Autodesk Simulation: инженерный анализ – конструкторам

Расчетные программы Autodesk Simulation разработаны специально для использования опытными конструкторами и инженерами. Именно поэтому их использование повышает способности разработчиков решать сложные задачи и раскрывает весь творческий потенциал для созданий инновационных и надежных конструкций и изделий.

Autodesk Simulation Mechanical

Сложно представить себе отрасль промышленного производства, не заинтересованную в средствах прочностных, механических, кинематических или тепловых расчетов. Основная задача AutodeskSimulationMechanical состоит в том, чтобы дать конструктору ответ на главный вопрос: «Будет ли проектируемая конструкция работоспособной в тех условиях, для которых она предназначена?». Ответ складывается из решений множества видов инженерных задач: прочностного расчета, кинематического, частотного, теплового анализа и многих других. Зачастую, поведение изделия нужно исследовать, одновременно учитывая несколько из этих областей, — к примеру, кинематику под нагрузкой, прочность в зависимости от температуры, деформацию под воздействием вибрации.

С помощью Autodesk Simulation Mechanical эти и многие другие задачи под силу решать не только команде ученых, использующих сверхдорогие расчетные программы и огромные полигоны для испытаний, но и опытному конструктору. Autodesk Simulation Mechanical — это средство проведения виртуальных испытаний! Широкий спектр инструментов анализа Autodesk Simulation Mechanical для быстрого и точного выполнения инженерных расчетов в области механики поможет вам достоверно прогнозировать поведение изделий при эксплуатации, оптимизировать их конструкцию и выполнять всестороннюю проверку проектов еще до передачи в производство, значительно сокращая потребность в производстве дорогостоящих опытных образцов.

Перечень типов анализа

Autodesk Simulation Mechanical позволяет производить следующие виды анализа:

• Линейный расчет (Linear)
  • Расчеты статической прочности изделий с линейными моделями материалов
  • Линейная динамика (восемь видов расчета)
  • Нелинейный расчет (Nonlinear)
    • Расчеты статической прочности изделий в нелинейной области
    • Совмещенный прочностной и кинематический анализ (MES)
    • Собственные частоты с нелинейным материалом
    • Пост-потеря устойчивости, разрушение и усталость (RIKS)
    • Температурный расчет (Thermal)
      • Статическая теплопередача
      • Неустановившаяся теплопередача
      • Электростатика (Electrostatic)
        • Сила тока и напряжение
        • Напряженность электростатического поля

Типовые проектные вопросы

Какой запас прочности у моего изделия? При каких условиях произойдет потеря устойчивости?

Это одни из самых распространенных вопросов, возникающих у конструкторов. Прочность - это чрезвычайно широкое понятие, которое включает в себя комплексную оценку надежности конструкции при проектных нагрузках с учетом требуемого запаса прочности. Пользователи Autodesk Simulation Mechanical всегда могут получить полную картину напряжений и деформаций исследуемого узла или детали. Это позволяет инженерам еще на этапе проектирования принимать полностью обоснованные проектные решения и контролировать коэффициент безопасности конструкции, предел ее устойчивости и многие другие характеристики.

Работоспособно ли мое изделие при проектных нагрузках? Не нарушат ли деформации кинематику изделия?

Безусловно, изделие должно не только выдерживать проектные нагрузки без критических деформаций, но и сохранять работоспособность в широком диапазоне нагрузок. Иногда напряжения в конструкции не достигают опасных величин, но она не может работать в силу возникновения остаточных деформаций, больших прогибов или потери устойчивости. Autodesk Simulation Mechanical обладает мощнейшими средствами мультидисциплинного анализа, в частности, для проведения комбинированных прочностных и кинематических расчетов, что позволяет оптимизировать кинематическую схему изделия с учетом внешних и внутренних нагрузок конструкции.

Как подействуют на мое изделие многократные перегрузки или удары? Будут ли остаточные деформации?

При разработке изделий из любой области, от легкой промышленности до тяжелого машиностроения, очень важно оценить работоспособность изделия под ударными нагрузками или при однократном превышении проектной нагрузки в 3-4 раза. Возникающие в таких условиях пластические деформации, могут привести к критическим отказам и потере устойчивости конструкции, поэтому конструктор всегда должен понимать характер подобных повреждений и просчитывать возможные последствия. Autodesk Simulation Mechanical позволяет на виртуальном прототипе исследовать поведение изделия под ударными нагрузками, оценить остаточные деформации и оптимизировать конструкцию.

