину стороны элемента 15 мм – т.е. длина ячейки составит 15 мм – данная величина позволит сгенерировать сетку и провести статический расчет практически на всех компьютерах, если у Вас высокопроизводительная машина и достаточный объем виртуальной памяти можете задать значения намного меньше 3.0-5.0 и т.д.

(рис 13.10) Конечно - элементная сетка

Изменяя глубину просмотра изменяется и отображение сетки – но на результат это не оказывает влияния.

(рис 13.11) Конечно - элементная сетка с большей глубиной просмотра

После генерации конечно- элементной сетки можно перейти к расчету.

Для этого в папке "Разбиение и расчет" выберите "Расчет" и дважды кликните по этой вкладке.

(рис 13.12) Переход к расчету

Перед Вами появится окно задания параметров расчета – выберите "статический расчет" и подтвердите свой выбор.

(рис 13.13) Выбор типа расчета

Процесс расчета может занять несколько минут – все зависит от мощности Вашего компьютера, иногда может возникнуть сообщение о том, что расчет невозможен и требуется увеличить объем виртуальной памяти - чтобы решить эту проблему изменить настройки Вашего компьютера и увеличьте объем виртуальной памяти для процесс или можете увеличить стороны сетки (при этом изменится точность расчета).

После того как расчет произведен необходимо визуализировать результаты расчета – для этого перейдите в папку "результаты" и выберите "карта результатов".

(рис 13.14) Подготовка к визуализации

Перед Вами появится окно параметров вывода результатов – иначе говоря Вам предложат какую из величин необходимо визуализировать. Выберите "напряжение", остальные параметры не стоит изменять.

(рис 13.15) Выбор слоя визуализации

Подтвердив свой выбор Вы получите картину распределения напряжений по длине балки с указанием максимального и минимального напряжения.

(рис 13.16) Распределение напряжения по длине стержня

Так же можно получит численные характеристики напряжения - напряжение по Мизесу – это не что иное как четвертая теория прочности, очень достоверная величина особенно для стержней.

(рис 13.17) Напряжения в балке

Таким же образом можно вычислять и другие величины, например перемещения. Выберите в папке "Расчет и построения" закладку "Карта результатов" после чего выберите "Перемещение".

(рис 13.18) Задание параметров перемещения

Остальные величины не стоит изменять, после чего подтвердите свой выбор.

(рис 13.19) Визуализация перемещений

Численные перемещения можно посмотреть в колонке.

(рис 13.20) Численные значения перемещений

Как видите предыдущий слой "напряжения" "погасился" т.е. не отображается – чтобы он отобразился выберите в "Дереве модели" слой и из всплывающего меню выберите "Скрыть/Показать".

(рис 13.21) Выбор слоев отображения

Помимо этого можно вычислить инерционные характеристики модели: массу, центр масс и т.д. Для этого в папке "Результаты" выберите "инерционные характеристики" и подтвердите свой выбор.

(рис 13.22) Переход к инерционному расчету

В результате Вы получите окно в котором показано численное значение массы, характеристики модели, центр тяжести и т.д.

(рис 13.23) Инерционные характеристики

Чтобы выйти из окна просто нажмите ОК.

Благодаря закладке "Выноска" можно получить численное значение параметра, который Мы вычислили – необходимо только навести курсором.

(рис 13.24) Переход к выноске

Чтобы узнать какое значение напряжения или перемещения в конкретной точке необходимо навести курсором на точку.

(рис 13.25) Определение перемещения в точке

Можно сохранять отчеты о расчете. Для этого в папке "Результаты" выберите "Сохранить отчет" и укажите папку куда его нужно сохранить.

(рис 13.26) Сохранение расчета

После чего откройте файл отчета и перед Вами появится файл отчета.

(рис 13.27) Файл отчета

На этом занятие Мы рассмотрели систему прочностного анализа АРМ – FЕМ. Провели простейший расчет консольной балки с последующей визуализацией и сохранением результатов расчета. Данный продукт сравнительно новый, но несмотря на это он находит широкое применение в среде разработчиков деталей и конструкций. На следующем занятие будут рассмотрены прикладные библиотеки КОМПАС.

Ключевые термины:

Консольная балка – горизонтальная балка с одной жестко фиксированной опорой. Консольная балка является статически определимой системой.

Метод конечных элементов - метод основанный на аппроксимации непрерывной функции (давление, температура, и т.д.) которая строится на множестве кусочно – непрерывных функций определенных на конечном числе областей – называемых конечными элементами.

Распределенная нагрузка – интенсивность действия по длине конструкции, в пространственной системе по площади.

