Сегодня компьютерные технологии получили широкое распространение в различных областях деятельности человека. Уже не раз отмечалась роль компьютерных технологий в современном процессе обучения [1-3]. Компьютерная графика - это широко распространенное и наиболее наглядное средство представления информации. Графические изображения являются одним из главных средств познания окружающего мира, инструментом творческого и пространственного мышления личности. При этом наиболее эффективным является использование трехмерной компьютерной графики. Показ трехмерных моделей оказывает огромную помощь в восприятии и понимании рассматриваемого материала. Применение наглядности облегчает процесс получения знаний и способствует прочности их усвоения, а также повышает интерес к изучаемой дисциплине и способствует развитию исследовательских навыков обучающихся.

Но вычислительные возможности современной компьютерной техники позволяют решать более обширный комплекс задач. Современные программные системы располагают широкими возможностями не только создания трехмерных моделей самых сложных конструкций, но и возможностью выполнения их инженерного анализа. Разработанные трехмерные модели можно поместить в систему инженерных расчетов, например, расчета напряжений и деформаций, тепловых расчетов и т.п.

Для проведения инженерных расчетов и их визуализации мы выбрали графическую систему КОМПАС-3D [4]. Компания АСКОН и НТЦ АПМ (Научно-технический центр "Автоматизированное Проектирование Машин") разработали систему прочностного конечно-элементного анализа APM FEM, которая основывается на созданных в НТЦ АПМ оригинальных численных методах математического моделирования и инженерного анализа для эффективного решения задач конструирования в машиностроении, приборостроении и строительстве.

Инструменты APM FEM являются составной частью КОМПАС-3D и вместе образуют единую систему прочностного анализа, использующую ассоциативную геометрическую модель и единую библиотеку материалов. В состав APM FEM входят инструменты подготовки конструкции к расчёту, задания граничных условий и нагрузок, а также встроенные генераторы конечно-элементной сетки (как с постоянным, так и с переменным шагом) и постпроцессор. Этот функциональный набор позволяет смоделировать твердотельный объект и комплексно проанализировать поведение расчётной модели при различных воздействиях с точки зрения статики, собственных частот, устойчивости и теплового нагружения [5].

Прочностной анализ модуля APM FEM позволяет решать следующие задачи [5]:

· задачи линейного статического расчета;

· задачи по оценке устойчивости конструкций;

· задачи стационарной теплопроводности и термоупругости;

· расчета собственных частот и определения форм собственных колебаний.

Для примера нами совместно с обучающимися был проведен прочностной анализ конструкции. На рисунке 1 приведена экранная область КОМПАС-3D с подключенной процедурой прочностных расчетов.

Рисунок 1. Использование системы Компас-3D для расчетов на прочность

Порядок подготовки модели и выполнения расчета:

1. Подготовка модели к расчету.

Сначала были заданы закрепления конструкции и приложенные нагрузки.

Для описания условий функционирования исследуемых узлов при выполнении расчетов система прочностного анализа APM FEM дает возможность задать ряд нагрузок, действие которых может быть направлено на отдельные ребра конструкции, плоскости или поверхности, а также можно задать инерционные нагрузки, действие которых направлено на весь узел в целом. Среди видов инерционных нагрузок - линейное ускорение, угловая скорость и угловое ускорение, которые позволяют учесть линейное или круговое перемещение исследуемой конструкции в процессе эксплуатации.

Мы закрепили основание конструкции, т.е. инерционных нагрузок она испытывать не будет, и задали приложенные силы, выбрав команду "Распределенная сила". Используя данную команду, можно приложить равномерно распределенную силу к грани или ребру трехмерной модели. Были указаны те грани или ребра, к которым была приложена распределенная сила. Заключительным этапом указано значение силы.

2. Генерация КЭ-сетки.

Для создания конечно-элементного представления объекта в APM FEM предусмотрена функция генерации КЭ-сетки, при вызове которой происходит соответствующее разбиение объекта с заданным шагом. Если созданная расчетная модель имеет сложные неравномерные геометрические переходы, то может быть проведено так называемое адаптивное разбиение. Для того чтобы результат процесса был более качественным, генератор КЭ-сетки автоматически варьирует величину шага разбиения.

3. Выполнение расчета.

В результате выполненных системой APM FEM расчетов можно получить следующую информацию:

· карту распределения нагрузок, напряжений, деформаций в конструкции;

· коэффициент запаса устойчивости конструкции;

· частоты и формы собственных колебаний конструкции;

· карту распределения температур в конструкции;

· массу и момент инерции модели, координаты центра тяжести.

4. Просмотр результатов в виде карт напряжений, перемещений.

Например, на рисунке 2 представлены показатели коэффициента запаса прочности конструкции в различных ее частях.

Рисунок 2. Показатель коэффициента запаса прочности

В результате анализа нашей конструкции было установлено, что величина напряжений у основания крепления стойки превышает допустимое значение для стали, что гарантировано влечет за собой разрушение конструкции.

Полученные результаты дают возможность оценить не только геометрию, но и прочность различных конструкций, и уже на начальных стадиях проектирования принимать правильные и обоснованные конструктивные решения. Все это поможет обучающимся проводить дальнейшие научные исследования в рамках специальных дисциплин.

графическая система расчет модель компас

Список литературы

1. Легкова, И.А. Визуализация учебного материала средствами системы КОМПАС-3D / И.А. Легкова, С.А. Никитина, В.П. Зарубин, В.Е. Иванов. - Современные проблемы высшего образования: материалы международной научно-методической конференции. - Курск: ЮЗГУ, 2015.

2. Легкова, И.А. Опыт использования трехмерного моделирования в образовательном процессе / И.А. Легкова. - НоваИнфо, №53. - 2016.

3. Легкова, И.А. О применении современных компьютерных технологий при обучении графическим дисциплинам / И.А. Легкова, С.А. Никитина. - НоваИнфо, №54. - 2016.

4. kompas.ru/kompas-3d.

5. http://machinery. ascon.ru.

Размещено на Allbest.ru