Достаточная ли у изделия усталостная прочность?

Долговременная или усталостная прочность — одна из самых сложных для исследования областей, даже при наличии физического прототипа. Поэтому усталостные отказы изделия в процессе длительной эксплуатации могут быть наиболее коварными и неожиданными. Autodesk Simulation Mechanical помогает конструкторам исключить из процесса проектирования всевозможные угадывания и предположения, и позволяет максимально точно рассчитывать как место наиболее вероятного усталостного разрушения конструкции, так и его характер.

Как поведет себя изделие при динамических нагрузках?

С помощью Autodesk Simulation Mechanical конструктор может проводить не только статические расчеты. Так же можно оценить, что произойдет с вашим изделием и при динамических нагрузках, например, при падениях. Расчет может оценить последствия таких нагрузок как для основного элемента, воспринимающего динамическую нагрузку, так и для любого из сопряженных с ним звеньев механизма.

Как мое изделие выдержит вибрацию? На какой частоте возникнет резонанс?

Даже самые прочные и массивные конструкции нередко выходят из строя не из-за какой-либо мощной статической нагрузки или зашкаливших за расчетные пределы динамических нагрузок, а из-за резонансных явлений или случайных вибраций, причиной которых может стать относительно слабый источник. Пользователи Autodesk Simulation Mechanical получат в свое распоряжение мощнейший инструментарий частотного анализа конструкций, определения собственных частот, резонансных гармоник и оптимизации конструкций с точки зрения вибраций и колебаний.

Как будет нагреваться изделие?

Известно, что температурные условия напрямую связаны с прочностными характеристиками конструкции, с его эксплуатационными качествами и оказывают влияние на работоспособность вспомогательных элементов и всей конструкции в целом. Autodesk Simulation Mechanical обладает развитым функционалом для проведения температурных расчетов — как для статической, так и для неустановившейся теплопередачи. Кроме этого, вы можете использовать результаты расчета Autodesk Simulation CFD как тепловую нагрузку для прочностного расчета в Autodesk Simulation Mechanical.

Autodesk Simulation CFD

С развитием уровня компьютерных технологий и постоянным совершенствованием алгоритмов инженерных исследований у современного инженера появляется все больше возможностей для виртуального выполнения сложных гидро- и газодинамических испытаний изделий. Это радикально снижает потребность в проведении дорогостоящих натурных испытаний с применением физических прототипов. А в некоторых случаях необходимость в проведении реальных проверок отпадает полностью. Особенно это актуально в отраслях, специфика которых затрудняет организацию тестирований, — например, в открытом космосе или зоне какого-либо стихийного бедствия.

Autodesk Simulation CFD — это уникальная виртуальная гидрогазодинамическая лаборатория и испытательный полигон на вашем компьютере или сервере вашего предприятия. Решение предоставляет возможность быстрого, точного и гибкого моделирования потоков жидкостей и процессов теплопередачи. Это помогает прогнозировать поведение изделий при эксплуатации, оптимизировать их конструкцию и всесторонне проверять проекты еще до передачи в производство.

Autodesk Simulation CFD помогает в решении реальных проблем, связанных с охлаждением и перегревом деталей, определением траектории движения частиц потока воздуха или жидкости. С помощью Simulation CFD вы можете ответить на типовые вопросы, связанные с теплопередачей, влиянием температуры на ваше изделие или движением потока жидкости или газа:

• Можно ли увеличить объем поступающего воздуха или воды?
• Можно ли уменьшить тепловые потери?
• Сбалансирован ли этот поток?
• Будет ли перегреваться изделие?
• Будет ли присутствующим в комнате комфортно?
• Достаточная ли видимость в случае пожара?
• Какова ветровая нагрузка на здание?
• Будет ли в помещении жарко из-за солнца?