Сопротивление материалов – часть механики деформируемого твердого тела, которая рассматривает инженерные методы расчета конструкций на прочность, жесткость, устойчивость при одновременном удовлетворение требованиям надежности, экономичности, долговечности.

Статически определимая система – система где число опорных реакций соответствует числу степеней свободы, величины опорных реакций можно определить из величин внешних нагрузок.

Статический расчет – расчет при котором определяются усилия и перемещения расчетных элементов.

Контрольные вопросы

  • Для чего нужно приложение АРМ – FЕМ?
  • Как активировать АРМ – FЕМ?
  • Что такое метод конечных элементов?
  • Какова последовательность расчета консольной балки?
  • Зависит ли точность расчетов от густоты сетки?
  • Можно ли определить массу модели используя АРМ – FЕМ?
  • Как сохранить отчет?
  • Как определить напряжение в точке?
  • Что будет если изменить "глубину просмотра"?
  • Можно ли производить расчеты в АРМ – FЕМ для шнеков, эксцентриковых валов, резцов и т.д.?
    •

    Упражнения

    Упражнение 1.

    Прочтите статью перейдя по ссылке http://kompas.ru/source/articles/2011.05_Observer_APMFEM.pdf

    Упражнение 2.

    Ознакомьтесь с презентацией перейдя по ссылке http://www.myshared.ru/slide/365647/

    Упражнение 3.

    Проведите статический расчет, изменив "максимальную дли-ну стороны элемента" задав значение 7.0. Как изменятся результаты?

    Упражнение 4.

    Проведите статический расчет консольной балки сечением 75х100мм, длиной 3,5 м и приложенной распределенной силой 20000Н. Сохраните отчет.

    Краткие итоги

  • Изучили программу прочностного расчета АРМ – FЕМ.
  • Рассмотрели процесс работы с программой
    •
    Страницы:

    13.1 Основные сведения о программе прочностного расчета АРМ - FЕМ

    Программа АРМ – FЕМ является сравнительно новым приложением КОМПАС 3D. Впервые данное приложение появилось в версии КОМПАС 3D 12 – как специальные возможности, в базовой конфигурации АРМ – FЕМ появилось в КОМПАС 3D 13.

    Основное назначение программы – прочностной расчет и визуализация полученных результатов. Программа позволяет проводить статический расчет, расчет на устойчивость, расчет собственных частот и колебаний и т.д.

    Для кого предназначено данное приложение – прежде всего для тех кто занимается исследованием конструкций на прочность и разработкой нового оборудования. Очень широкое распространение программа получила при разработке и модернизации горно-шахтного оборудования. Представьте себе, Вам необходимо разработать и модернизировать конструкцию дробилки или шнека – чтобы это сделать постройте 3D модель оборудования, после чего зайдите в АРМ – FЕМ и приложите нагрузки - в результате статического расчета перед Вами появится карта результатов (слои визуализации). На основе визуализации Вам представится картина распределения нагрузок по сечения модели и Вы наглядно увидите наиболее "проблемные места" в конструкции модели. Именно в тех сечениях где действуют максимальные нагрузки и предстоит вести роботу по модернизации конструкции.

    В подтверждение выше изложенного отмечу, что в последнее время модернизация конструкции эксцентриковых валов насосов маслостанции, оптимизация конструкции шнека угольного комбайна, расчет опор – все эти анализы проводились при помощи АРМ – FЕМ.

    Довольно неплохую статью о программе Вы можете прочитать перейдя по ссылке на сайт "Все секреты КОМПАС 3D": http://secret.kompas3d.su/publ/testiruem_apm_fem_novoe_prilozhenie_dlja_prochnostnykh_raschetov_v_srede_kompas_3d/1-1-0-10. Также можете посмотреть презентацию Александра Магомедова: http://materials.it-event.ru/697/integrating_kompas_3d_with_apm_studio_fem.pdf.

    13.2 Работа с АРМ – FЕМ

    В качестве примера рассмотрим стандартную задачу сопротивления материалов – задачу о консольной балке квадратного сечения: 100х100мм и длинной 2м на которую действует распределенная сила 15000Н.

    Для начала активизируем АРМ – FЕМ для этого перейдите в "Менеджер библиотек" в папке "Расчет и построение" выберите АРМ – FЕМ: Прочностной анализ.

    (рис 13.1) Активация АРМ – FЕМ

    После чего создадим расчетную модель. Создайте 3D модель консольной балки – балки защемленной с одного конца.

    Создайте эскиз – квадрат со сторонами 100мм.

