Témata
Reklama

Analýza metodou konečných prvků je integrována do CAD systému

15. 06. 2005

To, o čem si celé generace inženýrů mohly nechat jen zdát, se stalo skutečností. Autodesk Inventor Professional ve své nejnovější verzi nabízí také funkce pro analýzu metodou konečných prvků (FEA), které umožňují testovat důležité díly již v průběhu navrhování. Výpočty, které dříve byly z důvodu vysokých nákladů a složitosti ve výhradní kompetenci vývojových center velkých podniků a specialistů pro analýzu konečných prvků, může nyní provádět jakákoliv malá nebo středně velká firma či návrhářská kancelář.

Výkonné 3D CAD systémy pronikly do všech oblastí techniky. Zvyšují produktivitu při navrhování, zabraňují chybám a podporují také obchodníky, kteří mají k dispozici vysoce kvalitní vizualizace výrobku ještě před jeho vyrobením. 3D model umožňuje také provádět analýzu metodou konečných prvků již v průběhu navrhování. Díky tomu mohou i malé a střední firmy nebo návrhářské kanceláře ve všech oblastech technického vývoje provádět všechny potřebné kroky pro zajištění kvality a spolehlivosti svých výrobků.
Autodesk Inventor Professional 10 s integrovanou FEA aplikací DesignSpace od společnosti ANSYS je natolik vyspělý a snadno použitelný, že jej bez problémů mohou používat i návrháři, kteří dosud s nějakou specializovanou aplikací pro FEA nikdy nepracovali. Vedle analýzy konečných prvků a "normálního" strojního konstruování umožňuje Autodesk Inventor Professional 10 také provádět návrhy hydraulických a elektrických zařízení včetně potrubí nebo kabelových svazků, a to jak ve 2D, tak 3D.
Reklama
Reklama
Reklama

Analýza metodou konečných prvků (FEA)

Metoda konečných prvků se osvědčila při řešení mnoha fyzikálních problémů, například při výpočtech mechanického zatížení, hydrauliky, tepelné vodivosti, elektrických vlastností, magnetostatiky atd. Původně byla vyvinuta pro výpočty tlaků a pnutí v pevných modelech a i dnes je to její nejčastější aplikace ve strojním inženýrství. FEA umožňuje propočítat jakkoli složitý pevný objekt a není omezena na jednoduché formy, jako například nosníky s různými průřezy, které většina inženýrů umí ze školy vypočítat ručně.
Při analýze metodou FEA je propočítávané těleso rozděleno na velký počet samostatných dílů (konečných prvků). Zvláštním případem, který ilustruje tento princip, je prostorová kostra. Zde je rozdělení na prvky jasné - jsou jimi jednotlivé tyče. Pro tyto prvky je potřeba vytvořit výpočetní rovnice, z nichž vzhledem k velkému počtu prvků vzniknou ohromné systémy rovnic, které by bylo nemožné vyřešit ručně. Zatímco před 20 lety se pro takové výpočty používaly velké sálové počítače, dnes stačí výkon moderního PC. Rozvoj technologie FEA jde ruku v ruce s rozvojem počítačové technologie.

Rychlejší a přesnější

Funkčnost FEA aplikace Autodesk Inventor Professional poskytuje návrhářům rozsáhlé analytické možnosti. Hrubé výpočty a odhady jsou věcí minulosti, neboť analýza tlaku a zatížení všech důležitých součástí se stává naprosto rutinní záležitostí. Návrháři jsou schopni v Inventoru pohotově optimalizovat geometrii s ohledem na tuhost či bezpečnost a za velmi krátkou dobu mohou vyzkoušet několik variant. Při analýze nepotřebují žádné externí specialisty nebo zdlouhavé komunikační kanály. Systém se snadno ovládá a uživatel se s ním seznámí za krátkou dobu. Tendence a problematické oblasti tak mohou návrháři identifikovat v řádu minut na svých vlastních pracovních stanicích. Nemusí přitom ani vytvářet síť FEA, neboť Autodesk Inventor Professional ji vytvoří automaticky sám.

Úspora nákladů

S analýzami lze začít už v raném stadiu vývoje produktu, od samotného počátku eliminovat slabiny, pohotově porovnávat různé varianty návrhu a dojít tak k lepším alternativám. Například rychlý test tuhosti vodicích lišt nástroje může pomoci předejít chybám v přesnosti při provozu. Pokud je vlastní frekvence stolu frézy blízká frekvenci motoru, což by vedlo k rezonanci, je možné volbou vhodného řešení už předem "problému" zabránit. To vše vede k tzv. optimalizovaným a bezpečnějším výrobkům, redukci počtu drahých prototypů a zkrácení celkové doby vývoje. Uvést lze i další příklady. Většinu výrobních nákladů určuje cena materiálů a hmotnost. Předimenzované díly nejenže cenu materiálu zvyšují, ale mohou vést také k vyšším nákladům na provoz, uskladnění, sestavení a přepravu. Tomu všemu lze předejít právě pomocí analýzy metodou konečných prvků.
V minulosti byla většina analytických úkolů často outsourcována a zadávána mimo firmu, což nezřídka přináší prodlevy, starosti s koordinací a vyšší náklady. S aplikací Autodesk Inventor Professional si návrháři mohou sami kontrolovat své návrhy, mají okamžitě zpětnou vazbu a zároveň získávají zkušenosti, jak ušetřit čas a peníze u svých budoucích návrhů.

