Синтез и анализ КЭМ пространственных конструкций сложной формы

Рефераты, курсовые, дипломные, контрольные (предпросмотр)

Тип: Дипломная работа. Файл: Word (.doc) в архиве zip. Категория: Математика
Адрес этого реферата http://referat-kursovaya.repetitor.info/?essayId=20125 или
Загрузить
В режиме предпросмотра не отображаются таблицы, графики и иллюстрации. Для получения полной версии нажмите кнопку «Загрузить». Рефераты, контрольные, дипломные, курсовые работы предоставляются в ознакомительных целях, не для плагиата.
Страница 1 из 4 [Всего 4 записей]1 2 3 4 »

Синтез и анализ КЭМ пространственных конструкций сложной формы.

Передо мной была поставлена задача :

1. - разработка алгоритмов и диалоговых программ автоматизированного формирования конечно-элементных моделей оболочковых и объемных конструкций, ограниченных поверхностями произвольной формы, при минимальном объеме исходных данных;

2. - разработка технологии создания постпроцессоров программ МКЭ;

3. - конструирование и расчет оболочковой конструкции на прочность и жесткость.

Впервые математическое описание поверхностей агрегатов самолета, применил в 30-х годах известный советский авиаконструктор А. Бартини. В последующие десятилетия для этих целей использовались аналитические кривые и поверхности. В последнее десятилетие мощный математический аппарат для инженерно-геометрических расчетов дала теория сплайн-функций.

На плакате (1) показаны формулы сплайн-интерполяции с переменным шагом. Эту теорию мы используем в работе. Выражение для сплайна на частичном отрезке [xj-1, xj ] имеет вид (плакат), где mj - наклоны сплайна в узлах, которые определяются из решения СЛАУ (плакат). Поскольку число уравнений на 2 меньше, чем число узлов, то необходимо дополнить их краевыми условиями. На плакате показаны 2 вида этих условий.

На плакате (2) показана дискретизация оболочковой и объемной конструкций.

Процедуру дискретизации оболочковых конструкций рассмотрим на примере построения оболочки в основании которой лежит прямоугольная рама.

Заданы : координаты опорных точек в основании и высота в середине конструкции.

Задаемся граничными условиями по контуру основания, которые задают форму оболочки в местах прилегания к основанию. Вводим желаемую степень дискретизации.

Построение сетки узлов конечно-элементной модели (КЭМ) с помощью сплайн-интерполяции начинаем с построения сплайна по 3 точкам: опорной точки 5 и 2 точкам на середине ребер основания, параллельных оси 0X. Задаемся числом участков по оси 0X и 0Y. Вычислим координаты границ участков и координаты точек на полученной сплайне, с учетом введенной степени дискретизации. Строим семейство сплайнов параллельных оси 0X по известным координатам X и Z. И в результате, вычислив координаты точек на полученных сплайнах, получаем сетку с пронумерованными узлами. "Зашиваем" ее плоскими треугольными конечными элементами.

Процедуру дискретизации объемных конструкций рассмотрим на примере массива, ограниченного двумя криволинейными поверхностями и 4 плоскостями.

Задано : координаты опорных точек и высота каждой поверхности по отношению к своему основанию .

Задаемся граничными условиями по контурам оснований и вводим желаемую степень дискретизации.

Далее каждую из поверхностей разбиваем как и в оболочковой конструкции. Так как в условии вводится одна степень дискретизации для обеих поверхностей, то разбиение на конечные элементы не представляет большого труда. Каждому узлу на одной поверхности ставится в соответствие узел на другой. Таким образом получаем семейство шестигранников, которые и разбиваем на конечные элементы - тетраэдры (плакат).

Часто возникает необходимость изменения полученной поверхности. Эту процедуру рассмотрим на примере оболочковой конечно-элементной модели.

Вводим номер изменяемого узла, его новые координаты и степень дополнительной дискретизации. Проводим сплайн через три точки : изменяемую точку и 2 ближайшие точки. Затем с учетом дополнительно введенной степени дискретизации получаем новую сетку и проводим перенумерацию узлов.

Разработанные алгоритмы синтеза КЭМ завершаются получением файлов узлов и КЭ для расчета МКЭ, реализованным в промышленных программах "ЛИРА" и др.

После расчета по МКЭ получаем обширную информацию о напряженно-деформированном состоянии конструкции. Важнейшим последним этапом анализа силовой конструкции является оценка жесткости и прочности. Мною была составлена процедура для обработки массивов результатов расчета МКЭ и вычисления запасов прочности и жесткости (плакат).