    (рис 13.2) Эскиз балки

    При помощи объединения точек разместите квадрат в начале координат эскиза (см. лекц. 11).

    (рис 13.3) Эскиз сечения балки

    Теперь на вкладке "Редактирование детали" выберите "Выдавить" после чего "выдавите" эскиз в прямом направление на 2000мм.

    (рис 13.4) Расчетная модель консольной балки

    Полученную балку необходимо закрепить с одного конца, а к другому концу приложить нагрузку. Для закрепления балки перейдите в АРМ – FЕМ и выберите "Установить закрепление".

    (рис 13.5) Переход к расчету

    Выберите ближний к Вам торец и кликните по нему курсором – это будет закрепленный конец балки. После чего подтвердите свой выбор.

    (рис 13.6) Установка закрепления конца балки

    После того как был закреплен конец необходимо приложить распределенную силу. Для этого в папке АРМ – FЕМ выберите "Приложить распределенную силу".

    (рис 13.7) Приложение распределенной силы

    Распределенная сила действует на балку в направление оси Z - поэтому в строке состояния на вкладке "Компонента Z" укажите: – 15000Н, несмотря на то, что сила имеет отрицательное значение - вектор силы будет иметь положительное значение. На вкладке "Масштаб изображения" можете изменить значение на 3.0 – изменение масштаба изображения повлияет только на вид векторов. Кликните по противоположному торцу и подтвердите свой выбор.

    (рис 13.8) Приложение распределенной силы

    Когда деталь уже закреплена и приложены все нагрузки необходимо сгенерировать расчетную сетку. Мы будем выполнять статический расчет при помощи метода конечных элементов – т.е. разбиваем деталь на сетку состоящую из множества элементов на границах которых будет происходить решение. Данный метод очень широко используется во всех областях механики благодаря высокой точности и быстроте получаемых результатов. Скорость и точность результатов зависят от шага разбиваемой сетки – чем больше расстояние в ячейках тем быстрее происходит расчет, но при этом уменьшается точность результата. Этот метод получил широкое распространение с началом использования ЭВМ и его мощности и возможности ограничиваются только производительностью и мощностью вашего компьютера.

    Для задания сетки перейдите в папку "Разбиение и расчет" и выберите "Генерация КЭ сетки" в строке стояния задайте на вкладке "максимальная длина стороны элемента" значение 15 и подтвердите свой выбор.

    (рис 13.19) Задание параметров сетки

    Указав длину 15.0 мм Вы задаете длину стороны элемента 15 мм – т.е. длина ячейки составит 15 мм – данная величина позволит сгенерировать сетку и провести статический расчет практически на всех компьютерах, если у Вас высокопроизводительная машина и достаточный объем виртуальной памяти можете задать значения намного меньше 3.0-5.0 и т.д.

    (рис 13.10) Конечно - элементная сетка

    Изменяя глубину просмотра изменяется и отображение сетки – но на результат это не оказывает влияния.

    (рис 13.11) Конечно - элементная сетка с большей глубиной просмотра

    После генерации конечно- элементной сетки можно перейти к расчету.

    Для этого в папке "Разбиение и расчет" выберите "Расчет" и дважды кликните по этой вкладке.

    (рис 13.12) Переход к расчету

    Перед Вами появится окно задания параметров расчета – выберите "статический расчет" и подтвердите свой выбор.

    (рис 13.13) Выбор типа расчета

    Процесс расчета может занять несколько минут – все зависит от мощности Вашего компьютера, иногда может возникнуть сообщение о том, что расчет невозможен и требуется увеличить объем виртуальной памяти - чтобы решить эту проблему изменить настройки Вашего компьютера и увеличьте объем виртуальной памяти для процесс или можете увеличить стороны сетки (при этом изменится точность расчета).

    После того как расчет произведен необходимо визуализировать результаты расчета – для этого перейдите в папку "результаты" и выберите "карта результатов".

    (рис 13.14) Подготовка к визуализации

    Перед Вами появится окно параметров вывода результатов – иначе говоря Вам предложат какую из величин необходимо визуализировать. Выберите "напряжение", остальные параметры не стоит изменять.

    (рис 13.15) Выбор слоя визуализации

    Подтвердив свой выбор Вы получите картину распределения напряжений по длине балки с указанием максимального и минимального напряжения.

    (рис 13.16) Распределение напряжения по длине стержня

    Так же можно получит численные характеристики напряжения - напряжение по Мизесу – это не что иное как четвертая теория прочности, очень достоверная величина особенно для стержней.