Snadné ovládání

Modul analýzy konečných prvků v aplikaci Autodesk Inventor Professional podporuje výpočty tlaků, pnutí a bezpečnostních faktorů, navíc je schopen určovat přirozené frekvence. Automaticky generuje sítě a analýza probíhá přímo na CAD modelu. Výběr materiálů, podpůrné specifikace, zatížení a tlaky lze zadat přímo v prostředí Inventoru. Návrháři tak mohou výpočty definovat přímo v aplikaci, na kterou jsou zvyklí. Vlastní výpočet spustí klepnutím myší. Vizuální výsledky jsou barevně odlišeny, aby byly snadno pochopitelné, takže například všechny oblasti návrhu s nízkým zatížením jsou znázorněny modře a všechny vysoce zatížené oblasti červeně. Aby měl návrhář lepší představu o chování navrhovaného výrobku při zatížení, tlaky a deformace jsou zobrazeny formou animace.
Pokud by FEA funkčnost aplikace Autodesk Inventor Professional nestačila, například při výpočtech plasticity nebo tepelného namáhání, je možno data z Inventoru exportovat přímo do specializované aplikace ANSYS DesignSpace. Velké firmy pro složitější problémy sice budou používat specializované aplikace i nadále, ale stále větší počet strojírenských firem používá integrované FEA nástroje. Profesionální analytické nástroje a Autodesk Inventor Professional totiž může používat každý návrhář.

Inventor 10

Autodesk Inventor Professional 10 je spolu s ostatními aplikacemi pro strojní inženýrství (Autodesk Inventor Series 10, AutoCAD Mechanical 2006) součástí nové řady softwaru, kterou Autodesk představil letos na jaře. Společným prvkem aplikací je hlubší integrace 2D a 3D systémů. Autodesk Inventor Series je už čtyři roky v řadě nejprodávanějším 3D návrhovým systémem, což svědčí o tom, že 3D technologie získává stále více příznivců. Přetrvávající nutnost odvádět část práce ve 2D způsobuje, že uživatelé rádi sáhnou po produktu, který v sobě dobře integruje obě možnosti.
Zatímco dříve byla hlavní prioritou návrhářů 2D dokumentace odpovídající normám, dnešní konstruktéři především chtějí rychle definovat komplexní 3D návrh a soustředit se na funkčnost. Základem všech odvozených znázornění a procesů je pak digitální 3D parametrický model. V něm mohou konstruktéři označovat jednotlivé díly jako adaptivní (tj. funkčně související). Výhoda této koncepce se projeví hned při první změně konstrukce: Jsou-li například nádrž a její ventil označeny jako adaptivní, při změně umístění ventilu se automaticky do nové polohy přesune také umístění otvoru ventilu. Tento způsob práce vystihuje myšlenkové pochody konstruktérů lépe než matematické popisy vztahů mezi součástmi, používané parametrickými systémy. Koncept adaptivity oproti tradičním parametrickým systémům provádění konstrukčních změn významně zjednodušuje a urychluje.
Inventor ve verzi 10 překračuje prosté geometrické modelování a umožňuje inženýrům přímo navrhovat funkční a mechanické prvky. Je v něm implementován vysoký stupeň základních inženýrských znalostí: tabulky, pravidla a vzorce pro přímý výběr a výpočet prvků návrhu. Software automaticky generuje výpočty, které jsou konstruktéři zvyklí provádět ve svých sešitech, a vkládá všechny vypočítané prvky přímo do modelu. Jde například o podporu výpočtů a znázornění celých šroubových spojů včetně matic, šroubů, podložek a pružných podložek, nebo automatický výpočet a modelování sestavy čelně ozubeného kola.
Boris Keka
Reklama
Vydání #6
Kód článku: 50621
Datum: 15. 06. 2005
Rubrika: Trendy / CAD/CAM/CAE
Autor:
Firmy
Související články
Zvyšte potenciál svého 2D CAD softwaru!

Stále příliš mnoho firem přichází o své finanční prostředky tím, že sice využívají nové technologie, ale ty nezvyšují jejich celkový potenciál. V takovém případě pomůže aplikace DraftSight od Dassault Syst?mes. Pomocí tohoto softwaru lze spouštět stávající DWG soubory a vytvářet nové za zlomek nákladů oproti jiným CAD řešením.

