Проектирование противоударного корпуса планшета при помощи САПР SolidWorks

3.4 Создание 3D модели сборки корпуса противоударного планшета

Для возможности проведения симуляции планшета на ударную нагрузку необходимо создать детализированную сборку применяя готовые трехмерные модели основных модулей и корпуса планшета .

С точки зрения сборки, детали представляют собой уже готовые конструктивные элементы, для которых необходимо лишь задать положение в пространстве и добавить ограничения подвижности согласно выполняемым ими в изделии функциям. Поэтому сборочная модель, в понятиях 3D CAD, - это файл, содержащий несколько отдельных моделей деталей. Для получения данного файла в SolidWorks реализованы два принципиально отличающихся метода проектирования.

Проектирование "Снизу-вверх". Общий принцип создания сборочной модели по данному методу полностью соответствует реальному производственному процессу сборки. Т.е., предварительно требуется создать модели деталей (причем модели могут создаваться независимо), а затем объединить их в единую конструкцию путем наложения ограничений на пространственное положение объектов.

Проектирование "Сверху-вниз". С точки зрения процесса конструирования - это идеологически более правильный подход, т.к. модели всех деталей разрабатываются в контексте одной сборки, т.е. на основе геометрических элементов других деталей (проще говоря, привязываются к их граням, рёбрам или вершинам). В соответствии с данным методом, первоначально создаваемая сборка является исходной информацией для выполнения последующей деталировки.

Особенностью файла сборки (расширение *.SLDASM ) является то, что он содержит в себе не само описание геометрии деталей, а лишь ссылки на это описание в файлах *.SLDPRT . Поэтому файл сборки без комплекта сопутствующих фрагментов - просто пустой проект. По этой же причине при изменении файлов деталей происходит автоматическое их обновление и, соответственно, изменение всей сборочной модели.

И еще одно замечание. В общем случае сборочное изделие представляет собой многоуровневую древовидную структуру. Следовательно, файл сборки может включать не только отдельные детали, а и подсборки (в терминологии SolidWorks - узлы), уровень вложенности которых не ограничен. Здесь просматривается полная аналогия с принципом технологической декомпозиции изделия на составляющие, сборка которых может выполняться обособленно от других элементов конструкции.

Надо отметить, что внутри файла сборки не содержатся детали, входящие в сборку, в нем сохраняются пути, ведущие к файлам моделей, расположенным на вашем диске. Поэтому, если вы по неосторожности удалили или переместили одну из деталей, входящих в сборку, или понесли другу файл сборки без моделей, входящих в нее, у вас ничего не получится. SoldWorks попытается найти "потерявшиеся" модели, и когда не найдет, предложит вам самостоятельно указать ему пути к ним.

Создадим новый файл сборки: "Файл -> Создать -> Сборка". Откроем ранее созданные модели, выстроим окна слева направо: "Окно -> Отобразить окна слева направо". Затем берем мышкой модель в графичекой части окна детали и перетаскиваем в графическую часть окна сборки. Это один из способов добавления компонентов в сборку.

Другой вариант - взять название модели из Дерева конструирования детали и перетащить его в поле Дерева конструирования сборки. Название модели добавится в дереве конструирования сборки, а сама модель появится в графической области.

Кроме этих, самых распространенных способов добавления компонент в сборку, можно использовать следующие:

- команда "Вставка > Компонент";

- перетаскивание компонента из Проводника Windows;

- перетаскивание гиперссылки из Internet Explorer.

Аналогично можно добавлять в более сложные сборки уже созданные ранее сборки.

Для добавления стандартных изделий из библиотеки крепежных изделий, можно использовать команду "Вставка > Автокрепежи".
Чтобы удалить компонент из сборки, нажмите правой кнопкой мыши на названии компонента в дереве конструирования, и, в появившемся меню, выберите пункт "Удалить".

В Дереве конструирования около названия компонентов может присутствовать обозначение (префикс), предоставляющее информацию о состоянии его взаимосвязей с другими компонентами:

- (-) недоопределен;

- (+) переопределен;

- (f) зафиксирован;

- (?) не решено.

Отсутствие префикса означает, что положение компонента полностью определено.

При сохранении сборки путь и имя каждого компонента со ссылкой сохраняются в документе сборки. По этой причине необходимо всегда соблюдать осторожность при сохранении или переименовании документа компонента, а также при перемещении его в другую папку.

При создании сборки, помимо добавления новых компонентов и установки сопряжений, существует возможность редактировать все компоненты, входящие в сборку.

