понедельник, 9 января 2012 г.

Курсовой проект по Методам конечных элементов. APM WinMachine 9.6, SolidWorks 2008, Siemens Femap 10.2, ANSYS Multiphysics 13



   За двумя зайцами погонишься - ни одного не поймаешь. Вот так и я, хотел сделать больше и больше, в итоге сделал всего но по немного, как следствие получилось не так качественно как хотелось, но все же что-то получилось.
   Для начала,  красивая картинка ну а о проблемах и ходе их решения будет "Далее".  



   Так как предмет называется методы конечных элементов, то заданием и было создать модель и разбив ее на конечные элементы вывести результат, а какой это уже в зависимости от того что именно разбивали.
В данном курсовом проекте задание состояло из таких частей:
  • Расчет в программе  APM WinMachine 9.6 данных для построения редуктора исходя из начальных данных, полученных у преподавателя;
  • Построить 3d модель редуктора;
  • Посчитать валы данного редуктора на перемещения, деформацию и напряжения в программе  Siemens Femap 10.2 и сравнить результаты с расчетами  WinMachine;
  • Разбить на конечные элементы упрощенную модель редуктора  в таких программах:  Siemens Femap 10.2 и  ANSYS Multiphysics 13;
  • Посчитать разбитую модель влияние собственных частот в  Siemens Femap 10.2.
   1.  Если разобраться по пунктам, то с первым уже возникли проблемы, но это больше малый опыт в работе с редукторами, но благодаря помощи руководителя расчет был сделан и в некоторых случаях исправлен. В итоге с данными для построения редуктора проблем, требующих внимания, не было.

   2. Ну с этим, благодаря курсу Деталей машин и книге  Киркача Н.Ф., Баласаняна Р.А. «Расчет и проектирование деталей машин», проблем тоже не было. Тем более что геометрия нужна была упрощенной и в программе SolidWorks 2008 ее создание не создавало никаких затруднений. Но это было на стадии создания модели. В случае моей неопытности с разбивкой на конечные элементы, было внесено в модель немного изменений, но эти изменения вызывали "поломки" редуктора. Как вывод к этому пункту хочу добавить, что параметризация, пусть даже не самого высокого качества, играет большую роль при построении модели для дальнейших расчетов. Вот такой получился результат.


   
   3. Вот на этом пункте я сделал настолько упрощенно, что результаты было сравнивать не совсем корректно. Но как ни странно они в основном сходились. Суть ошибки заключалась в выборе метода расчетов валов в Siemens Femap 10.2. Не всегда тот путь правильный, который знаешь. По этой программе у нас по программе было много задачек с балочными и стержневыми элементами, вот я и делал этим методом. Естественно никаких отверстий под шпонки, скруглений и фасок этот метод не предусматривал. Создавалась упрощенная модель с разными сечениями, как на рисунку ниже и на основе такой модели делались расчеты и выводились результаты.
   4. Вот здесь было много проблем, все сюда и не впихнешь. Начну с того что автоматическое разбиение на конечные элементы - это самый быстрый способ, как бы странно это не звучало, разбить деталь на конечные элементы. И управлять им легко, не разбивает - уменьшаем размер элемента до тех пор, пока не создаст сетку. Но в этом случае есть ряд недостатков, некоторые проверены опытом. Главный из них, недостаток оперативной памяти, так как конечные элементы уменьшаются, их количество увеличивается. Следовательно увеличивается количество уравнений, которые нужно решать компьютеру. Моему компьютеру было сложновато разбивать в ANSYS Multiphysics саму деталь на конечные элементы, а в Siemens Femap тоже задумывался неплохо. Но он осилил, и это радует. 
ANSYS Multiphysics 13

 Siemens Femap 10.2

   Вторым большим минусом является избыток маленьких конечных элементов в тех местах, где можно было обойтись и более крупными. В тех местах, что нам более важны для расчета тоже не всегда возможно еще больше измельчить сетку.
   Для того что бы разбить более корректную сетку я пробовал "резать" модель корпуса редуктора в SolidWorks 2008. К тому что получилось дошел не сразу, и этот результат очень не доработан. 
   Обо все проделанной работе можно почитать в документе, тот что чуть ниже, лишь на украинском языке.



   5. Вывод результатов это один из самых любимых этапов таких заданий, особенно если результат устраивает не только нас, студентов, а и преподавателей. В этом особых сложностей не было, хотя результаты на собственные частоты не особо радовали, еще при том, что не все так гладко было из сеткой. Красивые картинки с результатами для этого этапа (и не только для этого) можно просмотреть в презентации чуть ниже.