Autodesk Simulation CFD решает широкий спектр задач, стоящих перед инженером-конструктором или проектировщиком, связанных с влиянием потоков жидкости или газа на работу вашего изделия или конструкции. Autodesk Simulation CFD позволяет моделировать высокоскоростные турбулентные и несжимаемые потоки, процессы теплопроводности и конвекционной теплопередачи, учитывать солнечную радиацию и многое другое.

Приборостроение, электроника и светотехника

Одна из основных проблем, с которой сталкиваются инженеры-электронщики, заключается в поддержании рабочего температурного диапазона компонентов. Проектировщики систем освещения испытывают большие сложности с термоуправлением светодиодов: значительная часть общей энергии светодиода преобразуется в тепло, поэтому светодиоды должны работать при намного более низких температурах, чем другие типы ламп. Возможности Autodesk Simulation CFD позволяют:

• точно предсказывать температурный режим для устройств с большой потребляемой мощностью;
• учитывать эффекты излучения и их вклад в охлаждение или нагрев аппаратуры;
• моделировать эффекты активации и деактивации тепловыделяющего компонента в определенный момент времени;
• собирать данные о периодах кратковременного повышения и понижения температуры;
• оценивать эффекты от нагрева солнечным теплом в конкретном месте земли, котором предполагается использование изделия.

Опираясь на результаты выполненного расчета, инженеры могут создавать наиболее эффективные системы охлаждения компонентов электронного устройства. Autodesk Simulation CFD содержит встроенную библиотеку электронных компонентов и материалов, которая упрощает процесс разработки расчетной модели.

Типовые задачи:

• расчет максимальных температур электронных компонентов;
• моделирование теплового излучения;
• расчет принудительной и естественной конвекции;
• анализ резистивного (Джоулева) нагрева;
• подбор вентиляторов;
• учет солнечного излучения;
• расчет геометрии и подбор материалов радиаторов;
• расчет многослойных печатных плат MCPCB.

Трубопроводная арматура, сопла, дроссели

Autodesk Simulation CFD позволяет инженерам на этапе проектных работ улучшить гидравлические характеристики проектируемой конструкции, оптимизировать конструкцию трубопроводной арматуры, снизить потери давления и увеличить расход потока. Расчеты позволяют принять меры для предотвращения кавитации. Наряду с изучением гидродинамических процессов, протекающих в исследуемом изделии c помощью Autodesk Simulation CFD, полученные данные о усилиях, температуре и давлении можно передать в Autodesk Simulation Mechanical для анализа прочностных характеристик конструкции.

Типовые задачи:

• оптимизация проточной части арматуры;
• предотвращение кавитации;
• увеличение пропускной способности;
• снижение потерь давления;
• моделирование движения обратных клапанов;
• расчет сил и давлений на стенках проточной части.

Насосы, компрессоры, турбины, вентиляторы

Многие проекты требуют понимания принципов взаимодействия жидкостей и газов с движущимися твердыми телами. Autodesk Simulation CFD помогает исследовать воздействие потоков жидкостей на насосы, лопасти, нагнетатели, компрессоры, клапаны, поршни и другие элементы механических устройств. Simulation CFD также позволяет сформировать необходимые отчеты по физическим эффектам движения, а также динамике изменений во времени.

Типовые задачи:

• расчет рабочих характеристик (напор, расход, КПД и др.);
• оптимизация прочностной части рабочих колес;
• повышение износостойкости конструкции;
• минимизация вибрации;
• моделирование движения элементов конструкции;
• расчет момента.

Теплообменники, охладители, кондиционеры

Autodesk Simulation CFD успешно применяется при проектировании и оптимизации конструкции теплообменного оборудования (охладители, подогреватели, радиаторы, конденсаторы, тепловентиляторы). Simulation CFD позволяет сравнить несколько вариантов конструкций и эксплуатационных режимов, вычислить силы и давления на стенках проточной части, провести оптимизацию теплопередающих поверхностей.

Типовые задачи:

• интенсификация теплообмена;
• оптимизация потока и полей температур;
• расчет входных и выходных температур сред;
• увеличение эффективности;
• уменьшение застойных зон;
• выбор материалов элементов теплообменника;
• визуализация течения потока.