Чтобы отредактировать какой-либо эскиз или определение любого компонента, разверните дерево конструирования этого компонента и нажмите правой кнопкой на том элементе, который вы хотите отредактировать. В контекстном меню выберите "редактировать эскиз" или "редактировать определение" в зависимости от того, что вы собираетесь редактировать. SolidWorks автоматически войдет в режим редактирования компонента, выделив дерево конструирования редактируемой детали розовым цветом.

Редактирование детали в сборке предоставляет больше возможностей, чем редактирование ее отдельно. В эскизах, создаваемых во время редактирования детали в сборке, может использоваться любая кромка или грань любой детали. Размеры можно указывать также относительно любой кромки или грани любой детали. Для элементов могут использоваться дополнительные конечные условия, например, "до поверхности", "до другого компонента".

Находясь в режиме редактирования, вы видите всю сборку целиком.

При изменении компонента в сборке, автоматически изменяется и файл этого компонента. Более того, если одновременно со сборкой в другом окне открыт этот компонент, то он также изменится.

Сопряжения в сборке это по сути дела те же самые взаимосвязи, с помощью которых создаются модели деталей, только между компонентами сборки.

Сопряжение создает геометрические взаимосвязи, такие как совпадение, перпендикулярность, касательность и т.д. SolidWorks достаточно интеллектуальная программа, поэтому она предлагает только те типы сопряжений, которые возможны для выбранных объектов, поскольку каждая взаимосвязь сопряжения действительна для определенных сочетаний геометрических форм.

Возможные варианты типов сопряжений:

- угол;

- параллельный;

- совпадение;

- перпендикулярный;

- концентричность;

- симметричный;

- расстояние;

- касательный.

Погашенный компонент невидим и выбирать его элементы нельзя. Он удаляется из памяти, поэтому скорость перестроения и отображения повышается. Однако сопряжения, в которых используются погашенные компоненты, также погашаются. В результате положение компонентов сборки становится недоопределенным. Это также может повлиять на элементы в контексте, содержащие ссылки на погашенные компоненты. При возврате погашенного компонента в полностью решенное состояние могут возникнуть конфликты. Поэтому состояние погашения при моделировании следует использовать очень осторожно.

Сокрашенный элемент (легковесный) также ускоряет работу с большими сборками. Но не столь радикальным метолом, как погашение элементов. Когда деталь является легковесной, в память загружается только сокращенная версия данных ее модели, содержащая только внешнюю геометрию. Визуально это выглядит как исчезновение дерева построения у модели в дереве сборки и появление рядом с изображением модели значка в виде пера. При выборе детали в дереве конструирования или в графической области происходит ее решение.

Процесс создания сборки разрабатываемого противоударного планшета представлен на рис. 3.16 - 3.18.

Рисунок 3.16 - Сборка передней части корпуса

Рисунок 3.17 - Добавление в сборку дисплея и камеры

Рисунок 3.18 - Сборка всех внутренних модулей

В результате выполнения сборки всех трехмерных моделей основных модулей и корпуса была получена трехмерная модель разрабатываемого протвоударного планшета представленного на рис. 3.19-3.20.

Рисунок 3.19 - Вид спереди сборки противоударного планшета

Рисунок 3.20 - Вид сзади сборки противоударного планшета

3.5 Симуляция падения корпуса планшета в SolidWorks Simulation

SolidWorks предлагает несколько пакетов симуляции с помощью которых можно создавать виртуальную среду для тестирования продукции до ее производства. Уже во время проектирования продукции можно протестировать ее статические и динамические характеристики, движение сборки, теплопередачу, текучесть жидкостей и газов, литье пластмасс под давлением, а также протестировать ее на прочность. Это необходимо для того, чтобы проверить работоспособность проектируемой конструкции, более того это повышает ее качество и улучшает безопасность.

SolidWorks Simulation уменьшает расходы, благодаря уменьшению времени, которое необходимо для того, чтобы вывести продукцию на рынок. Также SolidWorks Simulation уменьшает потребность в создании физических прототипов перед созданием конечного продукта. Данная программа помогает дизайнерам и инженерам проектировать, тестировать и создавать новые концепции с большой проницательностью.

SolidWorks Simulation, основанный на методе конечных элементов, существует в трех конфигурациях: собственно SolidWorks Simulation; SolidWorks Simulation Professional; SolidWorks Simulation Premium. Однако даже в минимальной конфигурации модуля прочностного анализа обеспечивается полноценный статический анализ, как детали, так и сборки с использованием конечных элементов твердого тела, поверхностей и балок. Реализованы разнообразные контактные условия и всевозможные виртуальные соединители.

