Оптимизация расчетов элементов конструкций летательных аппаратов в CAD/CAE системах
Внедрение на практических и лабораторных занятиях при изучении конструкций летательных аппаратов сопротивления материалов расчетов на прочность с применением CAD/CAE систем. Характеристика расчетных схем и напряженно-деформированного состояния фермы.
Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 04.02.2018 |
Размер файла | 472,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Оренбургский государственный университет
Оптимизация расчетов элементов конструкций летательных аппаратов в CAD/CAE системах
Руднев И.В.,
Леденев Д.С.,
Андреянков А.А.,
Шмелев К.В.
г. Оренбург
Одними из наиболее значимых видами профессиональной деятельности, предусмотренными Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования для подготовки бакалавров по направлению 160400 «Ракетные комплексы и космонавтика», предполагаются конструирование и расчеты элементов летательных аппаратов. Большая часть навыков и умений такого рода приобретаются студентами в процессе изучения учебных курсов дисциплин общепрофессионального цикла, таких как сопротивление материалов и прочность конструкций. Эти курсы изучаются по классическим учебникам, в которых, естественно, отсутствуют примеры расчетов в конкретных современных системах автоматизированного проектирования. Наряду с этим государственным образовательным стандартом как для бакалавров по направлению 160400.62 - «Ракетные комплексы и космонавтика», так и для магистров по направлению 160400.68 - "Ракетные комплексы и космонавтика" предусмотрено умение в полной мере пользоваться средствами вычислительной техники.
Внедрение на практических и лабораторных занятиях при изучении курса сопротивления материалов расчетов на прочность с применением CAD/CAE систем наряду с классическими расчетами позволяет студенту визуализировать представления о напряженно-деформированном состоянии конструкции и частично освобождает его от арифметического счета. При этом появляется возможность больше времени уделять выбору расчетных схем, анализу напряженно-деформированного состояния, а также проведению оптимизационных расчетов. Однако обучение работе в системах автоматизированного проектирования также занимает определенное время в зависимости от выбора из большого количества САПР, имеющихся на современном рынке. Обучение в рамках расчетных курсов пользованию такими мощными, в основном англоязычными, пакетами программ как ANSYS, NASTRAN и др. пойдет в ущерб изучению основного курса сопротивления материалов.
Опыт расчетов в системах автоматизированного проектирования [1, 2] показывает, что наиболее быстро осваиваемыми являются современные CAD/CAE системы APM WinMachine (Россия), КОМПАС (Россия), SolidWorks (США). Быстрому освоению расчетных модулей этих систем способствует изучение в курсе компьютерной и инженерной графики CAD-системы КОМПАС. Безусловным лидером по моделированию стержневых и пластинчато-стержневых конструкций при изучении курса сопротивления материалов, с точки зрения доступности интерфейса для студентов, является САПР APM WinMachine, разработанная преподавателями МВТУ им. Баумана в инженерном центре АРМ (г. Королев). Создание стержневой модели в модуле расчета напряженно-деформированного состояния, устойчивости, собственных и вынужденных колебаний деталей и конструкций методом конечных элементов АРМ Structure 3D [3] выполняется в режиме черчения. Для создания же моделей узлов сложной геометрии и сборок гораздо удобнее пользоваться графикой КОМПАС и SolidWorks. При этом с помощью промежуточного формата файлов «step» протокола 203 имеется возможность импортировать модели, созданные в системах КОМПАС и SolidWorks, в модуль АРМ Structure 3D для выполнения прочностных расчетов.
В качестве наглядного примера ниже приведен расчет конструкции 16 раз статически неопределимой фермы переходного отсека ракетоносителя. Такой расчет выполняется при проектировании и конструировании ракетоносителя с несколькими ступенями [4]. Стержневая модель фермы с жесткими узлами, созданная в модуле АРМ Structure 3D, показана на рисунке 1.
В качестве материала стержней фермы трубчатого сечения принят алюминиевый сплав В95: в=510 МПа, т=410 МПа, Е=0.72*1011 МПа. Высота фермы Н=0,6м. Диаметр нижнего шпангоута D=2,0м. Диаметр верхнего шпангоута d=2,0м. После расчета сил, действующих на ракету в различных стадиях полета, приняты следующие наиболее неблагоприятные нагрузки на ферму: осевая сила - N=415240Н; изгибающий момент - М=40820Нм, перерезывающая сила - Q=2015Н.