Строительство, архитектура, AEC, HVAC, BIM

Autodesk Simulation CFD содержит инструменты для моделирования потоков и процессов теплопередачи, доступные для применения архитекторами и проектировщиками инженерных систем зданий. Решение позволяет проводить расчеты искусственной и естественной вентиляции, внешнего обтекания (ветровой нагрузки) и комфорта для людей, моделировать радиационный теплообмен и исследовать его воздействие на комфорт в помещениях, исследовать распространение загрязняющих веществ и дыма в зданиях и на прилегающих к ним территориях, изучать долгосрочные эффекты дневного прогрева, визуализировать места выпадения конденсата и его количество.

Типовые задачи:

• расчет ветровой нагрузки;
• анализ внешнего обтекания;
• энергоаудит;
• учет солнечного излучения;
• контроль теплового комфорта / климат-контроль;
• экологически рациональное и энергосберегающее проектирование;
• расчет систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха.

Autodesk Simulation MoldFlow

Autodesk Simulation Moldflow применяется для инженерных расчетов процесса литья под давлением полимерных материалов, включая термопласты, реактопласты и резины. Оптимизация конструкторско-технологических решений и учет факторов, определяющих качество продукции позволяют снизить затраты на подготовку производства и уменьшить необходимость в опытных образцах. Как следствие, повышается степень надежности и долговечности пластмассовых изделий и уменьшается цикл разработки новых изделий.

Autodesk Simulation Moldflow решает такие задачи, как:

• проверка конструкции полимерного изделия на технологичность;
• расчет литьевой формы;
• прогнозирование дефектов или анализ причин брака;
• оптимизация технологического режима;
• выбор материала изделия и технологического оборудования;
• выполнение технико-экономической проработки подготовки производства.

База данных Autodesk Simulation Moldflow содержит более 8900 полимерных материалов.

Типовые проектные вопросы

Анализ заполнения, уплотнения и охлаждения отливки

Моделирование стадий заполнения литьевой формы, уплотнения и охлаждения в форме может быть проведено при использовании различных материалов для формообразующих деталей, а также при разнице температур между матрицей и пуансоном. Autodesk Simulation Moldflow предоставляет возможность анализа с выбором места впуска, балансировкой литниковых каналов, автоматическим определением скорости впрыска, оптимизацией профилей скорости впрыска и давления выдержки. Расчет литниковых каналов может быть выполнен для холодноканальных, горячеканальных и комбинированных литниковых систем.

Анализ тепловых процессов в литьевой форме

При анализе охлаждения литьевой формы Autodesk Simulation Moldflow позволяет спрогнозировать распределение температуры формующей поверхности и отливки, оптимизировать конструкцию охлаждающих каналов и технологических условий охлаждения для повышения равномерности и эффективности охлаждения, уменьшения цикла литья. Наряду с обычными охлаждающими каналами с одномерным течением хладагента могут использоваться охлаждающие каналы произвольной формы с трехмерным течением хладагента (требуется лицензия Autodesk Simulation CFD). Модель литьевой формы может включать нагреватели различных типов.

Анализ усадки и коробления

Autodesk Simulation Moldflow позволяет проводить анализ коробления, включая анализ устойчивости, анализ линейных и нелинейных деформаций отливки, а также анализ причин коробления. При анализе усадки можно спрогнозировать технологическую усадку литьевого изделия.

Анализ разрушения и ориентации волокнистого наполнителя

Для полимерных материалов, содержащих жесткое волокно (стеклянное, углеродное и др.), качество и эксплуатационные свойства литьевого изделия зависят от размера и ориентации частиц волокна. Autodesk Simulation Moldflow позволяет смоделировать разрушение волокнистого наполнителя в процессе переработки, спрогнозировать ориентацию волокна в полимерной матрице при течении расплава, а также определить механические и теплофизические характеристики полученного композита. Результаты расчета могут быть экспортированы в Autodesk Simulation Mechanical.

Анализ специальных технологий литья и других процессов переработки

Autodesk Simulation Moldflow позволяет выполнить анализ литья с закладными элементами, литья на пленку, двухкомпонентного или двуцветного литья (в том числе сэндвич-литья), инжекционно-компрессионного формования, литья с газом, литья со вспениванием, литья с вариотермическим термостатированием, а также прессования.

По материалам каталога программных и аппаратных решений и IT-услуг Softline direct.