Модули Simulation не делают различия между моделями, созданными в SolidWorks или импортированными в базовый модуль.

Во всех конфигурациях SolidWorks Simulation обеспечивается поддержка для 64-разрядных операционных систем с доступом ко всей оперативной памяти. Также используется многопроцессорность при построении сетки и собственно расчете.

Для оценки прочности - работоспособности конструкции применяется инженерный подход, который в основном состоит из представления конструкции в виде простых узлов и элементов, для которых существуют аналитические оценки поиска напряженно-деформированного состояния.

В основе конечно элементного анализа лежит базовый принцип, который заключается в разбиении математической модели рассматриваемой области на непересекающиеся подобласти (конечные элементы) и решении поставленной задачи на каждом элементе.

Для симуляции падения были выбраны материла корпуса планшета: ударопрочная резина, сапфировое стекло и алюминий B95. Для проведения моделирования задней крышки корпуса мобильного телефона и расчета ее на прочность был выбран модуль «Симуляция конструкций». После выбора материала задали точку, к которой будет приложена нагрузка при падении, а также задали установили высоту падения 3 метра. После задания всех условий для проведения анализа с помощью метода конечных элементов была создана сетка на объекте. Размер элемента сетки задали равным от 2 до 3,5 мм, для достаточно точных результатов и высокой скорости процесса обработки и расчета детали. Завершающим этапом является выполнение решения. После того, как все предыдущие шаги были выполнены, выбрали операцию «Запуск». После этого был проведен расчёт корпуса на прочность при свободном падении и получена модель представленная на рис. 3.21.

Рисунок 3.21 - Модель деформации планшета при падении

Проанализировав полученный отчет падения можно сделать вывод о том, что разработанная конструкция планшета и подобранные материалы позволят не допустить повреждения планшета и внутренних модулей при падении с довольно высокой высоты.

противоударный планшет программный трехмерный

Выводы

В результате выполненной дипломного проекта рассмотрены и решены следующие вопросы и задачи:

- выбраны наиболее эффективные САПР систем для получения детали: SolidWorks;

- построена 3D модель детали, при использовании программы SolidWorks 2013;

- создана математическая модель падения противоударного планшета и были получены результаты для анализа конструкции планшета, данные по вероятностному распределению наиболее существенных дефектов;

По полученным данным была проанализирована полученная математическая модель для создания конструкции противоударного планшета, также при анализе полученных результатов не было выявлено особых противоречий с физикой процесса в реальных условиях эксплуатации. В работе спроектирован рациональный корпус планшета для агрессивных условий.

Полученные данные можно в дальнейшем использовать для оптимизации существующей технологии, что позволит существенно сократить время на проектные работы и повысить качество изгатавливаемых противоударных планшетов.

Литература

1. Методичні вказівки з дипломного проектування для студентів усіх форм навчання спеціальностей 7.05020201 «Автоматизоване управління технологічними процесами», 7.05020202 «Комп'ютерно-інтегровані технологічні процеси та виробництва» / Упоряд.: С.П. Новоселов, Б.О. Шостак, І.В. Жарікова. - Харків: ХНУРЕ, - 2012. - 60с.

2. Алямовский А.А. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А.А. Алямовский, Собачкин, Е.В Одинцов., А.И. Харитонович, Н.Б. Пономарев- СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 800с.

3. Прохоренко В.П. SolidWorks. Практическое руководство / В.П. Прохоренко - М.: ООО «Бином-Пресс», 2004. - 448с.

4. Система классификации степеней защиты оболочки IP (Ingress Protection Rating) в соответствии с международным стандартом IEC 60529.

5. НПАОП 0.00-4.12-05. Типове положення про навчання, інструктаж та перевірку знань працівників з питань охорони праці.

6. НАПБ Б.03.002-2007. Нормы определения категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной безопасности.

7. НПАОП 40.1-1.01-97. Правила безопасной эксплуатации электроустановок.

8. НАПБ Б.03.001 - 2004. Типовые нормы принадлежности огнетушителей.

9. Дзюндзюк Б.В. Охрана труда. Сборник задач / Б.В. Дзюндзюк, В.Г. Іванов. - Х.: НВП центр ХНУРЕ, 2006. - 242с.

Размещено на Allbest.ru