Рисунок 1 - Стержневая модель фермы
Результаты статического расчета, расчета на устойчивость и определения собственных частот созданной в течение достаточно короткого времени модели приведены на рисунках 2 - 4. Полученные результаты расчета позволяют выполнить анализ напряженного деформированного состояния стержней фермы по картам напряжений, перемещений, коэффициентам запаса прочности, устойчивости, определить собственные частоты и массу фермы.
Оптимизировать конструкции фермы по одному или нескольким заданным параметрам (массе, напряжению, жесткости и др.) возможно, внося соответствующие изменения, путем последовательных итераций.
Рисунок 2 - Карта напряжений и их распределение по сечению выбранного стержня
Рисунок 3 - Карта перемещений
Рисунок 4 - Результаты определения усилий в стержнях и собственных частот фермы
Далее, для определения напряженно-деформированного состояния узлов фермы и расчета соединений в CAD-системе КОМПАС создается пространственная модель, импортируемая впоследствии с помощью формата «step» в модуль АРМ Studio. После разбиения на конечные элементы полученная твердотельная модель сохраняется в модуле АРМ Structure 3D, где формируется расчетная схема узла и производится расчет. Результаты расчета узла фермы в виде карт напряжений и перемещений приведены на рисунках 5, 6. летательный сопротивление напряженный деформированный
Рисунок 5 - Напряжения в центральном узле фермы
Рисунок 6 - Перемещения в центральном узле фермы
В результате предложенного подхода к выбору CAD/CAE систем большее количество учебного времени используется на анализ расчетных схем и напряженно-деформированного состояния, побуждая студентов, изучающих классические курсы сопротивления материалов и расчетов на прочность конструкций летательных аппаратов, к совершенствованию и оптимизации созданных моделей.
Список использованных источников
1. Горелов, С. Н. Комплексное применение САПР при подготовке студентов технических специальностей [Электронный ресурс] / С. Н. Горелов, А. В. Попов, И. В. Руднев // Вызовы ХХI века и образование : материалы всерос. науч.-практ. конф., 3-8 февраля 2006 г. / Оренбург. гос. ун-т. - Оренбург : ГОУ ОГУ, 2006. - [Секция 13, с. 27-34]. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). - Загл. с этикетки диска. - ISBN 5-7410-0650-7.
2. Горелов, С. Н. Расчет пространственных стержневых конструкций в системах автоматизированного проектирования / С. Н. Горелов, И. В. Руднев, А. Ю. Казак // Компьютерная интеграция производства и ИПИ технологии : сб. материалов 4-й всерос. науч.-практ. конф., 11-13 ноября 2009г. / гл. ред. С. Н. Летута. - Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2009. - С. 333-336. - ISBN 978-5-7410-0954-3.
3. Замрий, А.А. Проектирование и расчет методом конечных элементов трехмерных конструкций в среде APM Structure 3D / А.А. Замрий. - М.: Издательство АПМ. 2004. - 208 с.
4. Волчков, О.Д. Прочность ракет-носителей: учебное пособие / О.Д. Волчков - Ч.1. - М.: Изд-во МАИ, 2007. - 752 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
История разработок и развития беспилотных летательных аппаратов, принципы их действия и сферы практического применения. Разработка программного обеспечения для обработки результатов съемки тепловых карт местности и устранения геометрических искажений.
дипломная работа [3,4 M], добавлен 10.01.2013Беспилотные летательные аппараты. Возможный функционал применения беспилотных летательных аппаратов. Аэростатные летательные аппараты. Комплексы для использования до и свыше 100 метров. Двухлучевая модель распространения радиоволн, коэффициент отражения.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 26.08.2017Общие сведения о программном комплексе ЛИРА. Неразрезная балка, арочная ферма и плоская рама как стержневые системы. Постановка задачи для расчета их напряженно-деформированного состояния, алгоритм вычисления, визуализация результатов, эпюры загружений.
контрольная работа [1,0 M], добавлен 28.10.2009Концепция автоматизированного проектирования. Внедрение в практику инженерных расчетов методов машинной математики. Создание автоматизированных рабочих мест. Принцип декомпозиции при проектировании сложных конструкций, использование имитационных систем.
реферат [57,1 K], добавлен 30.08.2009Появление дронов - фактор, в результате которого существенно упростилась возможность получения доступа к персональным данным граждан. Характеристика особенностей законодательного регулирования беспилотных летательных аппаратов в Российской Федерации.