Курсовой проект МКЕ (презентация)

   Данный курсовой проект дал возможность ознакомится с методом конечных элементов, разобраться в чем его суть и учиться избегать проблем при создании как самой модели так и сетки. 
   С уважением, Дмитрий Мухин.

12 комментариев:

  1. Хотелось бы узнать цель расчета частот для корпуса ? А почему вы формы не вывели ? И с чем равнивались результаты ? Можно было бы провести сравнительный результат и в Ансисе. Но для этого нужно было бы свести модели к одинаковым размерам элементов.

    ОтветитьУдалить
  2. И каким образом вы сверяли точность результатов выданных Фемапом ?

    ОтветитьУдалить
  3. Так как у нас предмет называется методы конечных элементов, и у меня в задании был редуктор, то было решено посчитать корпус на собственные частоты.
    По поводу сравнений в первом случае цитирую: "Посчитать валы данного редуктора на перемещения, деформацию и напряжения в программе Siemens Femap 10.2 и сравнить результаты с расчетами WinMachine"
    Сравнивались эпюры этих же перемещений, напряжений и деформаций. В записке это описано.
    Во втором случае и было задумано сравнить результаты Фемапа и Ансиса, но не осилил. Так как и Фемапом до конца не разобрался.
    И еще по поводу количества элементов, над этим и буду работать в дальнейшем и на диплом постараюсь это вывести в виде сравнения.

    ОтветитьУдалить
  4. Прежде чем начинать проверку между разными комплексами, ходит мнение что следует проверить необходимый размер сетки. Думаю вам уже рассказывали, что для проверки сходимости результатов, сетку измельчают в 2 раза и считают. Относительная разность результатов должна быть в граница 5-10% (в зависимости от типа задачи). В таком случае посчитанная задача с точки зрения КЭ модели будет корректна.

    Что касается частотника. Вы не пробовали посчитать без закрепления ? Вроде как не совсем верно просто получить какие то значения. Попробуйте посравнивать с частотами того же двигателя.

    ОтветитьУдалить
  5. По поводу сетки при сравнении не знал, наверное, потому что не спрашивал. За этот совет спасибо, пригодиться.
    Без закрепления не считал, думал, что не имеет смысла, так как корпус жестко крепится. По поводу получения "каких то" значений полностью согласен, их нужно с чем то сравнивать, в моем случае планировалось сравнить с расчетами из ANSYS Multiphysics, но не осилил. По поводу двигателя, пока что и без него есть чем заняться.

    ОтветитьУдалить
  6. Сравнивать модели из разных пакетов нужно с одинаковыми размерами элементов но при этом чтобы быть уверенными что данный размер элемента был вполне достаточным нужно сделать действия указанные выше.

    Если будете считать незакрепленную модель он должен показать первые 6 нулевых частот(в фемапе если не ошибаюсь больше не покажет в отличии от ансиса). И там вы сможете увидеть если у вас что то отваливается.
    А частоту двигателя для вашего редуктора вы можете посмотреть в Винмашине если память не изменяет.

    ОтветитьУдалить
  7. О сетке мне сказали, что элементы лучше сделать толщиной в два раза тоньше чем самый тонкий элемент детали. По "действиям указанным выше", мне для корректности нужно сделать в 4 раза меньше элемент. И сравнить результат с тем, что у меня получилось. Я правильно понял?

    Частота двигателя действительно в результатах Винмашин есть, но их мне, вроде, считать не нужно.
    Если нулевые частоты это когда деталь "колбасится" то вверх, то вниз то по сторонам, то такое в фемапе есть.

    ОтветитьУдалить
  8. Да сделать елементы в 4 раза меньше и глянуть какая разница получится между результатами.

    Частоту двигателя считать не нужно, ее нужно сравнить с частотами твоего корпуса что бы не было резонирующих частот и так далее.

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Что имеется в виду под "сделать елементы в 4 раза меньше"? Это же противоречит измельчению сетки в 2 раза.

      Удалить
  9. Если так, то обязательно сравню. Спасибо.

    ОтветитьУдалить
  10. Хотелось бы увидеть публикации со сравнением решений в балочной постановке (АРМ и МКЭ)
    и по тому как разрезали детали под регулярную разбивку.

    ОтветитьУдалить
  11. Если нужно, значит будет.

    ОтветитьУдалить