На плакате (3) показана структурная схема диалоговой программы Sintankem составленной на языке C++.

На плакате 3 приведены результаты синтеза и анализа конечно-элементной модели оболочковой конструкции.

Ее размеры : длина = 8 м., ширина = 4 м., высота = 1 м., толщина стенки = 1см.

На конструкцию действует сосредоточенная сила = 0.5 т.

В результате синтеза по программе Sintankem получена КЭМ : число узлов - 121, конечных элементов - 200.

Полученные файлы исходных данных были введены в программу "ЛИРА". Полученные массивы перемещений узлов и напряжений в конечных элементах использовались для оценки жесткости(плакат) и прочности(плакат). На плакате 3 в таблицах показаны узлы с недостаточной жесткостью и прочностью.

- В разделе экономической части моей дипломной работы была проведена оценка трудозатрат на разработку программных модулей.

- В разделе безопасности жизнедеятельности создана экспертная система для анализа опасностей на производстве.

Введение

Создание прочных и надежных в эксплуатации машин с высоким ресурсом работы, обладающих высокой экономичностью и минимальными размерами - это вопрос большой важности. Его решение затрагивает множество проблем, среди которых важное место занимает проблема совершенствования методов расчета конструкций на прочность.

Для расчета распределения напряжений в сложной реальной конструкции в настоящее время становится наиболее предпочтительным применение какого-либо подходящего численного метода, реализуемого на современных ПЭВМ. Одним из универсальных численных методов является метод конечных элементов (МКЭ).

Применение МКЭ способствует повышению точности и надежности расчетов, а также автоматизации инженерного труда. Это дает большой экономический эффект, поскольку влечет за собой сокращение сроков проектирования и "доводки" изделий, а в отдельных случаях позволяет даже отказаться от проведения некоторых видов дорогостоящих прочностных испытаний изделий.

При расчете МКЭ конструкция разбивается на отдельные элементы простой формы, напряженно-деформированное состояние которых считается известным в зависимости от усилий или перемещений узлов, соединения элементов между собой.

МКЭ полностью ориентирован на использование ЭВМ. Это обусловлено необходимостью выполнения большого количества однотипных операций. Однако есть два важных этапа расчета, плохо поддающихся автоматизации и требующих больших затрат ручного труда - это, во-первых, подготовка и ввод исходной информации и, во-вторых, обработка и анализ результатов расчета.

В настоящее время разработано много программных комплексов для расчета на прочность по МКЭ. Однако, методика подготовки исходных данных сложных конструкций, часто, не совсем удобна для пользователя. Изучение правил ввода исходных данных таких пакетов требует значительных сил и затрат времени пользователей. Диагностика ошибок выполняется после ввода всех массивов исходных данных, это в значительной мере затрудняет исправление ошибок. Поэтому важной задачей является изыскание возможностей для максимального сокращения исходных данных и автоматизации обработки обширной информации, получаемой в результате анализа сложных конструкций по МКЭ. Большие возможности по улучшению интерфейса пользователя открываются при использовании современной операционной системы Windows и языка C++.

Постановка задачи

Целью дипломной работы является :

- разработка алгоритмов и диалоговых программ автоматизированного формирования конечно-элементных моделей оболочковых и объемных конструкций, ограниченных поверхностями произвольной формы, при минимальном объеме исходных данных;

- разработка технологии создания постпроцессоров программ реализации конечно-элементного анализа пространственных конструкций;

- конструирование и расчет оболочковых конструкций на прочность и жесткость.

Конечно-элементная дискретизация поверхностей с помощью сплайн-интерполяции

Методы триангуляции конечно-элементных моделей

Метод конечных элементов находит все более широкое применение для численного решения самых разных задач. Первый этап решения задачи этим методом состоит в дискретизации рассматриваемой области на треугольники, четырехугольники, четырехгранники и т. Д. Такое разбиение несет геометрическую информацию о покрытии области элементами, с каждым из которых связано определенное число численных значений, необходимых для последующих вычислений (построение матриц, блокирование некоторых степеней свободы, решение систем, визуальное представление и т.д.). Эту информацию удобно определять как структуру данных, содержащую в сжатой и доступной форме все величины ( геометрические и числовые).

RSSСтраница 1 из 4 [Всего 4 записей]1 2 3 4 »


При любом использовании материалов сайта обязательна гиперссылка на сайт «Репетитор».
Разработка и Дизайн компании Awelan
www.megastock.ru
Проверить аттестат