УДК 004.94

Использование современных САПР при выполнении прочностного расчета

У Тунюй – бакалавр Института машиностроения, материалов и транспорта Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.

Аннотация: Цель работы заключается в изучении возможностей применения современных систем автоматизированного проектирования (САПР) при проведении различных расчетов, связанных с определением плотности. Проведен анализ современных САПР-систем и их характеристик с целью выделения наиболее эффективных из них для проведения прочностного расчета. Приведен пример изображений, построенных в отечественном САПР APM Studio и позволяющих провести прочностный анализ изделия. В заключение работы делается вывод о том, что современные отечественные САПР-продукты могут эффективно применяться для широкого круга задач, в том числе и проведения прочностных расчетов. Это подчеркивает их высокую значимость и эффективность и позволяет надеяться в будущем на то, что именно отечественные САПР продукты получат широкое распространение как на отечественном, так и на иных рынках, и смогут максимально заместить импортные аналоги.

Ключевые слова: автоматизация, изделие, моделирование, прочностный расчет, САПР.

С каждым годом можно все больше наблюдать, как современные САПР системы все более широко начинают применяться в работе все большего числа различных предприятий, существенно повышая, при этом, уровень их работы и качество производимых изделий, которые ежегодно становятся все более сложными. Применение подобного рода систем проектирования позволяет существенно сократить временные сроки разработки изделия, а также устранить достаточно большое количество ошибок в процессе проектирования и, тем самым, сделать готовое изделие наиболее надежным [1].

Производство современных изделий в настоящее время не связано исключительно с этапом проведения моделирования их геометрических размеров. Все чаще можно слышать о так называемом комплексном анализе в процессе разработки, который включает в себя достаточно большое количество различных этапов. Одним из таковых является расчет на прочность входящих в состав изделия составных частей, который позволяет определить наиболее уязвимые составные части устройства и произвести их доработку для повышения надежности и качества всего изделия. В связи с этим достаточно актуальным является изучение вопросов, которые касаются анализа возможностей современных САПР продуктов и определению возможности их применения для прочностного расчета.

В результате анализа научных источников по проблемной тематике [1-5], можно сделать вывод, что для проведения расчета изделия на прочность необходимо, чтобы в используемом САПР продукте был предустановлен модуль Computer Aided Engineering (CAE), который позволяет осуществлять различного рода инженерные расчеты. Данный тип анализа на настоящий момент относится к числу наиболее развивающихся и популярных методов во всем мире и входит в состав таких крупных САПР продуктов, как КОМПАС-3D, SolidWorks, Ansys [2] и многие другие. Данные САПР продукты обладают собственными рабочими интерфейсами и особенностями построения, что делает данные продукты уникальными и отличными друг от друга. Рассмотрим возможности наиболее популярных отечественных САПР продуктов, которые являются доступными на современном рынке.

САПР КОМПАС-3D имеет встроенный модуль APM FET [3], который позволяет проводить расчет на прочность по методу конечных элементов. Данное решение является наиболее простым и относительно недорогим и позволяет решать круг задач, связанных со статистическим анализом и расчетом на прочность как отдельных элементов изделия, так и сборочных частей.

САПР SolidWorks обладает встроенным модулем Simulation, в состав которого включен модуль прочностного анализа, позволяющего решать следующие задачи [2]:

- проведение расчета составных честей и сборочных единиц любой степени сложности в линейной статической постановке;

- определение собственных частот и форм потери устойчивости;

- определение многоцикловых усталостей;

- расчет тепловых особенностей в случае статической внешней среды и т.п.

Очевидно, что круг проблемных задач, решаемых с помощью данной САПР, является достаточно широким, в связи с чем именно она пользуется высокой популярностью на современном отечественном рынке.

Еще одной отечественной САПР системой, которая может с успехом применяться для проведения расчетов на прочность, является T-FLEX PLM. В ее состав входят два основных инженерных модуля - T-FLEX Анализ и T-FLEX Динамика [4], которые предоставляют конечному пользователю достаточно большое количество возможностей для проведения инженерных расчетов. В рамках данного продукта расчет на прочность также проводится по методу конечных элементов и позволяет решать круг задач, связанных со статистическим анализом и расчетом на прочность как отдельных элементов изделия, так и сборочных частей.

САПР WinMachine является относительно недавней разработкой на отечественном рынке и имеет в своем составе модуль APM Studio, использующийся для проведения прочностного и динамического расчетов и последующей визуализации полученных результатов. APM Studio построен на базе собственного математического ядра «APM Engine». Ядро «APM Engine»служит для выполнения совокупности булевых операций над типовыми формообразующими элементами и хранения форматов геометрических элементов [5]. На следующих рисунках приведены примеры проведения различных типов расчетов на прочность с помощью данной САПР.

Рисунок 1. Карта распределения эквивалентных напряжений в нагеле [5]

Рисунок 2. Карта распределения эквивалентных напряжений внутри паза бруса [5]

В результате проведенного анализа можно сделать вывод о том, что данное проблемное направление в современном мире развивается достаточно интенсивно. Отечественный рынок современных САПР продуктов, применяемых для расчета изделий и их составных частей на прочность, уже сейчас является широким и, очевидно, с каждым последующим годом будет только развиваться. Наибольшей популярностью у празработчиков в настоящее время пользуется САПР SolidWorks, который позволяет конечному пользователю производить наибольшее количество различных инженерных расчетов, даже несмотря на то, что это занимает длительное время. Однако следует обращать внимание и на иные продукты, которые имеются на рынке и позволяют получать необходимый результат за более короткое время. К числу таковых можно отнести САПР КОМПАС-3D и T-FLEX PLM.

Список литературы

1. Стремнев А. Прочностные анализы в Autodesk Inventor / А. Стремнев // САПР и графика. – 2010. – № 5. – С. 20-22.
2. Легкова И.А. Возможности современных систем автоматизированного проектирования для проведения прочностного анализа / И.А. Легкова // NovaInfo. – 2018. – № 81. – С. 5-9.
3. Зобнин А.П. Прочностные расчёты с применением САПР в машиностроении при проектировании валов / А.П. Зобнин, Е.С. Коккарева // 3D технологии в решении научно-практических задач. Сборник статей Всероссийской научно-практической конференции. Красноярск, 2022. – С. 17-20.
4. Худяков К.В., Долгополов Д.Д. Исследование возможностей систем автоматизированного проектирования для прочностных расчетов деталей подшипников качения / К.В. Худяков, Д.Д. Долгополов // Современные наукоемкие технологии. – 2023. – № 8. – С. 71-76
5. Руднев И.В. Применение CAD/CAE систем в расчетах на прочность соединений элементов строительных конструкций / И.В. Руднев, Г.А. Столповский // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры. Материалы Всероссийской научно-методической конференции. Оренбург, 2014. – С. 441-446.