дипломная работа [51,4 K], добавлен 10.06.2017Назначение программного комплекса (ПК) "Лира": расчет, исследование и проектирование конструкций. Создание расчетной схемы фермы в среде AutoCAD 2000, ее импортирование в ПК "Лира". Определение продольных усилий в элементах фермы, результаты проверок.
реферат [811,2 K], добавлен 04.01.2014Современные технологии ведения боя. Роботизированные средства в военной сфере. Устройство беспилотных летательных аппаратов, наземных и морских роботов. Разработка программы на языке Prolog для выполнения задачи разминирования военным роботом-сапером.
курсовая работа [375,1 K], добавлен 20.12.2015Создание программы в среде Delphi 7 для упрощения и автоматизации расчетов стоимости пластиковых оконных конструкций и дверей. Разработка программы с учётом расчёта стоимости заказываемых изделий, сохранением заказов в файлы, вывод отчетов на печать.
курсовая работа [463,9 K], добавлен 29.05.2008Модернизация процессов моделирования прочностных испытаний конструкций автомобиля в ОАО "АвтоВАЗ". Разработка алгоритмов обработки данных. Тестирование разрабатываемых систем. Определение времени на разработку программного обеспечения для модернизации.
дипломная работа [9,2 M], добавлен 23.06.2012Систематизация, закрепление и расширение теоретических и практических знаний. Выбор методов построения проектируемого устройства, синтез функциональных узлов, схемы контроля, расчеты электронных схем. Проектирование конструкций, технологических процессов.
методичка [84,3 K], добавлен 28.12.2009Применение APM WinMachine для выполнения расчетов машин, механизмов и конструкций, инженерного анализа оборудования для выбора его оптимальных параметров, оформления и хранения конструкторской документации. Характеристика модулей APM Screw и TM Example.
контрольная работа [28,4 K], добавлен 26.08.2011Современные программные комплексы для создания электронных схем: AutoCAD MEP, Компас, Proteus VSM. Стандартные библиотеки графических элементов для создания схем коммуникаций. Создание электронных схем энергоресурсосбережения на примере завода Буммаш.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 20.06.2013Проектирование напряженно-деформированного состояния объекта при граничных условиях. Разработка концептуальной модели и расчетной схемы объекта анализа. Выбор и краткое описание программных и технических средств. Интерпретация результатов моделирования.
дипломная работа [439,8 K], добавлен 18.08.2009Принципы работы копировальных аппаратов и их компоненты. Состав сборочных единиц. Организация ремонта Xerox. Требования к рабочему месту инженера-программиста. Изменение свойств деталей в ходе ремонта. Комплект документов на технологический процесс.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 17.11.2012История появления интегрированных математических программных систем для научно-технических расчетов: Eureka, PC MatLAB, MathCAD, Maple, Mathematica. Интерфейс и возможности интегрированных систем для автоматизации математических расчетов класса MathCAD.
курсовая работа [906,1 K], добавлен 04.06.2019Система безналичных расчетов и основные принципы их осуществления. Преимущество безналичных расчетов по сравнению с расчетами с помощью обычных бумажных носителей. Платежные системы на основе пластиковых карт. Покупка товара в торговой сети картой.
контрольная работа [24,6 K], добавлен 25.04.2013Разработка лабораторных работ, организованных как программный продукт – электронный учебник. Обзор компаний-лидеров в производстве и поставке систем управления бизнесом, их основные продукты. Установка и конфигурирование SAP Business Intelligence.
дипломная работа [8,4 M], добавлен 20.03.2011Назначение и основные функции КП Компоновщик расчетных схем. Требования, предъявляемые к системам подготовки, отладки и поддержания данных. Пользовательский интерфейс КП Компоновщик расчетных схем в MS DOS. Особенности программирования в Windows.
дипломная работа [316,1 K], добавлен 13.04.2010Описание объекта автоматизации - информационной системы по учету расчетов по глушению нефтяных скважин. Структура базы данных. Инструкция системному администратору, работа с основной и справочной информацией. Разработка алгоритма и листинг программы.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 24.12.2012Анализ и описание прикладных программ Microsoft Office (MS Word, MS Excel, MS Access), используемых при учете различных расчетов и ведении баз данных. Создание базы данных в СУБД Access для автоматизации учета расчетов заказчиками за оказанные услуги.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 15.01.2013