    (рис 13.17) Напряжения в балке

    Таким же образом можно вычислять и другие величины, например перемещения. Выберите в папке "Расчет и построения" закладку "Карта результатов" после чего выберите "Перемещение".

    (рис 13.18) Задание параметров перемещения

    Остальные величины не стоит изменять, после чего подтвердите свой выбор.

    (рис 13.19) Визуализация перемещений

    Численные перемещения можно посмотреть в колонке.

    (рис 13.20) Численные значения перемещений

    Как видите предыдущий слой "напряжения" "погасился" т.е. не отображается – чтобы он отобразился выберите в "Дереве модели" слой и из всплывающего меню выберите "Скрыть/Показать".

    (рис 13.21) Выбор слоев отображения

    Помимо этого можно вычислить инерционные характеристики модели: массу, центр масс и т.д. Для этого в папке "Результаты" выберите "инерционные характеристики" и подтвердите свой выбор.

    (рис 13.22) Переход к инерционному расчету

    В результате Вы получите окно в котором показано численное значение массы, характеристики модели, центр тяжести и т.д.

    (рис 13.23) Инерционные характеристики

    Чтобы выйти из окна просто нажмите ОК.

    Благодаря закладке "Выноска" можно получить численное значение параметра, который Мы вычислили – необходимо только навести курсором.

    (рис 13.24) Переход к выноске

    Чтобы узнать какое значение напряжения или перемещения в конкретной точке необходимо навести курсором на точку.

    (рис 13.25) Определение перемещения в точке

    Можно сохранять отчеты о расчете. Для этого в папке "Результаты" выберите "Сохранить отчет" и укажите папку куда его нужно сохранить.

    (рис 13.26) Сохранение расчета

    После чего откройте файл отчета и перед Вами появится файл отчета.

    (рис 13.27) Файл отчета

    На этом занятие Мы рассмотрели систему прочностного анализа АРМ – FЕМ. Провели простейший расчет консольной балки с последующей визуализацией и сохранением результатов расчета. Данный продукт сравнительно новый, но несмотря на это он находит широкое применение в среде разработчиков деталей и конструкций. На следующем занятие будут рассмотрены прикладные библиотеки КОМПАС.

    Ключевые термины:

    Консольная балка – горизонтальная балка с одной жестко фиксированной опорой. Консольная балка является статически определимой системой.

    Метод конечных элементов - метод основанный на аппроксимации непрерывной функции (давление, температура, и т.д.) которая строится на множестве кусочно – непрерывных функций определенных на конечном числе областей – называемых конечными элементами.

    Распределенная нагрузка – интенсивность действия по длине конструкции, в пространственной системе по площади.

    Сопротивление материалов – часть механики деформируемого твердого тела, которая рассматривает инженерные методы расчета конструкций на прочность, жесткость, устойчивость при одновременном удовлетворение требованиям надежности, экономичности, долговечности.

    Статически определимая система – система где число опорных реакций соответствует числу степеней свободы, величины опорных реакций можно определить из величин внешних нагрузок.

    Статический расчет – расчет при котором определяются усилия и перемещения расчетных элементов.

    Контрольные вопросы

  • Для чего нужно приложение АРМ – FЕМ?
  • Как активировать АРМ – FЕМ?
  • Что такое метод конечных элементов?
  • Какова последовательность расчета консольной балки?
  • Зависит ли точность расчетов от густоты сетки?
  • Можно ли определить массу модели используя АРМ – FЕМ?
  • Как сохранить отчет?
  • Как определить напряжение в точке?
  • Что будет если изменить "глубину просмотра"?
  • Можно ли производить расчеты в АРМ – FЕМ для шнеков, эксцентриковых валов, резцов и т.д.?
    •

    Упражнения

    Упражнение 1.

    Прочтите статью перейдя по ссылке http://kompas.ru/source/articles/2011.05_Observer_APMFEM.pdf

    Упражнение 2.

    Ознакомьтесь с презентацией перейдя по ссылке http://www.myshared.ru/slide/365647/

    Упражнение 3.

    Проведите статический расчет, изменив "максимальную дли-ну стороны элемента" задав значение 7.0. Как изменятся результаты?

    Упражнение 4.

    Проведите статический расчет консольной балки сечением 75х100мм, длиной 3,5 м и приложенной распределенной силой 20000Н. Сохраните отчет.

    Краткие итоги

  • Изучили программу прочностного расчета АРМ – FЕМ.
  • Рассмотрели процесс работы с программой
    •
    Предыдущее занятие Следующее занятие
    Вернуться к учебному плану
    ^