Nové funkce pro automatizaci obráběcího procesu

Nová verze CAD/CAM softwaru TopSolidAM V7.13 přináší především jednodušší programování s funkcemi, které se velmi snadno používají. Výsledkem je úspora času, které lze dosáhnout díky novému vysoce výkonnému režimu analýzy kolizí a možnosti provádět řadu úloh zcela automaticky, což přináší celkově vyšší úrovně automatizace obráběcích procesů. V nové verzi najdeme i novou strategii najíždění, která zajistí vyšší životnost obráběcích nástrojů.

Simulace v konstrukci - klíč k inovacím

Dlouho zažitým paradigmatem v průmyslových společnostech je striktní rozdělení konstrukčního a výpočtářského oddělení. To je sice určeno pevnými historicky danými důvody, ale ty v současné době začínají pomíjet. Ve stále více společnostech mají konstruktéři možnost provádět průběžně již během konstrukce jednoduché analýzy a vývojový proces tím zefektivnit. Jak tento trend zachytit a být úspěšní v inovativních řešeních?

Související články
Aerospace - vlajkový průmysl s extrémními nároky

Letecký průmysl je ve Francii významným oborem, a tak není divu, že společnost Missler Software získala v této oblasti jedinečné zkušenosti díky spolupráci s většinou subdodavatelů v oboru. To ji spolu s tisíci díly obráběnými pomocí TopSolidCam řadí mezi špičky v leteckých technologiích.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Zlepšení produktivity navrhování a obrábění

O něco málo více než po roce je tu opět nová verze parametrického 3D modeláře Creo. Jak se povedlo vývojářům do již páté verze Creo zakomponovat požadavky trhu a jaké jsou hlavní směry inovací?

Příprava CAD modelu součásti pro výrobu

NC programátoři se velmi často potýkají s problémy týkajícími se různé kvality trojrozměrných modelů potřebné pro programování obrábění. Úpravy mohou být obtížné, protože 3D modely součástí často pocházejí z různých zdrojů.

Setkávání

Setkávání uživatelů konstrukčních a technologických softwarů má již dlouholetou tradici. Informace o novinkách, představení nejrůznějších tipů a triků, někdy i možnost si zasoutěžit a v neposlední řadě rovněž výměna zkušeností v neformální atmosféře patří k hlavním bodům programu takovýchto akcí.

Letadlo poháněné sluneční energií vyrazilo na cestu kolem světa

Solar Impulse je projekt mající za cíl vyrobit letadlo poháněné sluneční energií, které dokáže obletět Zemi. Letoun je dílem švýcarského psychiatra a vzduchoplavce Bertranda Piccarda, jednoho z pilotů prvního balonu, který obletěl celý svět bez jediné přestávky, a švýcarského inženýra a podnikatele Andrého Borschberga. Vývoj zastřešuje polytechnika v Lausanne a podílí se na něm několik desítek specialistů.

Konstrukce i technologie snadno, rychle a bezpečně

CAD/CAM systém TopSolid verze 7.9 přináší v návaznosti na technologickou část další rozšíření možností v oblasti obecné konstrukce.

Softwarový simulátor stavebního stroje nahrazuje nákladné prototypy

Vývoj stavebních strojů bývá spojen se stavbou fyzických prototypů nových zařízení. Ty však vyžadují vysoké finanční náklady a množství času. Efektivní řešení dnes nabízejí softwarové simulátory. Společnost Volvo Construction Equipment zařadila do vývoje simulátor „human-in-the-loop“, který vyvinula v nástrojích Matlab a Simulink firmy MathWorks.

Softwarové řešení pro přípravu NC programů

Firma FANUC nabízí možnost rozšíření svých CNC řídicích systémů o grafické programovací prostředí nazvané Manual Guide i.

Od správy nástrojů po simulaci NC programů

V oblasti integrované správy nástrojů u společnosti KHS hraje software pro správu nástrojových dat TDM zásadní úlohu. Tento software zde byl zaveden před čtyřmi lety a v současné době poskytuje 3D modely nástrojů a nástrojová a technologická data pro NC programování, simulaci výroby, seřizování nástrojů, jakož i pro správu skladových zásob.nástrojů, jakož i pro správu skladových zásob.

CAM pro CMM

V posledních letech se ve strojírenství stále více dbá na přesnost výroby a tím i na kvalitu a efektivnost měřicího procesu. Měřicí proces dnes zasahuje i do různých stadií výroby, nejen do závěrečného procesu kontroly výrobku.

Racionalizace obráběcích operací s podporou CAD/CAM systému

V roce 2010 společnost Montupet zahájila výrobu na nové obráběcí lince v Laigneville ve Francii s cílem optimalizovat výrobu hlav spalovacích motorů a dalších slévárenských dílců pro automobilový průmysl. Mladý tým zkušebního centra pro podporu a vývoj technologií, který se v průběhu let rozrostl ze dvou na deset lidí, si vybral Missler Software jako ideálního partnera na pomoc při racionalizaci pracovních procesů ve svých závodech. TopSolid CAD a CAM jsou velmi vhodné pro systemizaci procesů obrábění a přesné zdokumentování jednoho každého výrobního postupu.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit