-
Foglalkoztatspolitikai s Munkagyi Minisztrium
Humnerforrs-fejleszts Operatv Program
Dr. Szab Ferenc Jnos - Bihari Zoltn Sarka Ferenc
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
Szakmrnki jegyzet
Kszlt
A felsoktats szerkezeti s tartalmi fejlesztse
CAD/CAM/FEM kompetencia kurzusok projekt keretben
Miskolci Egyetem
Miskolc 2006.
-
Tartalomjegyzk
1. CAD s FEM rendszerek, valamint az optimls fejldsnek rvid
trtnete .................... 5
1.1. Elzmny: a szmtstechnikai eszkzk fejldse
................................................. 5 1.2. A
vgeselemes mdszer s a CAD- rendszerek fejldsnek rvid trtneti
ttekintse.................................................................................................................
7 1.3. Az optimls tudomnya, az optimum keres algoritmusok fejldse
.................... 10 1.4. Nhny optimumkeres algoritmus
.........................................................................
11
2. Cosmos/Designstar 3.0
........................................................................................................
14 2.1.
Bevezets................................................................................................................
14 2.2. A Cosmos/Designstar 3.0 alapjai
...........................................................................
14 2.3. Mintaplda alkatrsz statikus vizsglatra
.............................................................
15
2.3.1. A vizsglat alapparamtereinek rgztse
.................................................. 17 2.3.2.
Anyagjellemzk definilsa
.......................................................................
18 2.3.3. Az alkatrsz
megfogsa..............................................................................
19 2.3.4. Terhels megadsa
.....................................................................................
22 2.3.5. A modell hlzsa
......................................................................................
23 2.3.6. A vgeselem program futtatsa
..................................................................
26 2.3.7. Az eredmnyek
megjelentse....................................................................
28 2.3.8. Az eredmnyek megjelentsnek befolysolsa
....................................... 32 2.3.9. Mg egy rdekessg
...............................................................................
33
3. ProENGINEER Wildfire alapok
.........................................................................................
34 3.1.
Bevezets................................................................................................................
34 3.2. Alkatrsz
ltrehozsa..............................................................................................
37
3.2.1. Revolve Tool Forgatott kihzs (anyag hozzads vagy anyag
elvtel) 37 3.2.2. Extrude Tool - Kihzs
..............................................................................
38 3.2.3. Mretek
megvltoztatsa............................................................................
40 3.2.4. Chamfer Tool, Round Tool - Letrs, Lekerekts
.................................... 43
3.3.
sszeszerels..........................................................................................................
45 3.4. ANSYS DesignSpace 8.0 VEM szoftver alapjai
................................................... 50
3.4.1. Szerkezeti fa elemei:
..................................................................................
51 3.4.2. A tengelykapcsol vizsglata
.....................................................................
53
4. A vgeselemes szoftverek programozsa, iteratv
modellek............................................... 59 4.1.
Modellptsi
STRATGIK..................................................................................
60 4.2 Alapvet modellptsi
utastsok.............................................................................
62 4.3. A programfejlesztshez szksges tovbbi utastsok
............................................. 79
5. Fejlett dinamikai vizsglatok lehetsgei a
COSMOS/M-ben............................................ 89 5.1 A
modl- analzis
......................................................................................................
89
5.1.1. Matematikai
httr........................................................................................
90 5.1.2. Alkalmazsi plda
........................................................................................
91
5.2. A rezgs idbeli lefolysnak vizsglata, idfggvnye (tranziens
jelensg, Modal Time History)
.........................................................................................................
93 5.2.1. Alkalmazsi plda
........................................................................................
94
5.3. A vlasz- spektrum meghatrozsa (Response Spectrum
Generation) .................... 96 5.4. Vletlenszer gerjeszts
hatsra kialakul rezgsek vizsglata .............................
99
5.4.1. Alkalmazsi plda:
.....................................................................................
101 5.5. Harmonikus analzis
...............................................................................................
102
-
5.5.1. Alkalmazsi plda:
.....................................................................................
104 5.5.2. Alkalmazsi plda (tranziens jelensg)
...................................................... 106
6. Szerkezetbe csapd test hatsnak vizsglata programozhat
vgeselemes rendszerben 110
6.1. A Random Virus Algorithm bemutatsa
............................................................ 112
6.2. Az algoritmus tesztelse, sszehasonltsa ms algoritmusokkal
........................ 114 6.3. Az RVA algoritmus alkalmazsa
tdssel terhelt szerkezet optimlis tervezshez
..............................................................................................................................
118 7. Felhasznlt s ajnlott irodalom
........................................................................................
121
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
5
1. CAD S FEM RENDSZEREK, VALAMINT AZ OPTIMLS FEJLDSNEK RVID
TRTNETE A vgeselemes (FEM, Finite Element Method) s a szmtgppel
segtett
tervezmdszerek (CAD, Computer Aided Design) nagymrtkben
szmtstechnikai kapacits- ignyes mdszerek, ezrt a piaci megjelenskhz
s a tovbbi fejldskhz szksges volt a szmtgpek jelenlte, st
hozzfrhetsge a szles kznsg szmra. A szmtstechnika a II. vilghbor ta
rohamos fejldsnek indult, ami napjainkban is tart. Ennek a
fejldsnek a talajn lehetsges s sokszor ez a fejlds teszi szksgess a
CAD s FEM rendszerek folyamatos tovbbfejlesztst, szolgltatsainak
bvtst.
Kezdetben a CAD s FEM programok klnllan mkdtek, ksbb szabvnyokat
fejlesztettek ki a kzttk kialaktand adattvitel elsegtsre,
napjainkban pedig ez a kommunikci odig fejldtt, hogy a vgeselemes
programok integrldnak a CAD- rendszerekkel, azaz megsznik a FEM
program nll adat-elkszt (preprocesszor) modulja s ezt a szerepet a
CAD programok veszik t. Az ilyen integrlt FEM program kpes tbbfle
CAD- program adatformtumt beolvasni, megrteni s feldolgozni, st egy
adott CAD program menrendszernek megnvelseknt teljes illeszkedsre
is kpes, ami lehetv teszi, hogy a teljes tervezi, analiztori munkt
ugyanabban a programban, kilps s megszakts nlkl elvgezhessk. Ez az
integrci az oka annak, hogy a vgeselemes programok fejldsnek
vizsglata sorn legalbb rviden, kitrszeren emltst kell tenni a CAD
programok megjelensrl s fejldsnek nhny lpsrl is.
1.1. Elzmny: a szmtstechnikai eszkzk fejldse
A vgeselemes s a szmtgppel segtett tervezs programrendszereinek
kialakulsa s fejldse elkpzelhetetlen lett volna a szmtstechnikai
eszkzk s rendszerek fejldse, szles kznsg rszre val rendelkezsre,
piacra bocstsa nlkl, ezrt mindenekeltt rviden tekintsk t a szmtgpek
fejldsnek nhny llomst.
A szmtgpek megjelensnek kzvetlen elzmnynek tekinthet, hogy
Joseph- Marie Jacqard 1807-ben lyukkrtya- vezrls szvszket ksztett.
A lyukkrtya a szmtgpek kialkulsnak elejn sokig szinte az egyetlen
(br nagyon jl mkd s megbzhat) adatbeviteli egysgnek szmtott.
Taln a szmtgpek igazi seinek tekinthetk azok a mechanikus ton
mkd, matematikai szmtsokat vgz gpek (Difference Engine, Analytical
Engine), melyeket Charles Babbage az 1830-as vekben fejlesztett ki.
Az ltala fejlesztett Analytical Engine mr rendelkezett memrival,
malom- nak nevezett kzponti feldolgoz egysggel, nyomtatsi
lehetsggel s lyukkrtys bemeneti egysggel. A gpet alkot mechanikai
elemek felletminsge, pontossga az akkori technolgia korltai miatt
nem tettk lehetv, hogy Babbage a gpet mkdkpes llapotban megptse, m
ksbb az eredeti tervek alapjn megptettk ezt a gpet is s a
Difference Engine-t is, mely a differencia mdszert alkalmazva
polinomok rtkeit szmolta. Mindkt gp mkdkpesnek bizonyult. Jllehet a
gpek Babbage korban nem mkdtek, m az Analytical Engine felptse s
elkpzelse lehetv tette programok rst is, amit Ada Byron, ms nven
Lady Lovelace, Lord Byron lenya ki is hasznlt s klnbz programokat
rt a tulajdonkppen mg nem is ltez gpre. Mivel ezzel lett a trtnelem
els programozja, tiszteletre rla neveztk el az ADA
programnyelvet.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
6
A szmtgpek kialakulsnak msik elzmnye Hollerith nevhez fzdik, aki
1890-ben az USA-ban rendezett nagy npszmlls adatainak feldolgozsra
lyukkrtyval mkd gpet fejlesztett ki, amelynek segtsgvel 4 v alatt
vgzett a teljes adatfeldolgozssal, ehhez 43 darab lyukkrtys gpet
hasznlt. A munka a hagyomnyos kzi feldolgozsi mdszerekkel mr
majdnem 10 vet is ignybe vett volna, addigra viszont mr az jabb
npszmllst kellett volna feldolgozni (az elz npszmlls adatainak
feldolgozsa ht vig tartott a hagyomnyos mdszerekkel, 50 milli ember
adatval, de 1890-ben mr 62 milli ember adatt kellett feldolgozni).
Ksbb Hollerith 1896-ban lyukkrtys eszkzket gyrt s rtkest cget
alaptott, melyet 1924-tl IBM nven ismernk.
Az elzmnyek sorban meg kell emlteni a francia R. Valtat nevt,
aki 1936-ban kidolgozta a kettes szmrendszerben dolgoz szmtgp elvt,
gy az ezutn fejlesztett elektromechanikus eszkzkben nem kellett
hasznlni 10 fog fogaskerekekeket vagy 10 lls szmllgrgket, hanem
csak ktlls kapcsolkat.
Ezutn a kvetkez fontosabb lpsek a szmtgpek fejldsben II.
vilghbor alatt kvetkeztek be, de a hbors titoktarts miatt ezek
jrszt csak a II. vilghbor befejezdse utn kerltek napvilgra. Itt
emltst rdemel Alan Turing neve, aki 1943-ban kifejlesztette a
Colossus I. nev gpet, mely a vilg els elektroncsves szmtgpe volt s
fleg mtrix- mveletek gyors vgzsre volt alkalmas. Ez a gp jelents
szerepet jtszott a nmet Enigma tvirat- kdol, titkost gp kdjainak
megfejtsben. Innen szmtjuk a szmtgpek els genercijnak kezdett,
amikor is az elektromechanikus eszkzket felvltottk az elektroncsves
gpek.
1946-ban az ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer)
gpet Presper Eckert s John Mauchly fejlesztette ki. Ezek utn
Neumann Jnos elksztette fontos sszefoglal elmleti mvt a digitlis
szmtgpek fejlesztsnek elveirl, amit az EDVAC nev, szintn
elektroncsves gp fejlesztsnl alkalmaztak is. Ezek a gpek szintn a
szmtgpek els genercijhoz tartoztak. A msodik genercit 1955 utn a
tranzisztorok megjelense hozta ltre s ezek a gpek sokkal kevesebb
energit fogyasztottak. Az ilyen gpek mr a tudomnyos szmtsok vgzshez
is rendelkezsre lltak s ezeken a szmtgpeken indulhatott meg a
vgeselemes programok els verziinak kezdeti kifejlesztse,
programozsa. A III. genercit 1962 utn a hibrid ramkrket tartalmaz
IC-kkel kszlt szmtgpek alkalmazsa jelentette, ezzel mg szlesebb
piac szmra vltak elrhetv a szmtgpek. A IV generci a monolit
technolgival gyrtott IC-k megjelensvel kezddtt, ami kifejezetten
tmeggyrts esetn volt kifizetd. Ezutn 1971-ben megjelentek a
mikroprocesszort hasznl gpek, ami szinte egy jabb genercis vltsnak
foghat fel, majd az 1980-as vek elejn a PC-k (szemlyi szmtgpek) is
sznre lptek. Az 1990-es vekben kialakult egy jabb generci, a
szuperszmtgpek s a parallel computing, azaz prhuzamosan vgzett
szmtsok, sokprocesszoros gpek idszaka (pl a CRAY), mely lnyegben ma
is tart, egyre nagyobb szmtsi kapacitst s gyorsasgot ltrehozva
(rengeteg processzor sszekapcsolsa s kommunikcija rvn ), amit fleg
meteorolgiai s nagytmeg adatfeldolgozi feladatok megoldshoz
alkalmaznak. Remljk, ezek a jvben alkalmazhatk lesznek igen nagy
mret vgeselemes modellek, nagy mrnki feladatok vizsglathoz is.
Napjainkban elmondhat, hogy kb. msfl v alatt megktszerezdik a
szmtgpek kapacitsa (gyorsasg, trol kpessg tekintetben). Az
elvgezhet feladatok nagysga azonban ezzel nem nvekszik egyenes
arnyban, mivel a mtrix- mveletek kzel ngyzetesen arnyos
kapacitsnvekedst ignyelnek, teht ha egy modellhez kpest ktszer
annyi csompontot, vagy vgeselemet tartalmaz modellt akarunk
megoldani, akkor kzel ngyszer annyi kapacitsra lesz szksgnk. Emiatt
a megoldhat vgeselemes feladatok mrete tekintetben kb.3 vet kell
vrnunk a lehetsgek megktszerezdsre. Ez bizonyos
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
7
esetekben optikai csaldst okozhat, azaz a jval nagyobb kapacits
gp nem okoz olyan nagy nvekedst a megoldhat feladatok nagysgban,
mint ahogy ezt vrnnk a vele ltrehozhat CAD modellek nvekedse
alapjn. (A ltrehozhat CAD- modellek mretben ez a ktszerezds kb. 1,5
v, mivel a modellek nem ignyelnek olyan sok mtrix- szmtst).
A kiss tvolabbi jvben a ma mg csak ksrleti fejlesztseket vgz
nanotechnolgia eredmnyei szakrtk szerint olyan ugrsszer fejldst
eredmnyezhetnek a szmtstechnika fejldsben, mint amilyet a
mikroprocesszorok megjelense vltott ki. Ez a fejlds mg nagyobb
teret nyithat majd a szmtstechnikai kapacits nvelsnek, amely azt
eredmnyezheti, hogy a ma mg csak rszletekben vagy mretei miatt
nehzkesen, illetve egyltaln nem megoldhat feladatok megoldsa is
elrhet kzelsgbe kerlhet.
1.2. A vgeselemes mdszer s a CAD- rendszerek fejldsnek rvid
trtneti ttekintse
A vgeselemes mdszer alapgondolatt, azaz egy problma megoldst apr
elemekre val felbonts s az elemekbl nyert informcik sszestse tjn,
mr az korban is alkalmazta az emberisg. Az egyiptomiak i.e.
1500-ban ( = 3.16), vagy ksbb knai matematikusok i.u. 480- ban ( =
3.1415926) mr meglep pontossggal ismertk a rtkt, amit valsznleg a
kr terletnek egyre pontosabb meghatrozsval rtek el, hromszgekre
vagy ngyszgekre bonts tjn. A mai, matematikai s mrnki rtelemben
vett vgeselemes mdszer kialakulsra azonban mg sokig vrni
kellett.
A matematika egyes terleteinek (variciszmts, funkcionlanalzis,
numerikus mdszerek) kibontakozsa s fejldse azt eredmnyezte, hogy az
i.u. 1800-as vek vgre, de legksbb az 1900-as vek elejre jelen
voltak azok az elmleti alapok, melyekre a vgeselemes mdszer pl, st
ekkorra mr a mdszer alapvet gondolatmenethez hasonl
problma-megoldsi mdszerek is kifejlesztsre kerltek egyes
problmatpusokra. Ebbl az idszakbl megemltend Ritz, Rayleigh s
Galjorkin neve, akiknek a munkssga rvn bizonyos feladatokra olyan
megoldsi menet kerlt kidolgozsra, mely a mai rtelemben vett
vgeselemes mdszernek feleltethet meg, de ki kell emelni, hogy a
vgeselemes mdszer jval tbb, mint a Rayleigh- Ritz mdszer vagy a
Ritz- Galjorkin mdszer. Termszetesen a matematikai megfogalmazsok s
az elmlet tovbb fejldtt, pontosodott, j feladattpusokra s mrnki
terletekre is kiterjesztsre kerlt s ez a fejlds napjainkban is
tart.
Konkrt szerkezetekre, fontosabb mrnki alkalmazsokra azonban az
1900-as vek elejn mg nem volt lehetsg, csupn nhny egyszerbb
mintapldn keresztl lehetett szemlltetni a mdszer lnyegt,
hatkonysgt, mivel a mdszer szmtsignye hosszadalmas megoldsi idt
eredmnyezett volna kzi mdszerekkel. Ezen a tren csak kb. 50 v mlva,
a II. vilghbor utn indult meg jelentsebb fejlds, amikor a szmtgpek
lassan kezdtek kzkinccs vlni s tudomnyos, mrnki szmtsokhoz is
rendelkezsre lltak.
Courant 1943- ban hasznlt elemeket egy Saint- Venant -fle
csavarsi feladat kzelt megoldshoz, a vgeseles mdszer kifejezst
pedig (Finite
Element Method) Clough alkalmazta elszr, 1960-ban. S. Lvy
1947-ben alkalmazta erszr az ermtrix- mdszert csapott szrny
replgpekre, majd Argyris s Kelsey 1955-ben sszefoglalta a mrnki
gyakorlatban hasznlhat fontosabb mtrix mdszereket s energiaelveket,
kifejlesztettk az elmozduls- mdszert s gyakorlatilag ekkortl
beszlnk merevsgi mtrix- rl.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
8
Ekkor indult meg a ma is ismert nagy vgeselemes programok,
programrendszerek els verziinak (pl.: ANSYS, COSMOS/M, NASTRAN,
stb.) fejlesztse az USA- ban, termszetesen ekkor mg szobnyi nagysg,
lyukkrtys adatbevitellel mkd szmtgpeken.. A programozs f nyelve a
FORTRAN volt, mely 1954-ben jelent meg. Ksbb 1958-ban megjelent az
ALGOL nyelv is, amit szintn alkalmaztak matematikai feladatok
megoldshoz, taln ez a nyelv tekinthet a PASCAL programozsi nyelv
eldjnek.
A CAD- rendszerek fejldse szintn megindult az 1950-es vek kzepn,
az els grafikus rendszert az USA lgier alkalmazta, a neve SAGE
(Semi Automatic Ground Environment) volt. A CAD programok iparnak
els fontos fejldsi lpse 1960-ban volt, amikor Ivan Sutherland a
Lincoln Laboratory- nl a SKETCHPAD nev projektet ltrehozta.
Ugyanebben az vben a General Motors Research Laboratories
kifejlesztette az els interaktv grafikus gyrt- tervez rendszert,
DAC nven (Design Automated by Computer).
1973-ban kezddtt a CADAM (Computer- Augmented Drafting and
Manufacturing) rendszer fejlesztse a General Motors, a Chrysler s a
Lockheed cg rszvtelvel. Ezt a rendszert vsrolta meg az Avions
Marcel Dassault (AMD) cg, amely ezzel az els CAD- felhasznl
lett.
1977-ben Marcel Dassault elindtotta projektjt, melynek clja egy
hromdimenzis, interaktv tervezi programrendszer kifejlesztse volt,
ekkor kezddtt meg a CATIA (Computer- Aided Three- Dimensional
Interactive Application) program fejlesztse. Els verzija 1982-ben
kerlt piacra.
1980-ban a T&W Systems ltrehozta a VersaCAD programot.
1982-ben megalakul az Autodesk cg John Walker vezetsvel. A cg clja
volt, hogy 1000 dollr alatti rban hozzon ltre CAD programot, ami
szemlyi szmtgpen futtathat. 1982-ben ki is adtk az AutoCAD els
verzijt, mely Mike Riddle 1981-ben rt MicroCAD nev programjn
alapult. Az 1980-as vek kzepn jelent meg az IDEAS (Integrated
Design- Engineering Analysis System), mely egy programon bell
tartalmazott CAD s FEM lehetsgeket (az ezt ltrehoz SDRC cg alaptsa
1967-ben volt), ebben a minsgben egyike volt a vilgelsknek.
1985-ben megjelent a CADKEY, 1989-ben pedig a Pro-Engineer els
verzija.
Az 1970-es vek vgre a fejlesztk s felhasznlk alapvet ignyv vlt a
CAD programok adatformtumainak egysgestse, a CAD- modellek
hordozhatsga. 1979-ben a Boeing, a General Electric s a NIST cg
kifejleszti az IGES (Initial Graphics Exchange Specification), ami
1980 janurjban ipari szabvnny vlt, gy a neve Initial Graphics
Exchange Standard lett. 1983-ban megkezddnek azok a fejlesztsek,
melyek a STEP (Standard for the Exchange of Product Model Data)
adatformtum megjelenshez vezettek. Az els ltalnosan elrhet STEP
fordt programot 1991- ben az EDS Unigraphics cg adta ki. Az
adatformtumok kztt meg kell emlteni a Parasolid grafkus kernelt,
amit Shape Data Ltd. fejlesztett ki s a Unigraphics 1988-ban
szlesebb krben is alkalmazta.
A legnagyobb lkst a CAD s a vgeselemes programok fejldsben a
szemlyi szmtgpek megjelense s egyre szlesebb kr elterjedse
jelentette, az 1980-as vek elejn. A szmtgp egyszemlyi hasznlata,
hazavihetsge azt eredmnyezte, hogy a felhasznlk a programok
birtokban szabadon, kln engedlyek s radj fizetsi ktelezettsg nlkl,
akr jjel- nappal foglalkozhattak a modellek felptsvel s megoldsval,
ami nagyon nagy segtsget jelentett a nagyobb feladatok elksztsben,
valamint a programok hasznlatnak elsajttsban is. Ezrt azok a cgek,
melyek az addig csak nagy gpeken rendelkezsre ll vgeselemes (s CAD)
programjaiknak piacra dobtk a szemlyi szmtgpes vltozatt is, (pl.:
COSMOS/M, ALGOR, ANSYS), vagy a CAD rendszereknl AUTOCAD, CADKEY,
stb. nvelni tudtk piaci jelenltket, ismertsgket,
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
9
az ilyen mdszerekkel vgzett vizsglatok, alkalmazsok szma pedig
ugrsszeren megntt. Haznkban ugrsszer fejldst jelentett, hogy az
1980-as vek kzepn megszntettk a Magyarorszggal szemben alkalmazott
COCOM- tilalmakat, teht a nyugat-eurpai szmtstechnikai termkek
szabadabban ramolhattak az orszgba.
Ekkor nhny ven keresztl a CAD s FEM szoftverek egy-kt esettl
eltekintve (IDEAS, CATIA) klnllan futottak s ltalban nem tmogattk
az ekkortjt sznre lp s egyre jobban terjed Windows rendszert. 1995
volt az az v, amikor vgrvnyesen kikerlhetetlenn vlt ez a rendszer s
ez utn mr minden jelentsebb fejleszt a Windows rendszer alatt
hasznlhat formban rulta termkeit. Ez id tjt a CAD s FEM rendszerek
terjedse s fejldse egyre inkbb felvetette az integrci lehetsgt,
szksgessgt. Ezen a tren a COSMOS/M rendszer vltozatai mutatjk
legszembetnbben a vltozsokat:
1993-ban jelent meg a COSMOS/M nek az AUTOCAD- hez integrlt (a
CAD- menrendszert a vgeselemes program parancsaival bvt) verzija,
COSMOS/M Designer nven.
A Windows al fejlesztett Pro Engineer programhoz menrendszeresen
integrlva 1995-ben megjelent a COSMOS/M Engineer.
A szintn Windows alatt mkd Solid Edge hrom-dimenzis CAD-
programhoz integrltan megjelent 1997-ben a COSMOS- Edge program
is.
A 2000-ben piacra dobott Design Star az integrcinak tovbbi
szintjt kpviseli, mert tbb CAD- rendszer (CADKey, IDEAS, Solid
Edge, Artrisan, MicroStation, stb.) adatformtumait felismeri,
gyakorlatilag brmelyik CAD program lehet a preprocesszor (a modell
elksztst vgz program), sajt preprocesszora mr nincs is. Ma is a
COSMOS DesignStar program tkletestett, tovbbfejlesztett verzii
jelennek meg, kvetve a CAD rendszerek kapacitsnak, tudsnak fejldst,
kihasznlva a hardver eszkzk folyamatos fejlesztse eredmnyeknt
rendelkezsre ll jabb lehetsgeket.
Ehhez nagyon hasonl utat jrt be a napjainkban egyre inkbb elretr
s piacvezetnek szmt ANSYS program is, melynek a tbbfle
CAD-rendszerhez integrldni kpes vltozata a DesignSpace nevet
viseli, kiegsztve a Workbench nvvel elltott fjlkezeli, analzis
elkszti krnyezettel. A vgeselemes programok kztt mindenkpp fontos
emltst rdemel a NASTRAN, mely sokig ipari szabvnyt s referencit
jelentett ezen a tren, majd ksbb a MARC s mg ksbb az ABAQUS
szoftverek, melyek egyes problmakrkben (nemlinearits, nagy
elmozdulsok, kplkenysg, stb.) olyan lehetsgekkel rendelkeztek, amit
ms programok nem, vagy csak ksbb megjelen verziikban nyjtottak. Ez
a fajta verseny a programok s a verzik kztt ma is felfedezhet,
mindig kijn valaki valami olyan jjal, amit a tbbiek csak ksbb
vesznek t vagy fejlesztenek ki.
Az integrlt verzik elnye, hogy a CAD programbl szinte kilps
nlkl, az addigi kommunikcis s adatcsere- nehzsgeket megszntetve,
gyorsan s knnyen, viszonylag kevs vgeselemes tuds birtokban
bepillanthatunk a CAD- rendszerben tervezett termk, elem vagy egy
komplett sszeszerelt egysg mechanikai viselkedsbe a mkds sorn vrhat
teher s peremfeltteli esetekre. Htrnyuk, hogy nem nyjtjk a
vgeselemes programrendszerek teljes repertorjt, fejlettebb
dinamikai, nemlineris, esetleg multidiszciplinris vizsglatokat mr
nem tartalmaznak. Az automatikus hlzsbl ereden kisebb lehetsge van
a szakembernek beavatkozni a hlzs menetbe, ami fajlagosan egyre
szmtsignyesebb modelleket eredmnyez. A szmtsignyessg a hardver
nagylptk fejldst tekintve egyre kevesebb gondot okoz, m nagyobb
mret, sszetett, sok elembl sszeszerelt szerkezetek vizsglatnl
kapacits- gondokat idzhet el. A nem integrlt,
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
10
eredeti programverzik tovbbi elnye a beptett programnyelv,
mellyel olyan feladatokra is alkalmass tehet a program, amelyeket a
beptett, gyri eljrsok, elemtpusok nem tmogatnak. Ezrt napjainkban
megmarad az eredeti, nem integrlt vgeselemes programrendszerek
fejlesztse is. Ezrt jelen munkban a COSMOS/M rendszer pldjn
keresztl bemutatjuk az eredeti, nem integrlt verzi hasznlatt s
programozsi lehetsgeit is. Ez a fejlesztsi kettssg (integrlt s
eredeti verzi prhuzamos jelenlte, fejldse) tapasztalhat mind a
COSMOS/M, mind pedig az ANSYS programrendszer esetben is. A nem
integrlt verzik htrnya viszont, hogy nehzkesebb az adatcsere a CAD-
programokkal, sokszor csak a sajt preprocesszorban fejlesztett
modell alkalmas a fejlettebb vizsglatok elvgzsre.
Mivel az integrlt s az eredeti, nem sszevont verzik tudsa,
szolgltatsai folyamatosan bvlnek, kzelednek egymshoz, egyre
valsznbb, hogy a jvben valamelyik programrendszer fejlesztse sorn
kialakulhat egy mindentud verzi, mely tvzi a ktfle vltozat elnyeit
s minimlisra cskkenti htrnyaikat.
1.3. Az optimls tudomnya, az optimum keres algoritmusok
fejldse
Mind a vgeselemes mdszer, mind pedig az optimls tudomnynak
fejldse esetn igaz, hogy az elmleti httr, a szksges matematikai-
elmleti alapok jval korbban teljesen tisztn, kifejldve rendelkezsre
lltak, mint ahogy ezek a mdszerek igazn, jl hasznosthatan
felhasznlhatak lettek volna a mrnki tudomnyok klnbz terletein.
Ennek f oka a XIX. szzadban a szmtgpek, a szmtstechnika hinya volt,
hiszen ezek a mdszerek mr viszonylag egyszerbb esetekben is sok
szmtsi munkt ignyelnek.
A msodik vilghbor utn azonban a szmtstechnika rohamos fejldsnek
s terjedsnek indult, ami szinte azonnal magval vonta a kt emltett
tudomnyterlet fejldst s terjedst is.
Az optimls, szlsrtk keress esetn a differencilszmts s a
variciszmts volt az elmleti alap, mely mr Newton, Euler, Cauchy s
Lagrange munki nyomn teljes rtken rendelkezsre llt, mr a XVII.
szzadban. Egyszer alkalmazsokra, egyvltozs fggvnyekre s egyszerbb
tbbvltozs esetekre alkalmaztk is, de mr ngy vagy ennl tbb vltoz
esetn a sok szmtsigny gtolta a tovbbi felhasznlst s a
szerkezettervezs terletn val elterjedst. Ahhoz, hogy az
optimumszmts igazn nll tudomnyterlett vljon, tt eredmnyekre s a
szmtstechnika elterjedsre volt szksg. Erre tbb mint egy vszzadot
vrni kellett.
A II. vilghborban a hadvisels sajtossgai, valamint az informcik
hadi rtknek felismerse megalapozta a szmtstechnika, a szmtgpek
fejldst, ami az 1950-es vek kzepre mr a mszaki tudomnyok terletn is
elrhet, viszonylag jl hasznlhat szmtgpek megjelenst eredmnyezte, br
ezek mg szobnyi, kln fenntart s mkdtet szemlyzetet ignyl
berendezsek voltak. Ennek a fejldsnek a hatsra 1959-ben Davidon s
az 1960-as vek els felben tbb ms amerikai szerz munki alapjn
megjelentek az els szmtgpi algoritmusok tbbvltozs, nemlineris
fggvnyek korltozsos s korltozs nlkli optimumainak szmtsra, melyek
alkalmazhatk voltak a mrnki let szmos terletn. Az gy elrt eredmnyek
kzl taln a legjelentsebb s leghasznosabb eredmny az USA-ban
szletett, 1973-as olajvlsg okozta szksghelyzet alapjn: Az olajvlsg
miatt korltozni kellett az olajfelhasznlst, viszont a repls
fejldse, bvlse rohamos volt, ami a felhasznls nagy arny nvekedst
idzte volna el az akkori mszaki viszonyok kztt. Az optimls
alkalmazsval, j alumniumtvzetek
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
11
kifejlesztsvel s optimlt felhasznlsval a replgpek ptse tern
elrtk, hogy a lgi kzlekeds 1980-ra megktszerezdhetett, de az
olajfelhasznls nem nvekedett szmotteven az 1970-es vek szintjhez
kpest.
Ez olyan jelentsg eredmny volt, hogy az addigi ktkedket is
meggyzve, az optimls tudomnyt nemcsak a mszaki tudomnyok, hanem ms
tudomnyterletek mveli is elfogadtk s alkalmazni kezdtk a
problmakrben rtelmezhet s matematikailag megfogalmazhat
feladataikra. Szerkezetszintzis nven nevet is kapott a
tudomnyterlet, st nll folyiratok jelentek meg az eredmnyek
publiklsra. J ideig a konkrt alkalmazsok szinte kizrlag repls,
replgpek terletn merlt ki, de ksbb megjelentek az ptszeti
szerkezetek, majd a gpszeti s egyb szerkezetek, termkek esetn val
alkalmazsok is. Ma mr versenykpes termk tervezse szinte
elkpzelhetetlen ilyen mdszerek alkalmazsa nlkl.
A szmtstechnika rohamos fejldse azt eredmnyezte, hogy az
optimumszmts menetbe egyre bonyolultabb, szmtsignyesebb
szubrutinok, eljrsok is bepthetek voltak, a vizsglt szerkezet
viselkedsnek s mkdsnek minl rszletesebb s pontosabb lersa rdekben.
Az 1980-as vek vgre ez a fejlds odig rt, hogy teljes vgeselemes
szmtsokat is be lehetett pteni az optimls menetbe. Ezzel lehetv vlt
pldul egy replgp test optimlsa a krltte raml leveg okozta nyoms
ltal ltrejv terhelsek alapjn. Krlbell ettl az idponttl kezdve lehet
emlteni a multidiszciplinris optimlst, melynl a szerkezet tervezse
sorn a kontinuum- mechanikn kvl tovbbi tudomnygak is belpnek az
optimls rendszernek felptsi folyamatba. Itt Sobiesczansky- Sobieski
s munkatrsai nevt kell megemlteni.
Mint az optimls tudomnya esetn, itt is a repls, replgpek
tervezse hozta az els alkalmazsokat, de gyors temben terjedtek ezek
az ismeretek is a mszaki tudomny klnbz terletein. 1994-ben
megalakult az ISSMO (International Society of Structural and
Multidisciplinary Optimization), a Szerkezeti s Multidiszciplinris
Optimls Nemzetkzi Szervezete. A szervezet folyirata a Structural
Optimization cm folyirat lett, melynek nevt 1994-tl Structural and
Multidisciplinary Optimization- re vltoztattk, figyelembe vve az
egyre jelentsebb multidiszciplinris alkalmazsokat. A
multidiszciplinris optimls innentl hivatalosan is kln tudomnygnak
tekinthet. Az ISSMO 1994-es talakulsakor, tekintettel a
multidiszciplinris alkalmazsokra, j, tgabban rtelmezett defincit
adott a szerkezet fogalmra:
Szerkezetnek neveznk minden olyan rendszert, mely legalbb rszben
tartalmaz terhelsnek kitett kontinuumot. Ezzel a szerkezetoptimls
fogalomkre is bvebb rtelmezst kapott. Ezutn jelenleg is szmos
izgalmas, jelents multidiszciplinris optimlsi alkalmazst tallhatunk
a szakirodalomban, s mivel a szmtstechnikai httr napjainkban is
egyre fejldik, egyre nagyobb mret szerkezetek, egyre teljesebb s
valsghbb modellek vizsglata vlik lehetv.
1.4. Nhny optimumkeres algoritmus
Az optimlis tervezs sorn a tervezsi vltozk lehetsges rtkeinek
kombinciibl add lehetsges varicik szma olyan nagy, hogy szksg van
egy algoritmusra, mely egy adott matematikai mdszer gondolatmenete
alapjn az optimum keres szmtgpi program alapjt kpezi. Az algoritmus
alkalmazsa biztostja, hogy nem kell az sszes lehetsges varicis
lehetsget vgigszmolni s leellenrizni az optimum elrshez, de az
algoritmus gondolatmenete biztostja a globlis optimum elrst az elre
belltott pontossggal. Az algoritmus gyorsasga, hatkonysga biztostja
a clfggvny s a felttelek esetn az
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
12
optimum elrshez szksges kirtkelsi szm cskkentst. Ez klnsen
hangslyos a multidiszciplinris optimls esetn, mivel itt a clfggvny,
vagy clfggvnyek s a felttelek kirtkelse mindig akr egy idignyes
vgeselemes szmtst takarhat.
Az elzek alapjn teht az algoritmusok fejlesztse nemcsak az eddig
elrhet algoritmusok tovbbfejlesztst s tkletestst jelenti, hanem
jabb s jabb algoritmusok megjelenst is, melyek mg jobb hatkonysgot,
gyorsasgot tesznek lehetv, megsprolva ezzel sok idignyes szmtsi
munkt, kltsget.
Az algoritmusok egyik lehetsges csoportostsi lehetsge a mkdsk,
az alkalmazott matematikai mdszer alapjn trtn feloszts. Ez alapjn a
kvetkez algoritmus- tpusokat lehet felsorolni (a teljessg ignye
nlkl, az egyes tpusokhoz nknyesen kiragadott pldkkal):
- Egyvltozs mdszerek: felez mdszer, interpolcis eljrsok,
aranymetszs, Fibonacci- mdszer, derivlsos (analitikus) t, stb.
- Ktvltozs mdszer: grafikus- analitikus ton megoldhat a problma,
a Kuhn- Tucker -fle optimalitsi felttel alapjn.
- Tbbvltozs, korltozs nlkli mdszerek: a.) Derivlst alkalmaz
Newton- mdszer;
Davidon- Fletcher- Powell (vltoz metrika) mdszere;
Cauchy- Steepest descent (legmeredekebb ess) mdszere;
Fletcher- Reeves konjuglt gradiens mdszere.
b.) Derivls nlkli, keres mdszerek Hooke and Jeeves alakzat mentn
keres mdszere;
Nelder and Mead szimplex mdszere;
Rosenbrock- mdszer;
- Tbbvltozs, korltozsos mdszerek:
a.) Derivlst alkalmaz Zoutendijk feasible directions
(megengedett irnyok) mdszere;
Fiacco and McCormick SUMT (bntetfggvnyes) mdszere;
Rosen gradiens-vettses mdszere lineris korltozsokra
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
13
b.) Derivls nlkli, keres mdszerek Box komplex mdszere;
Korltozsos Rosenbrock hill climber (hegymsz) mdszer.
- Evolcis tpus mdszerek: Genetikai Algoritmus (Goldberg) s
tovbbfejlesztett vltozatai;
Particle swarm (rszecske rajzs) mdszer;
Ant (hangya) algoritmus;
Random Virus Algoritmus (bemutatsa a 6.1. fejezetben).
- Egyb mdszerek: Dinamikus programozs;
Geometriai programozs;
Sztochasztikus programozs;
Jtkelmlet alkalmazsval kifejlesztett mdszer;
Irnytselmleti mdszer;
Kombinatorikus mdszerek: Branch and bound,
Lewis mdszere, backtrack
Az evolcis tpus, a termszetben lejtszd genetikai, kivlasztdsi,
evolcis folyamatokat modellez mdszerek megjelense a
multidiszciplinris optimls elterjedsnek, kibontakozsnak idejre
tehet, ezek a fajta mdszerek kifejezetten a nagy, sokvltozs,
esetleg tbb clfggvnyes, sok felttellel lert, multidiszciplinris,
szmtsignyes feladatokra lettek kifejlesztve. Napjainkban is tovbb
folyik az a fejleszt, kutat tevkenysg, melynek eredmnyekpp jabb s
jabb, egyre gyorsabb, hatkonyabb algoritmusok jelennek meg.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
14
2. COSMOS/DESIGNSTAR 3.0
2.1. Bevezets
A tervez munkhoz manapsg szervesen hozztartozik az egyes
alkatrszek, illetve a szerelt egysgek szilrdsgi vizsglata,
analzise. Egy korszer mrnki iroda elkpzelhetetlen a megfelel
szoftveres httr nlkl. Ezek a programok azonban sohasem helyettestik
a mrnki munkt, hanem elsegtik a gyors, hatkony s pontos tervezst.
Ezek kzl taln a legsokoldalbb, s leginkbb elterjedtek a vgeselem
szoftverek. Nagyon sok tpusuk megtallhat a piacon, bsges lehetsget
biztostva a mrnkk szmra, hogy az adott feladathoz a leginkbb
alkalmas programot vlasszk. jabban az egyes CAD rendszerek
fejleszti a tervez programba szervesen beleintegrljk a sajt
fejleszts vgeselem modult. gy az alkatrsz vizsglata a CAD
rendszerbl kzvetlenl elrhet, s a kapott eredmnyek alapjn a
szerkezet geometrija kzvetlenl mdosthat. Ezek a szoftverek ltalban
csak arra hasznlhatak, hogy egy szerkezet gyors vizsglatt elvgezzk.
Erre igen j plda a Cosmos/DesignSTAR 3.0. Egy optimlsi feladat ennl
lnyegesen bonyolultabb, s rkategrijban illetve lehetsgeiben is
komolyabb szoftvert ignyel.
A Cosmos/DesignSTAR 3.0 a Solid Edge rendszerbe integrlhat, de
nllan is kivlan hasznlhat vgeselem program. Tudst tekintve nem
sorolhat a cscskategris VEM rendszerek kz, de knny kezelhetsge,
valamint relatv alacsony rfekvse miatt nlklzhetetlen segtsg lehet a
mrnki gyakorlat sorn.
Ez a fejezet egy rvid ttekintst ad a Cosmos/DesignSTAR 3.0 mrnki
munkban val sokoldal felhasznlsrl. Teljes kr ismertetsrl
termszetesen nem lehet sz, a rszletesebb informcikat referencia
knyvekbl kell beszerezni. A program bemutatsra a legalkalmasabb
mdszer az, ha egy konkrt pldn keresztl, lpsrl lpsre vgigvezetjk az
analzis folyamatt.
2.2. A Cosmos/Designstar 3.0 alapjai
A Cosmos/DesignSTAR 3.0 telepts, valamint a licensz bellts utni
els elindtsakor szabvnyos Windows ablakkal jelentkezik be (2.1.
bra). A program angol nyelv, magyar felhasznli fellet nem
kszlt.
A kperny fels rszn a cmsor tallhat, rajta a Cosmos/DesignSTAR
felirattal. A cmke alatt tallhat a mensor, ez alatt pedig az
eszkztrak. Az eszkztrak tetszs szerint tszerkeszthetk. Amg nem
hvunk be alkatrszt a munkafelletre, az ikonok jelents rsze inaktv
llapotban van. Az analzis sorn a megfelel ikonok mindig
automatikusan aktvv vlnak, attl fggen, hogy az adott funkcinl van-e
rtelme az ikon hasznlatnak.
Az ikonok jelentsnek ttekintsben a program maga is segtsget
nyjt: ha rvid ideig megllunk az egrkurzorral egy-egy ikon fltt,
srga ngyszgben megjelenik annak elnevezse (ez a funkci azonban
kikapcsolhat).
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
15
CmsorMensor Eszkztrak
llapotsor
2.1. bra. A Cosmos/DesignSTAR 3.0 bejelentkez fellete
2.3. Mintaplda alkatrsz statikus vizsglatra
A Cosmos/DesignSTAR lehetsgeit rdemes konkrt, a gyakorlati
tervez munka sorn is jl hasznlhat pldn keresztl bemutatni. Pldaknt
ksztettnk egy alkatrszt a Solid Edge tervez rendszerrel (2.2. bra),
amelyre majd terhelst illetve megfogst fogunk elhelyezni. A cl
annak megllaptsa, hogy a megadott statikus terhels hatsra hol, s
mekkora feszltsg bred, valamint mekkora lesz a maximlis alakvltozs
rtke. Az alkatrsz Solid Edge-ben trtn ltrehozsnak rszletes lpsei a
Szmtgpes termktervezs cm szakmrnki jegyzet anyagban tallhatk meg,
ezrt ezt nem rszletezzk. Az elkszlt fjl neve legyen Bak.par, a
tovbbiakban ezen a nven hivatkozunk r.
2.2. bra. Vizsglni kvnt alkatrsz (Bak.par)
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
16
A munka els lpseknt a CAD rendszerben elkszlt alkatrszt be kell
olvastatni a Cosmos/DesignSTAR program munkafelletre. Vlasszuk ki a
File men Open (megnyits) parancst, s a Windows intz hasznlathoz
hasonlan keressk meg azt a mappt, ahol a krdses alkatrsz
tallhat.
2.3. bra. Solid modell megnyitsa
A fjl keressben nagy segtsget nyjt, ha a megjelent prbeszdpanel
fjltpus pontjt legrgetve belltjuk a kiterjesztst (2.3. bra). A
Cosmos/DesignSTAR rendszer sokoldalsgt mutatja, hogy milyen sokfle
formtum beolvasst teszi lehetv. Miutn megtalltuk a krdses
alkatrszt, a Megnyits gombot vlasztva nyissuk meg.
2.4. bra. Munkafellet a Cosmos/DesingSTAR 3.0 programban
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
17
A munkafelleten azonnal megjelenik az alkatrsz, melyet az egr
bal gombjnak nyomva tartsa mellett tetszleges pozciba forgathatunk.
A kperny bal oldaln egy tblzat jelenik meg, melyen lpsrl lpsre
nyomon kvethetjk a vizsglat egyes fzisait, valamint az eszkzsoron
kvl, az egyes funkcik itt is elrhetk az n. helyi rzkeny menk
segtsgvel (2.4. bra).
2.3.1. A vizsglat alapparamtereinek rgztse A munka elkezdshez n.
Study-t kell ltrehozni. Egy Study egy lefuttatott vizsglatot
tartalmaz. Egy elmentett projekten bell tbb ilyen Study-t is
ltrehozhatunk. A kperny bal oldali tblzatban a projekt nevre
kattintva a jobb egrbillentyvel, vlasszuk ki a helyi rzkeny menbl a
Study parancsot (2.5. bra).
2.5. bra. Study ltrehozsa
Itt lehetne kzvetlen kapcsolatot ltesteni a CAD rendszerrel a
Connect to CAD System parancs segtsgvel. Szksg szerint frissthet is
a geometria, amennyiben vltozs trtnt az Update Geometry paranccsal.
Az Options parancs pedig a DesignStar futtatshoz, illetve az
eredmnyek megjelentshez kapcsold prbeszdablak megjelentsre
szolgl.
2.6. bra. A vizsglat tpusnak kivlasztsa
A Study parancs hatsra megjelen prbeszdablakban az Add (Hozzads)
gombra kattintva megadhat a Study neve, valamint a vizsglat tpusa.
A tpus kivlasztsa befolysolja majd a tovbbi lpseket. A program
tbbfle vizsglat lehetsgt knlja fel (2.6. bra), melyek kzl vlasszuk
a Static (Statikus terhels hatsra kialakul feszltsgek
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
18
s deformcik) mezt. Program lehetsgeit s a magyar megfelelt az
albbi, 2.1. tblzat tartalmazza.
Analysis Type Vizsglat tpusa Static Statikus
Frequency Frekvencia Buckling Kihajls Thermal H
Fluid Flow ramls Nonlinear Nem lineris
2.1. tblzat. Vizsglat tpusok a Cosmos/DesignSTAR 3.0 programban
Bellthat tovbb a hlzs tpusa: Solid (tmr) vagy Shell (hj). Vlasszuk
a Solid
tpust. Az OK gombbal fogadjuk el a belltott rtkeket. A kperny
bal oldali tblzata (amely tulajdonkppen a vizsglat trtnete) nhny j
sorral gazdagodott.
2.7. bra. A vizsglat trtnete
A Components (sszetevk) felirat alatt lthat, hogy egyetlen
alkatrsz vizsglatrl van sz (2.7. bra), melyhez mg semmilyen
anyagjellemzt nem rendeltnk. Abban az esetben, ha tbb alkatrszbl ll
szerelst vizsglnnk, akkor itt valamennyi komponens megjelenne, s
definilhat lenne az anyagjellemz valamennyire kln-kln.
2.3.2. Anyagjellemzk definilsa A vizsglat elvgzshez a
rendszerrel kzlnnk kell az alkatrszek (esetnkben csak egy
alkatrsz) anyagjellemzit (rugalmassgi modulus, Poisson-tnyez,
stb.).
2.8. bra. Anyag hozzrendelse a modellhez
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
19
A vizsglat trtnetben kattintsunk jobb egrgombbal a Components
(sszetevk) pont alatti, vizsglt alkatrszt jelkpez Part 1 felirat
mezre, s vlasszuk ki az Edit/Define Material (Anyag
definils/szerkeszts) parancsot (2.8. bra).
A megjelen prbeszdablakban kivlaszthatjuk az alkatrsz anyagt,
mikzben ellenrizhetjk az anyagjellemzk rtkt (2.9. bra). Abban az
esetben, ha nem tallunk a prbeszdablak bal oldali legrdl listjban
megfelel anyagtpust, az anyagjellemzk ismeretben hasznlhatjuk a
magunk ltal definiltat is. Termszetesen nem szksges az sszes
jellemz ismerete, csak azok, amelyek az ppen kivlasztott szmts
tpushoz szksgesek. Pldul a statikus szmtshoz csak a Rugalmassgi
modulus s a Poisson tnyez ismerete szksges. A beptett jellemzket a
coswkmat.lib fjl tartalmazza. Ez egy hagyomnyos text fjl, amely
tetszlegesen tszerkeszthet, bvthet.
2.9. bra. Anyagjellemzk prbeszdpanel
Az alkatrsz anyaga a plda kedvrt legyen Gray Cast Iron (szrke
ntvny). Az anyagjellemzk a tblzatbl kiolvashatk.
2.3.3. Az alkatrsz megfogsa A terhels alatt lv alkatrsz
egyenslynak a felttele az, hogy bizonyos helyen, vagy
helyeken rgztve legyen. A megfogsi helyek azok a rszei az
alkatrsznek, melyek a terhelst, mint kls errendszert, reakcierknt
kompenzljk.
Mindig a feladat dnti el, hogy hol s milyen tpus megfogst kell
alkalmaznunk a vizsgland testre. A hibs modellalkots hibs
vgeredmnyt fog szolgltatni. A terveznek pontosan kell tudnia, hogy
a modellalkots sorn melyek azok a paramterek, melyeket
elhanyagolhat, s melyek azok, melyeket a modellbe be kell pteni
ahhoz, hogy a valsgos llapotnak a leginkbb megfeleljen a szmtgpes
szimulci.
A pldnkban vlasszuk megfogsknt a bak alapjn kikpzett kt hengeres
furatot. Kattintsunk a 2.10. bra szerint a jobb egrgombbal a
vizsglat-trtnet Loads/BC mezjre, s a megjelen helyi rzkeny menbl
vlasszuk ki a Restraints (megfogs) parancsot.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
20
2.10. bra. Megfogs definilsa
A megjelen prbeszdablakban (2.11. bra) kivlaszthatjuk a megfogs
tpust. A munkaterleten kattintsunk az alkatrsz kijellni kvnt
felletre, lre vagy pontjra. A kivlasztst az eszkzsoron a megfelel
szrkapcsolk alkalmazsval knnythetjk meg. Abban az esetben, ha tbb
elemet is ki akarunk jellni, az egyes elemekre val kattintsok kztt
tartsuk nyomva a Ctrl billentyt.
2.11. bra. Megfogs prbeszdablak
Az egyes megfogsi lehetsgeket s alkalmazsuk eseteit az albbi
tblzatban (2.2. tblzat) foglaltuk ssze.
A pldnkban szerepl alkatrsz felttelezheten csavarktssel lesz
rgztve valamilyen alaphoz. gy megfogsknt vlaszthatjuk a Fixed
tpust, s jelljk ki az alkatrsz kt furatt az albbi, 2.12. bra
szerint.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
21
Restraints Type Megfogs tpusa (s alkalmazsa)
Fixed
A Fixed tpus megfogs rgzti a kivlasztott elemeket. Felletek, lek
s forgstengelyek rgztsre van lehetsg. A program nem fogja engedni a
kivlasztott elemek elmozdulst s elfordulst egyik irnyban sem.
Symmetric A Symmetric tpus megfogs meggtolja a sk fellet brmely
pontjnak norml irny elmozdulst. A pontok csak a fellet mentn
mozdulhatnak el.
Non-Sliding Face
A Non-Sliding Face (csszsmentes) tpus megfogs meggtolja a sk
fellet brmely pontjnak az elmozdulst a sk fellet mentn, de
megengedi a fellet normlis irnyba trtn elmozdulst.
Sliding Face
A Sliding Face tpus megfogs meggtolja a sk fellet brmely
pontjnak a fellet normlis irnyba trtn elmozdulst, de a sk fellet
mentn trtn elmozdulst megengedi. Ez a felttel nagyon hasonl a
Symmetric tpushoz.
Prescribed
A Prescribed tpus megfogs segtsgvel elrhatjuk egy elem mozgst,
egy megadott irnyban, egy meghatrozott rtkkel. A megfogsi irnyok
meghatrozsnl a geometria referencia irnyai a mrvadak.
No Translation A No Translations tpus megfogs az X-, Y-, s a Z-
irny elmozduls komponenseket nulla rtkre lltja be.
No Rotation A No Rotation tpus megfogs a kivlasztott referencia
koordinta rendszer X-, Y-, s egy Z- forgstengelyek elfordulst null
rtkre lltja.
2.2. tblzat. Megfogs tpusok s jelentsk
2.12. bra. Megfogs kijellse az alkatrszen
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
22
Amennyiben mg szeretnnk ms tpus megfogs knyszert is alkalmazni,
gy ismteljk meg a folyamatot.
2.3.4. Terhels megadsa A megfogsok rgztse utn meg kell adni az
alkatrsz terhelst. A funkci elrshez
kattintsunk jobb egrgombbal a Loads/BC mezjre, s a megjelen
helyi rzkeny menbl vlasszuk ki a Load (terhels7) parancsot (2.13.
bra).
2.13. bra. Terhels definilsa
A megjelen prbeszdablakban (2.14. bra) kivlaszthatjuk a terhels
tpust. Az egyes tpusokat, valamint a magyar megfelelket az albbi,
2.3. tblzatban foglaltuk ssze.
Load Type Terhels tpusa Force Er
Torque Csavar nyomatk Moment Nyomatk
Uniform Pressure llandsult nyoms
2.3. tblzat. Terhels tpusok s jelentsk
A tpus kivlasztsnak fggvnyben vltoznak meg a prbeszdablakban a
tovbbi belltsi lehetsgek. A Force kivlasztsa esetn pldul
bellthatjuk a mrtkegysgt s megadhatjuk az er rtkt. Ekkor
alapesetben a felletre merleges irny ert definiltunk. Amennyiben a
prbeszdablak fels-kzps rszn a Directional (irnytott) mezt tesszk
aktvv egrkattintssal, lehetsg nylik az er X-, Y-, s Z- irny
komponenseinek megadsra (2.14. bra).
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
23
2.14. bra. Terhels prbeszdablak s a belltsi lehetsgek Vlasszuk a
pldnkban a norml irny er megadst, az er rtkt
(1000 N) rjuk a prbeszdpanel megfelel helyre, majd kattintsunk
arra a felletre, amelyre a terhelst definilni akarjuk (2.15.
bra).
2.15. bra. Terhels helynek kijellse az alkatrszen
Abban az esetben, ha ugyanezt az ert tbb felletre is definilni
szeretnnk, az egyes felletek kivlasztsa kzben tartsuk nyomva a Ctrl
gombot. Ha egy msik felletre egy msik errtket szeretnnk megadni,
ismteljk meg a terhels megads mveletet.
2.3.5. A modell hlzsa A vgeselem mdszer lnyegbl fakadan a
fizikai jellemzk eloszlsnak
meghatrozshoz a geometriai modellt fel kell osztani vges szm
(pldul hromszg) elemre. Tetszlegesen bellthat, hogy milyen srsggel
vgezzk ezt a felosztst. Ennek csak a gp kapacitsa, valamint a
futtatsi id szab korltot. A mszaki gyakorlatban azonban nincs
rtelme tl kicsi elemekkel dolgozni, hisz az anyagjellemzkben lv
hiba lnyegesen, nagysgrendekkel meg fogja haladni a modellptsbl
szrmaz hiba nagysgt. A tl kevs elemszm viszont nagy pontatlansgot
eredmnyezhet a modellben. A mrnk feladata teht az, hogy j mszaki
rzkkel eldntse, hogy az adott feladat esetn milyen elemszmmal
lehet
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
24
jl hasznlhat eredmnyre jutni. A kevsb gyakorlottaknak rdemes tbb
klnbz rtkkel a futtatst elvgezni.
Kattintsunk az egr jobb gombjval a 2.16. bra szerint a
vizsglat-trtnet Mesh (hlzs) mezre, majd a helyi rzkeny menbl
vlasszuk ki a Create (alkot) parancsot.
2.16. bra. Vgeselemes hl generlsa A megjelen prbeszdpanelben
(2.17. bra) bellthat a hlzs finomsga. Az
elemmret rtkre egy krlbelli kzprtket knl a rendszer, ez az egr
segtsgvel finomthat a Fine felirat irnyba, vagy durvthat a Coarse
felirat irnyba. A Global Size (Teljes mret) mezben pontos rtk is
megadhat. Ezt abban az esetben rdemes hasznlni, ha sszehasonlt
vizsglatot szeretnnk vgezni. A trs rtkt is tetszlegesen
bellthatjuk.
2.17. bra. A hlzs prbeszdablakai 2.18. bra. Sikeres hlzs
zenetablaka
Ez az a rsze az analzisnek, ahol a gyakorlati tapasztalat sokat
segthet. Vlasztanunk kell egy arany kzputat, a szmts pontossgt,
illetve a szmts hardver- s idignyt illeten. Az els futtatskor
rdemes a gp ltal kijellt rtkeket elfogadni. A sikeres hlzst a
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
25
kpernyn megjelen 2.18. bra mutatja. A modellre ezzel egy idben
egyenletesen elrendezett, hromszg alak hl kerl (2.19. bra).
2.19. bra. Behlzott alkatrsz
Itt kell megemlteni azt a lehetsget, hogy a tervez a kritikusnak
tlt rszeken tetszleges mrtkben srtheti a hlzst. gy a szmtgp
kapacitsval gazdasgosan lehet bnni, de megadatik annak a lehetsge
is, hogy a futtats megfelel pontossg eredmnyt adjon szmunkra. Ez a
funkci a hlzs eltti megfelel belltsokkal rhet el. Kattintsunk a
jobb egrgombbal a Mesh (hlzs) mezre, s a helyi rzkeny menbl
vlasszuk ki a Apply Control (vezrls alkalmazs) pontot (2.20.
bra).
2.20. bra. A hlzs belltsi lehetsgei A parancs hatsra megjelen
prbeszdpanelen bellthat a finomtott elemmret rtke
s mrtkegysge, majd az alkatrsz megfelel felletre, lre, vagy
pontjra (leire, felleteire, pontjaira) kattintva definilhat az a
hely, ahol a finomabb felbontssal kvnjuk a programot futtatni.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
26
2.21. bra. A hlzs vezrls prbeszdpanel
A Mesh Control (hlzs vezrls) prbeszdpanel meghatrozza a
kivlasztott rsz (rszek) elemmrett s az tviteli paramtereket. A Mesh
Control (hlzs vezrls) mveletet alkalmazhatjuk pontra, lre,
felletre, vagy akr egy szerels komponenseire is. Az Element Growth
(elem kpzs) dobozban bellthatk az tviteli paramterek a Mesh (hlzs)
prbeszdpanel globlis elemmrete s a helyi finomtott elemmret
kztt.
A prbeszdablak kitltse, valamint az egyik furat kivlasztsa utn
megismtelve a hl generlst, az albbi (2.22. bra) szerinti eredmnyt
kapjuk.
2.22. bra. A hlzs finomtsa az alkatrszen
2.3.6. A vgeselem program futtatsa A paramterek belltsa utn nem
marad ms htra, mint a program szmt
algoritmusnak elindtsa. Ez a Study nevre trtn jobb egrkattints
hatsra megjelen helyi rzkeny menbl, a Run (futtats) parancs
kivlasztsval trtnhet (2.23. bra). Ez a funkci az eddig ismertetett
funkcikhoz hasonlan elrhet a Define (Meghatroz) men Run (futtat)
menpontjrl is.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
27
2.23. bra. A futtats parancs indtsa 2.24. bra. A futtats
eredmnye
A futtats kvetkeztben a vizsglat trtnett tartalmaz tblzat
kiegszl nhny sorral (2.24. bra). A program kiszmolja, s
egrkattintssal megtekinthetv vlik a feszltsgeloszls (Stress), az
elmozduls mez (Displacement), a nyls (Strain) s a Deformci
(Deformation).
A futtatson kvl a 2.23. bra szerinti helyi rzkeny menben lehetsg
nylik pr hasznos opci elrsre. Az Export (kivitel) menpont segtsgvel
az eddig elkszlt munkt elmenthetjk ms vgeselem programok ltal
olvashat formtumba. A lehetsgeket az albbi, 2.4. tblzatban
foglaltuk ssze.
Export lehetsgek a DesignSTAR 3.0-ban COSMOS Files (.geo)
ANSYS Files (.ans) NASTRAN Files (.dat) PATRAN Files (.neu)
IDEAS Files (.unv)
2.4. tblzat. Export lehetsgek a DesignSTAR 3.0-ban Megjegyzend,
hogy az export fjlok csak akkor lesznek ms vgeselem programok
ltal
olvashatk, ha azok verziszma megegyezik. Klnbz verziszmok esetn
az adattvitel bizonytalann vlik. Az egyes fjltpusok verziszmairl a
kziknyvben, vagy a program terjesztjnl lehet pontosabb informcikat
szerezni.
A helyi rzkeny men Report (jelents) pontja (2.25. bra) lehetv
teszi, hogy a belltsokrl s futtatsokrl gyorsan ksztsnk egy
internetes .htm kiterjeszts lapot, melyen a bemen paramtereken
keresztl a futtatsi eredmnyeket tetszs szerint sszevlogatva
feltntethetjk.
A helyi rzkeny men Properties (Tulajdonsgok) pontjban a futtats
paramterei llthatk be. Amennyiben az alkatrsz statikus terhelse
mellett a hmrsklet-klnbsg okozta feszltsgeloszlsra, illetve
alakvltozsokra is kvncsiak vagyunk, - az egyb helyi hmrsklet
definilsa mellett - a krnyezeti paramterek itt adhatk meg. Tbb
alkatrsz
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
28
kontakt vizsglata esetn bellthat a srldsi tnyez rtke, valamint
az, hogy figyelembe vegye-e a program a srldst.
2.25. bra. Jelents ksztse a vizsglatrl
Vgl a mrnk meghatrozhatja a megold algoritmust s annak
paramtereit, amellyel szeretn, hogy a futtats trtnjen (2.26. bra).
Alapesetben az FFE megold algoritmus az aktv, egyszer esetekre ez
kivlan megfelel.
2.26. bra. A futtats paramtereinek belltsa
2.3.7. Az eredmnyek megjelentse Kzvetlenl a futtats befejezdse
utn az eredmnyek azonnal megtekinthetk a
vizsglat-trtnet tblzatnak megfelel sorra val egrkattintssal. A
feszltsgeloszlst a rendszer klnbz sznekkel jelli, pirossal a
maximlis, kkkel a minimlis feszltsggel terhelt rszeket. A sznek
pontos jelentst az bra jobb fels sarkban tallhat
sznminta-jelmagyarzat tartalmazza (2.27. bra).
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
29
2.27. bra. A feszltsgeloszls
Hasonlan a feszltsgeloszlshoz, megtekinthetjk az elmozduls-mezt
is (2.28. bra), melybl megllapthat, hogy az alkatrsz mely rsze
szenvedi el a maximlis elmozdulst. Az bra bal fels sarkban tallhat
a jelmagyarzat mrtkegysge, valamint a Deformation Scale (deformci
lptke). Ez az rtk az bra ltal mutatott s a valsgos deformci
hnyadosa. Azrt van r szksg, mert a tnyleges alakvltozs az esetek
dnt tbbsgben annyira pici rtkeket jelent, hogy nem lehetne rzkelni
a modellen. Ezt az rtket termszetesen tetszleges rtkre
mdosthatjuk.
2.28. bra. Az alakvltozs mez
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
30
A harmadik eredmnyknt kapott bra a fajlagos nyls rtke, melynl
szintn az egyes sznek jelzik a megfelel rtkeket (2.29. bra).
2.29. bra. A fajlagos nyls eloszlsa
A negyedik brn pedig sznek nlkl csak a deformci, az alkatrsz
viselkedse vizsglhat a terhels alatt (2.30. bra).
2.30. bra. Az alkatrsz deformcija
A vizsglat-trtnet utols Design Check (tervezs ellenrzs) mezjre
kattintva a jobb egrgombbal, s a helyi rzkeny menbl kivlasztva a
Define (meghatroz) parancsot, a
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
31
(2.31. bra) szerinti prbeszdpanelek kitltse utn megjelenthetk az
alkatrsz azon rszei, melyek egy, az ltalunk definilt maximlis
feszltsgi szintet meghaladjk.
2.31. bra. Tervezs ellenrzs prbeszdablakai
Be kell lltani, hogy milyen elmlet alapjn vizsglja a rendszer az
alkatrszt, majd meg kell adni azt a maximlis feszltsget, melyet a
szerkezet mkdse szempontjbl mr kritikusnak tlnk.
2.32. bra. Eredmny megjelents prbeszdablaka
Vgl a (2.32. bra) szerinti prbeszdablakban azt a jellemzt
vlaszthatjuk ki, amelyet meg szeretnnk jelenteni az brn. A
lehetsgeket az albbi tblzatban (2.5. tblzat) foglaltuk ssze.
Plot results Eredmny-grafikon Factor of safety distribution
Biztonsgi tnyez eloszlsa
Non-dimensional stress distribution Dimenzi nlkli feszltsg
eloszls Areas below factor of safety A biztonsgi tnyez als
hatra
2.5. tblzat. Vlaszthat eredmny grafikonok
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
32
Ennek a funkcinak egyik lehetsges eredmnyre lthatunk pldt az
albbi brn (2.33. bra).
2.33. bra. A tervezs ellenrzs eredmnye
2.3.8. Az eredmnyek megjelentsnek befolysolsa Amennyiben a
vizsglat-trtnet tblzatban az egyes eredmnysorokra kattintunk az
egr
jobb gombjval, s a megjelen helyi rzkeny menbl kivlasztjuk az
Edit Definition (Definci szerkesztse) pontot (2.34. bra), a
megjelen prbeszdablakokban az eredmny grafikon megjelensnek
paramterei tetszlegesen mdosthatk.
2.34. bra. A megjelents mdostsnak lehetsgei
Bellthat pldul az eredmny jelmagyarzatban szerepl rtkek
mrtkegysge, vagy az egyes feszltsgi irnyokban kialakul feszltsgek
kln-kln megjelenthetk. Megadhat az, hogy a megjelentst az egyes
csompontokban, vagy az elemen kialakul feszltsg alapjn vgezze a
rendszer. Bellthatjuk, hogy csak szintvonal-szer megjelentst
szeretnnk, vagy tnusozott-kitlttt brt (2.33. bra).
A Settings (belltsok) fl prbeszdablakban tbbek kztt definilhat
egy minimlis s egy maximlis feszltsgrtk, melyek kztti
feszltg-eloszls trkpt jelentse meg szmunkra a rendszer. Itt llthat
t a deformci-arny rtke is. Kapcsolk segtsgvel
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
33
vezrelhet, hogy a megjelen eredmnyablakban milyen rtkek legyenek
lthatak, s melyek legyenek rejtve (2.34. bra).
2.33. bra. Megjelents mdostsa 2.34. bra. Belltsok mdostsa
2.3.9. Mg egy rdekessg A terhels hatsra, az alkatrszben vgbemen
folyamatok (feszltsgek, deformcik)
vizuliss ttelhez a Cosmos/DesignSTAR szoftver lehetsget biztost
animci ksztsre is. Ez a funkci az eszkzsorrl rhet el (2.35. bra). A
mozgs-szimulci az eszkzsor megfelel kapcsolival tetszlegesen
lelassthat.
2.35. bra. Animci ksztse
Az animcirl, illetve az elkszlt kpekrl vide, illetve kpfjl
kszthet a File (fjl) men Save Plot As (Grafikon mentse mint)
parancsval. A megjelen prbeszdablak Fjl tpusok nev legrdl mezjben
tbb formtum kzl vlaszthatunk (2.36. bra).
2.36. bra. Eredmny-brk, animcik mentse
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
34
3. PROENGINEER WILDFIRE ALAPOK
3.1. Bevezets
A programot a kvetkezkpen indthatjuk: Start men/Minden
program/PTC/ ProENGINEER/proewildfire
A program indtsa utn a kvetkez kperny fogadja a felhasznlt:
3.1. bra: a ProENGINEER indt kpernyje
A munka megkezdse eltt els lpsben lltsuk be a munka knyvtr
helyt. File/Set Working Directory (A dlt betvel szedett rszek a
programban megjelen menkben s prbeszd ablakokban tallhat
szvegrszletek).
Miutn a munkaknyvtr helyt megmutattuk, nyugtzzuk azt, az OK gomb
megnyomsval. Ezek utn lehetsgnk nylik vlasztani, hogy milyen tpus
munkt szeretnnk vgezni.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
35
Ezt a belltst vgezhetjk el itt: File/New
3.2.bra: Modul vlasztsa
A megjelen ablakban, a megfelel modult kivlasztva, kezdhetjk el
a tnyleges munkt.
A fontosabb modulok:
Sketch: Vzlat Part: Alkatrsz Assembly: Szerels Manufacturing:
Gyrts Drawing: Mszaki rajz
A part, assembly, manufacturing moduloknl, almodulok is
vlaszthatk, de ezekre a jegyzet korltai miatt nem trnk ki.
A Name mezben irhatjuk be a ltrehozand fjl nevt. Alaprtelmezsknt
prt0001.prt-t knl a program.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
36
A nv megadsa utn a kvetkez kp fogad bennnket:
3.3.bra: A part modul
A modellek elksztse eltt nhny egyszer mvelet a program
kezelshez.
Elforgats: Vgezhetjk, ha nyomva tartjuk az egr kzps gombjt,
mikzben mozgatjuk az egeret.
Eltols: Shift + egr kzps gomb + egr mozgatsa a kvnt irnyba.
Nagyts s kicsinyts: Ha a szmtgphez hasznlt egr rendelkezik
grgvel, akkor azzal nagytani s kicsinyteni lehet a lthat kpet. Ha
nincs grg akkor: Ctrl + egr kzps gomb + egr mozgatsa fel s le. Le:
nagyts, fel: kicsinyts.
A referencia skok eltntetse a jobb lthatsg kedvrt: View/Shade
vagy Shift + Ctrl + egr kzps gomb. Visszallts: View/Repaint vagy
Shift + Ctrl + egr kzps gomb.
Kls modul regisztrlsa
Tools/Auxiliary Applications. Erre az opcira szksg lehet a VEM
program s a CAD program kzti kapcsolat ltrehozsakor, ha az a
telepts utn nem jn ltre (Regisztrls utn a mensorban megjelenik egy
j men pl: ANSYS 8)
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
37
3.2. Alkatrsz ltrehozsa
Az legalapvetbb parancsok hasznlata hrom egyszer plda segtsgvel
kerl bemutatsra: egy trcsa, egy hatlapfej csavar s egy hatlap anya
megrajzolsval. Majd pedig ezeknek az sszeszerelsvel foglalkozunk
melynek eredmnyeknt egy tengelykapcsolt kapunk. Ezen a szerelt
egysgen az ANSYS VEM program alapjai kerlnek bemutatsra.
3.2.1. Revolve Tool Forgatott kihzs (anyag hozzads vagy anyag
elvtel)
1. lps: Rajzoljuk meg a tengelykapcsol trcsjt.
A rajzelemek kzl vlasszuk ki a Revolve Tool parancsot. A parancs
segtsgvel egy tengely krl skidomot megforgatva hozhatunk ltre
testeket,
vagy ppen vghatunk ki rszeket testekbl. Kattintsunk a fenti
ikonra. j mensorral bvl az eddigi kp (3.4.bra):
3.4. bra: A Revolve Tool tovbbi opcii
Ebbl a menbl a ikont vlasztva jellhetjk ki a referencia skok kzl
azt, amelyikre a megforgatni kvnt skidomot akarjuk rajzolni.
Vlasszuk a Right skot, majd pedig a Sketch gombot. Ekkor a
vlasztott sk szembefordul velnk. Ki kell vlasztani egy referencit,
amelyikhez kpest a skidom mrett meg akarjuk adni. Vlasszuk a
Front-ot. majd fogadjuk el ok-val, ezutn vlasszuk a Close
gombot.
A rajzelemek segtsgvel hozzuk ltre a kvetkez skidomot: (3.5
bra)
3.5. bra: A forgatni kvnt skidom mretei
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
38
Az egyes tvolsgok nagysgt meg tudjuk vltoztatni brmikor, ha
mretszmokra
kettset kattintunk. Ide akr matematikai mveletekkel is bevihetnk
adatokat, pl.: 200/2. Ekkor 100 jelenik meg mretknt.
A kvetkez lpsben adjuk meg a forgats tengelyt.
Kattintsuk a vonal melletti kis nylra, melynek hatsra jabb hrom
lehetsg kerl elnk
, ebbl vlasszuk ki a szaggatott vonalat, mellyel rajzoljunk
kzpvonalat. Kt pontot kell megadnunk, melyeken a kzpvonal
keresztlmegy. Legyen ez
a 150mm hossz szakasz kt vgpontja. Ezek utn vlasszuk a -t (kk
pipa) s
nyugtzzuk a mveleteket (zld pipa).
Mindezek utn az eredmny (3.6. bra):
3.6. bra: A forgats eredmnye
3.2.2. Extrude Tool - Kihzs 2. lpsknt ksztsnk a trcsa agyrszbe
egy 50mm tmrj furatot s egy
reteszhornyot.
Hasznljuk az Extrude Tool-t (kihzs). Ezzel a paranccsal hasbot
lehet kszteni az alapskidom megrajzolsval. Lehet anyag hozzadsa
vagy elvtele is.
A trcsa homlokfellett kivlasztva alapsknak rajzoljunk egy 50mm
tmrj krt, a referencia skok metszspontjba. Mikor kivlasztjuk a
referencia skot, megjelenik egy srga nyl a kontrvonal mentn. ezzel
a kihzs irnyt tudjuk megadni. Rkattintva a nyl megfordul ezzel a
kihzs irnya is mdodul. Innentl a skidom megrajzolsa ugyanazokat a
lpseket kveteli, mint az elz pontban. Referencia legyen a Front
sk.
Fogadjuk el a megrajzolt krt . Majd adjuk meg a kihzs hosszt,
rjuk be a szksges mretet. A kinyl menbl is vlaszthatunk a kihzs
hosszt illeten. Ezek sorban a kvetkezk (fellrl-lefel): adott
hosszsgon; a rajz skjtl mindkt oldalra, azonos tvolsgra; a kvetkez
skig; minden anyagon keresztl; adott skig, adott pontig, vagy
grbig.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
39
3.7. bra: Az Extrude Tool belltsi lehetsgei
Vlasszuk a minden anyagon keresztli kihzst. Ezek utn meg kell
adnunk azt, hogy a
kihzs anyagot tvoltson el, ezt a gombbal tehetjk meg. A gomb
megnyoms utn ismt egy srga nyllal talljuk szembe magunkat. Ezzel
adhatjuk meg, hogy a megrajzolt skidom melyik oldaln legyen az
anyag eltvoltva. Ahhoz, hogy furatot hozzunk ltre a
nylnak a kr kzppontja fel kell mutatnia. Ezek utn nyugtzzuk a
belltsokat . Az eredmny a kvetkez:
3.8. bra: Az elkszlt furat
Ksztsk el a reteszhornyot, a 3.9. brn szerepl adatokkal.
Vlasszuk a Protrusion Tool-
t, a referencik kivlasztsnl jrjunk el az elzhz hasonlan. A
parancs segtsgvel. Rajzoljunk egy tetszleges mret ngyszget, ezutn
pedig a mr ismertetett mdon lltsuk be a szksges mreteket. A horony
fusson vgig az egsz furaton.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
40
3.9. bra: A reteszhorony mretei
Az eredmny a kvetkez:
3.10. bra: Az elkszlt reteszhorony
Immron hrom feature-t ksztettnk el.. Ezek utn nzzk meg hogy
lehet mdostani adatokat a mr ltrehozott feature-n.
3.2.3. Mretek megvltoztatsa A feladat legyen a kvetkez:
vltoztassuk meg a trcsa homlokfelletnek tmrjt
200mm-rl 180mm-re.
A bal oldali oszlopban vlasszuk ki azt a feature-t amelyben
ltrehoztuk a trcsa homlokfellett (az els). Ekkor a Protrusion
felirat kk htteret kap, a modellen pedig megjelenik a kontrja piros
vonallal. Az egr jobb gombjval kattintsunk a kk httrrel rendelkez
Protrusion feliratra.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
41
Ekkor megjelenik egy helyi men.
3.11. bra: Meglv Feature mdostsa
A menbl vlasszuk az Edit Definition pontot. Majd kattintsunk a
gombra, ezutn pedig vlasszuk a Sketch gombot. Az ltalunk mr
megrajzolt skidom megjelnik elttnk s a 100mm-es mretet rjuk t
90mm-re. A mret mdostst szintn ketts kattontssal tudjuk elrni, m
most egy prbeszdablak jelenik meg.
3.12. bra: Mret mdostsa
A 100.00 rtket tartalmaz mezbe kattintva trhatjuk a mretet
90-re, majd fogadjuk el
a mdostst a kattintva. Vgezzk el a mveleteket! Ezzel megtrtnt a
skidom
mdostsa. Nyomjuk meg a gombot, ezutn fogadjuk el a Sketch
mdostst az Ok
gombbal, majd fejezzk be a feature-t a gombbal.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
42
3. lpsknt hozzunk ltre 4db furatot a trcsa homlokfelletn 125mm
tmrj krn. A vgrehajtand lpsek nem kerlnek rszletes ismertetsre. Az
elz pontok analgijra plnek.
A lpsek:
Extrude Tool
A kihzs hossznak megadsa
Sk vlasztsa
A sk megmutatsa
A kihzs irnynak megadsa (srga nyl belltsa)
A Sketch gomb lenyomsa Referencia kivlasztsa (Front)
Ha mindezeken tl vagyunk meg kell szerkeszteni a 4db furat
kzppontjt.
Rajzoljunk egy 125mm tmrj krt, a referencia skok metszspontjbl
kiindulva. A kr s a referencia skok metszspontjaiba helyezznk el
egy-egy 20mm tmrj krt.
3.13. bra: Az sszekt csavarok furatainak mretmegadsa
Majd trljk ki a 125mm-es krt. A trls mdja a kvetkez. Vlasszuk ki
az egrmutatval a krt, majd nyomjuk a billentyzeten a Delete
billentyt.
Fejezzk be a szerkesztst a gombbal. Majd Ok gomb. Adjuk meg,
hogy
anyageltvolts legyen . Nyugtzzuk az adatokat a gombbal. Az
eredmny a kvetkez brn lthat
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
43
3.14. bra: A 4db elkszlt furat
3.2.4. Chamfer Tool, Round Tool - Letrs, Lekerekts 4. lpsknt
lssuk el az alkatrszt letrsekkel, a kls leken s a furatok mindkt
vgn,
majd tegynk lekerektst az agyrsz s a trcsarsz tmenetre:
Letrsek legyenek 1x45, a lekerekts R8.
Hajtsuk vgre a kvetkez lpseket:
Letrsek ksztshez a Chamfer Tool-t kell hasznlni . Vlasszuk ezt a
parancsot. A megjelen j menbl pedig a Set pontot, ezzel egyszerre
tbb l kijellhet s akr mindhez kln letrsrtket adhatunk meg.
3.15. bra: A Chamfer Tool belltsi lehetsgei
lltsuk be a letrs nagysgt a D mez utn ll szm mdostsval (legyen
1mm). Mutassuk meg egyesvel azokat az leket, melyeket letrssel
szeretnnk elltni. Minden len azonnal megjelenik a letrs.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
44
Az eredmny a kvetkez:
3.16. bra: A letrseket tartalmaz lek
Majd fogadjuk el a belltsokat a -val
Hozzuk ltre a lekerektst a Round Tool segtsgvel A hasznlata nagy
hasonl a Chamfer Tool hasznlathoz. Meg kell mutatnia a
lekerektend lt, majd megadni a lekerekts sugart s elfogadni a
belltsokat.
3.17. bra: A lekerekts helye az alkatrszen
A tengelykapcsol trcsi utn ksztsk el a trcskat egymshoz rgzt
csavarktseket. Ehhez kt alkatrszre van szksg. Az egyik a hatlapfej
csavar M18x70 mretben, a msik a hatlap anya M18 mretben.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
45
A hatlapfej csavar elksztsnek rszletezsre a jegyzet korltai
miatt nem kerl sor, csak a vgrehajtand mveletek felsorolsa trtnik
meg.
1. Egy j modell ltrehozsa File/New/Part 2. Egy 18mm tmrj, 90mm
hossz henger elksztse. Extrude Tool 3. A henger egyik vgre egy 15mm
magas hatszg alap hasb ksztse. A hatszg
cscsai egy 30mm tmrj krn legyenek. Extrude Tool 4. a szabadon
maradt hengervg lnek letrssel val elltsa. 1.5x45. Chamfer Tool 5. A
hatlapfej lesarktsnak ltrehozsa (20-os szgben). Revolve Tool
A hatlap anya elksztsnek rszletezsre a jegyzet korltai miatt nem
kerl sor, csak a vgrehajtand mveletek felsorolsa trtnik meg.
1. Egy j modell ltrehozsa File/New/Part 2. Egy 15mm magas hatszg
alap hasb ksztse. A hatszg cscsai egy 30mm tmrj
krn legyenek. Extrude Tool 3. A hasb kzepn ltrehozni egy 18mm
tmrj tmen furatot. Extrude Tool 4. A furat lnek letrssel val
elltsa. 1.5x45 Chamfer Tool 5. A hatlapfej lesarktsnak ltrehozsa
(20-os szgben). Revolve Tool Az eredmny:
3.18. bra: Az elkszlt alkatrszek kpe
3.3. sszeszerels
Minden alkatrsz ksz, hogy a tengelykapcsol sszeszerelhet
legyen
Az sszeszerels, gynevezett knyszerek hasznlatn alapul. A
knyszereket skok, felletek, egyenesek s pontok kztt rtelmezzk. A
knyszerek hasznlatval az alkatrszek egymshoz viszonytott helyzett
tudjuk meghatrozni. Az sszeszerelskor fontos figyelembe venni a
szerkezet majdani mkdst, mert csak olyan helyen alkalmazhatunk
knyszert, ahol a valsgban is jelentkezne. Ez a mi ltalunk ksztett
tengelykapcsol esetn a kvetkezket jelenti.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
46
A tengelykapcsol ktfle mdon mkdhet:
- Srlds ltal viszi t a nyomatkot, az sszeszort ert a csavarok
meghzsa biztostja. A csavarok ignybevtele hzs, a trcsk pedig
felleti nyoms
- A csavarok palst fellete viszi t a nyomatkot, ezltal az
ignybevtelk nyrs lesz.
A kvetkezkben a tengelykapcsol sszeszerelsnek rszletes lersa
kvetkezik.
1. lps egy j Assembly ltrehozsa. File/New/Assembly
2. lps az egyik trcsa beillesztse az res Assembyl-be. .
3. A megjelen megnyits ablakban mutassunk r a trcst tartalmaz
fjlra, majd Open. Megjelenik elttnk egy prbeszdablak amely az
alkalmazand knyszerek belltst kri tlnk. Az els elem beillesztse
esetn legtbbszr hasznlhatjuk az Automatic opcit, mint a knyszer
tpust.
3.19. bra: Knyszer kivlasztsa
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
47
Tovbbi lehetsgek: Mate:
Skok illeszts, a kivlasztott skokat egymssal szembe fordtva
helyezi el, a kzttk lv tvolsg megadhat.
Align: Skok illesztse olyan mdon, hogy a kivlasztott skok egy
skba kerljenek (a kzs sk azonos oldalra kerl anyag). A kzttk lv
tvolsg megadhat.
Insert: Henger felletek illesztsre szolgl.
Tangent rint knyszer, hengerpalst s sk kztt.
4. lpsben hajtsuk vgre az els elem beillesztst.
5. lps: illesszk be a msik tengelykapcsol flt is. Mivel a kt
tengelykapcsol fl ugyanaz, ezrt ugyanazt a fjlt kell hasznlnunk,
mint az elz esetben. Az itt alkalmazand knyszereknl mr
krltekintssel kell eljrnunk.
A tengelykapcsol trcsjnak homlokfellett kell knyszerrel egymshoz
kapcsolni. Hajtsuk vgre ezt, a kvetkez mdon.
- helyezzk be jbl a tengelykapcsol felet.
3.20. bra: Az els kt elem beillesztse utn
A Component Placement ablakben a knyszer tpusnl vlasszuk a Mate
opcit. Ezutn vlasszuk ki a msodiknak beillesztett alkatrsz
homlokfellett (ha az egr
mutatt fl visszk a kontr kk, kivlasztskor pedig piros), majd
pedig az els elem homlokfellett. Az eredmny a kvetkez
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
48
3.21. bra: A Mate knyszer alkalmazsa utn
Ezzel az egy knyszer megadsval mg nem rtnk clhoz, hiszen az
alkatrszek pozcija mg nem megfelel. A j pozci belltshoz az Align
tpus knyszer segtsgvel jutunk el. Ezzel a tpussal illesszk ssze a
reteszhorony egyik oldalfellett. Majd ezutn jbl az Align tpus
knyszerrel a reteszhorony homlokfellett illesszk. Az eredmny:
3.22. bra: Az Align knyszer alkalmazsa utn
6. lpsben a furatokba illesszk be a hatlapfej csavarokat.
A beillesztst az Insert tpus knyszerrel kell vgrehajtani.
Vlasszuk az j elem
beillesztst . Majd vlasszuk ki az M18x70 csavart tartalmaz fjlt.
A Component Placement ablakban vlasszuk az Insert tpus knyszert.
Mutassunk r a csavar palstjra, majd pedig, a tengelykapcsol trcsjn
lv egyik furatra. A csavar mr egytengely a furattal, de mg nincs a
helyn. A helyre a Mate tpus knyszerrel illesszk be. A csavar fejnek
als skjt kapcsoljuk hozz a trcshoz. Figyeljnk a tvolsg megadsra!
(rtke legyen 0). Vgezzk el a mveleteket a msik hrom csavar esetn
is. Az eredmny a kvetkez.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
49
3.23. bra: A csavarok beillesztse utn
7. lpsben illesszk be a hatlap anykat is. A csavarok furatait az
Insert knyszerrel kapcsoljuk a csavarszrakhoz, majd pedig a Mate
knyszerrel a trcshoz. Ezzel a tengelykapcsol sszeszerels elkszlt.
Mentsk le az sszelltst.
3.24. bra: Az sszeszerelt tengelykapcsol
Az sszeszerels egy lehetsges msik mdja:
Helyezzk az res sszelltsba a tengelykapcsol egyik felt, ugyangy,
mint az elz sszellts esetn. Helyezzk be a ngy darab hatlapfej
csavart a furatokba ugyangy, mint az elzekben. Ezek utn helyezzk be
a hatlap anykat gy hogy a hatlapfej csavar fejtl 50mm tvolsgra
legyen. Mindezek utn helyezzk be csak a msik felt a
tengelykapcsolnak. A beilleszts sorn a kt tengelykapcsol fl kztt ne
hozzunk ltre kzvetlen kapcsolatot, csak a mr beillesztett
csavarokhoz s anykhoz kapcsoldjon. A kapott eredmny ugyanaz mint az
elz esetben.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
50
3.4. ANSYS DesignSpace 8.0 VEM szoftver alapjai
A program indts a CAD rendszeren keresztl a legegyszerbb. Ekkor
a modell geometrijnak VEM programba val ttltse automatikusan
megtrtnik. s a kvetkez kp fogad:
3.25.bra: ANSYS DesignSpace 8.0 indts utn
A kperny rszei:
A fels mensor nhny fontosabb kapcsolja
Balrl haladva a 3-as elem: pont kivlasztsra ad lehetsget
4.: l kivlasztsra ad lehetsget
5.: sk vagy fellet kivlasztsra ad lehetsget.
6.: test kivlasztsa
8.: forgats
9.: eltols
10.: nagyts kicsinyts, nyomva tartva a bal egrgombot majd az
egeret fel vagy le mozgatva, trtnik a nagyts vagy kicsinyts.
11.: Rszlet nagytsa, A bekeretezett terlet teljes ablaknyira
nagytva kerl megjelentsre.
12.: A teljes modell kitlti az ablakot.
13.: Drtvz modellre vlts
3.26. bra: Mensor rszlet
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
51
3.4.1. Szerkezeti fa elemei:
3.27. bra: Szerkezeti fa
Model: Geometry:
A CAD modell geometriai tulajdonsgait tartalmazza (Zld pipa a
szimblum eltt, azt jelenti, rendben van)
Contact: A CAD modell elemei kzti knyszereket tartalmazza.
Mesh: Hlzs: Alap llapotban egy srga villm van a szimblum eltt,
ez azt jelenti hogy mg elksztsre vr. A ltrehozst megtehetjk itt
rgtn, vagy akr a peremfelttelek meghatrozsa utn is. Ha rgtn el
akarjuk vgezni adjunk egy jobb kattintst a Mesh szvegrszre majd a
helyi menbl vlasszuk ki a Preview Mesh lehetsget. A program ezek
utn elkszti a vgeselem hlt.
Az eredmny:
3.28. bra A hlzs (Mesh) eredmnye
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
52
Environment: Itt llthatk be a peremfelttelek. A peremfelttelek
alatt rtjk a megfogsokat s a
terhelseket. Az Environment szvegrszre jobb kattintst adva a
helyi menbl vlasszuk az Insert opcit. Ekkor egy hossz men jelenik
meg, amibl vlogathatunk a peremfelttelek kzl.
3.29. bra: Az Environment belltsai
Nzznk meg nhnyat kzlk.
Terhelsek:
Acceleration: Gyorsuls Standard Earth Gravity: A Fld gravitcis
hatsa. rtke adott, irnyt mdostani lehet. Rotation Velocity: Forgsi
sebessg vagyis szgsebessg. Pressure: Nyoms Force: Er Moment:
Nyomatk Megfogsok:
Fixed Support: Fix megfogs, skon rtelmezhet Cylindrical Support:
Hengeres rgzts, hengerfelleteken rtelmezhet.
Ha a terhelsek s a megfogsok paramtereit megadtuk, elttk egy-egy
zld pipa jelenik meg. Mindaddig, mg eltte krdjel tallhat, a
peremfelttel nem rgztett. A megolds nem hajthat vgre
Solution: Itt kell megadnunk azt, hogy mit krnk a vgeselem
szoftvertl.
A Solution szvegrszre egy jobb kattintst adva megjelenik egy
helyi men, melybl az Insert opcit vlasztva jutunk a klnbz
megoldsokhoz.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
53
3.30. bra: A lekrdezni kvnt eredmnyek megadsa
Stress: Feszltsg (Mechanikai [Pa]) Deformation: Alakvltozs
[m]
Nzznk pldkat knyszerek s terhelsek modelleken trtn
elhelyezsre.
Fixed Support elhelyezse: Adjunk jobb kattintst az Environment
feliratra, vlasszuk ki az Insert opcit, majd pedig a Fixed
Support-ot. Ezutn vlasszuk ki a megfogni kvnt felletet, majd
fogadjuk el a belltst az Apply gombbal. Ha mindent jl csinltunk a
megfogs eltt megjelenik egy zld pipa.
Cylindrical Support elhelyezse: Ugyanazokat a mveleteket kell
vgrehajtani mint az elz esetben, annyi klnbsggel, hogy
hengerfelletet kell megadnunk sk fellet helyett.
Pressure: Nyoms. Vlasszuk ki a felletet melyre nyomst szeretnnk
mkdtetni., majd hagyjuk jv az Apply gombbal. Ezutn adjuk meg a
nyoms rtkt Pa-ban.
Force: Er. Vlasszuk ki a felletet melyen az ert szeretnnk
mkdtetni. Fogadjuk el a kijellst az Apply gombbal, majd adjuk meg
az er rtkt N-ban. Pozitv rtk esetn az er a felletbl merlegesen
kifel mutat.
Moment: Nyomatk. Vlasszuk ki a felletet melyen az nyomatkot
szeretnnk mkdtetni (itt valamilyen hengerfelletet rdemes
vlasztani). Fogadjuk el a kijellst az Apply gombbal, majd adjuk meg
a nyomatk rtkt Nm-ben. A forgats irnya az rtk eljeltl fgg.
3.4.2. A tengelykapcsol vizsglata ptsk fel a tengelykapcsolra
vonatkoz FEM vizsglatot.
A geometria mr adott, hiszen a CAD rendszerbl tkerlt. Nzzk meg a
Contact ban, hogy a kt trcsa homlokfelletei kzt van e knyszer.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
54
3.31. bra: A CAD szoftver ltal ltrehozott kapcsolatok
mdostsa
A 3.31. brn lthat, hogy igen. Erre a kontaktra a vizsglathoz
nincs szksgnk, ezrt azt tegyk rvnytelenn a Suppress opcival. Ekkor
a kontakt eltt lv zld pipa, kk x-re vlt. Ezzel rvnytelentettk a
knyszert. Minden egyes knyszer tpusa mdosthat. t klnbz rintkezsi
lehetsget knl a program. A vltoztatshoz gy juthatunk, hogy a
contact vlasztsa utn a definition pontban a type opcinl vlasztunk
(3.32 bra). A vlasztsi lehetsgek a kvetkezk:
3.32. bra: A contact tpusnak mdostsa
Bonded: Mintha a kt fellet ssze lenne ragasztva. Minden irny
terhels taddik. Alapesetben minden kapcsolat ilyen jelleggel
rendelkezik.
No Separation: A felletek elvlsa nem lehetsges, hasonlan az elz
opcihoz. A felletek kis mrtk elmozdulsra kpesek az rintkezs
mentn.
Frictionless: Srldsmentes kapcsolat. Sztvls ltrejhet, ekkor a
felleti nyoms rtke zrus. Szabad mozgst engedlyez. Nem lineris
megoldsra vezet, a felletek alakvltozsai miatt.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
55
Rough: Surldsi tnyez megadsa szksges a kt fellet kztt,
elmozdulst nem engedlyez.
Frictional: A valsgot legjobban kzelt kapcsolat. Srldsi tnyez
megadsa szksges. Ha a felletek kztt kialakul az elmozdulshoz
szksges hats, akkor kpesek elcsszni egymsaon.
A surldsi tnyez megadsa:
Ha olyan tpus contact kerl kivlasztsra, melynl szksges a megadsa
a type opci fltt megjelenik egy frictional coefficient opci is, ezt
kitltve adhatjuk meg az adott anyagprostsra rvnyes tnyez rtkt.
Ezek utn hozzuk ltre a vgeselem hlt. Mesh/ Previw Mesh.
Adjuk hozz a knyszereket s a terhelseket. A tengelykapcsoll
feleket terheljk meg 1000-1000 Nm nyomatkkal. A surldssal elltott
felleteket, pedig szortsuk ssze kt er segtsgvel (10000-10000N). Ez
a kt ers szemllteti a csavarok meghzsbl szrmaz sszeszort ert. Az
eredmny a kvetkez a 3.33.brn lthatk. A kt tengelykapcsol fl kztt
legyen surldsos kapcsolat =0,15 rtkkel.
Ha szeretnnk sszehasonlt vizsglatokat vgezni, egy modell tbb
terhelsi llapota kztt, akkor azt knnyedn megtehetjk, ugyanis tudunk
msolatot kszteni a modellrl, terhelsekkel s megfogsokkal egytt. A
kvetkez mdon juthatunk el a msolathoz: Jobb kattints a Model
feliratra majd vlasszuk a Duplicate opcit.
3.33. bra: Megfogsok s terhelsek elhelyezse
Lthatk a megfogs s a terhelshez megadott felletek.
A megoldsok kzl vlasszuk ki a Stess/Equivalent Stress-t s a
Deformation/Total Deformnation-t.
Ezzel ksz a vgeselem program a szmtsra. Kattintsuk egyet az egr
jobb gombjval a Model feliratra, majd vlasszuk ki a Solve opcit. A
program elindtja a megoldst. Ezutn nincs ms dolgunk csak trelmesen
vrni az eredmnyekre. Miutn a szmtsok elkszltek a
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
56
Equivalent Stress s a Total Deformation eltt lv srga villmok,
zld pipra vltanak. Ha rkattintunk ezekre, megnzhetjk a kialakult
llapotot.
Feszltsgek :
3.34. bra: A ltrejtt feszltsg megoszlsa
3.35. bra: A ltrejtt feszltsg megoszlsa az egyik fl
elrejtsvel
A szerelt egysg alkatrszei eltntethetek hogy lthatak legyenek a
takart rszek llapotai is. Geometry jobb klikk, Hide opci.
Visszallts Geomery jobb klikk Show opci
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
57
Deformcik:
3.36. bra: A ltrejtt deformci megoszlsa
3.37. bra: A ltrejtt deformci megoszlsa az egyik fl
elrejtsvel
A kp bal fels sarkban lthat skla segtsgvel mondhatjuk meg, hogy
mekkora a krdses helyen a feszltsg vagy az alakvltozs. A sklra
kattintva mdosthatjuk is azt. Megnvelhetjk mrett. A skla beosztst
szabadon vltoztathatjuk a megjelen csszkk segtsgvel. Ezzel az
eljrssal egy-egy sznt keskeny tartomnyba behatrolva, az alkatrszek
tetszleges pontjban tudunk feszltsg, alakvltozs vagy brmilyen ms
megolds rtket lekrdezni.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
58
A megfogsok helyn kialakul tmaszt errendszer rtkei is lekrhetk a
programtl. A munkaablak aljn tallhat flek kzl a Report Previw-ra
kattintva, az elkszlt jelentsben megtallhatak.
A kapott eredmnyeket mozgkpben is megjelenthetjk a kvetkez
gombok segtsgvel. Balrl jobbra haladva: elindts, megllts, lellts,
ments.
3.38. bra: A szimulcis men
Az animci sorn azt lthat, amint a terhels nullrl a megadott
rtkre n.
Engineering Data Ebben a mezben nagyon sokrt belltst vgezhetnk
el. Pl: itt adhat meg az egyes
alkatrszek anyaga, s anyagmodellje. Egyszerre tbb anyaggal is
megvizsglhat a modell viselkedse. A program nhny gyakran hasznlt
anyag jellemzivel rendelkezik, de lehet teljesen tetszleges anyagot
is vizsglni.
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
59
4. A VGESELEMES SZOFTVEREK PROGRAMOZSA, ITERATV MODELLEK Az
eddigi fejezetekben ttekintettk a vgeselemes programok
kialakulsnak,
fejldsnek nhny llomst, sszefondsukat a CAD- programokkal,
valamint nhny konkrt programrendszer (Solid Edge + COSMOS
DesignStar, valamint ProEngineer + ANSYS DesignSpace) pldjn
keresztl bepillantst nyertnk a programok hasznlatba.
A trtneti ttekintsbl kitnik, hogy a vgeselemes programok fejldse
a 2000. v tjkn kettvlt: elindult a CAD- rendszerekkel teljesen
integrlt verzik fejlesztse, ami az addigi vgeselemes programok
preprocesszornak eltnst eredmnyezte, a preprocesszor helyt pedig a
adott CAD rendszer vette t; valamint megmaradt az eredeti, CAD-
rendszerhez nem integrlt, sajt preprocesszorral rendelkez verzi
fejlesztse is. Erre j plda a COSMOS/M rendszer, vagy az eredeti
ANSYS rendszer.
A nem integrlt, eredeti verzik elnye, hogy olyan eljrsokat,
beptett elemeket, mdszereket tartalmaznak s olyan analzis- fajtkat
is lehetv tesznek, melyeket a CAD- rendszerrel integrlt verzik nem,
vagy csak egyszerstett, szktett formban tartalmaznak. Ilyen pldul a
fejlettebb dinamikai szolgltatsok (spektrum- analzis, harmonikus
gerjesztsek, vletlenszer rezgsek vizsglata s ezek eredmnyeinek
azonnali megjelentse a szoftver ltal ksztett diagramokban),
multidiszciplinris analzis- lehetsgek (tranziens s stacionr
hvezetsi feladatok, hmrsklet- fgg anyagjellemzkkel, egyes
nemlinearitsi problmk, elektromgnessg, mezegyenletek vizsglata),
ide sorolhatk a klnleges vgeselem- tpusok alkalmazsa (tbbrteg,
szlerstses, rtegenknt vltoztathat anyagtulajdonsg szendvics-
elemek, rintkezsi feladatokhoz hasznlt klnbz lgy rugelemek, rs-
elemek, rdelemek a rcsos tartk s rdszerkezetek analzishez,
hjelemek, stb.), valamint itt kell megemlteni azt is, hogy az
eredeti vgeselemes verzik lehetsget adnak a
felhasznl ltal kifejlesztett, klnleges vges elemek definilsra
is, a merevsgi mtrix elemeinek megadsval. Szintn ide tartozik a
beptett programnyelv lehetsge is, mely az integrlt verzikban nincs
meg, csak kvlrl, Visual Basic vagy C programnyelv segtsgvel
programozhatak. A nem integrlt, eredeti verzikban meglv bels
programnyelv lehetv teszi, hogy a modellt gy ptsk fel, mint egy
programot, feltteles elgazsokat, vizsglatokat ptsnk be a modellpts
menetbe, ezltal intelligensebb, tbb eset lersra alkalmas, vagy akr
egy egsz szabvnysorozat, alkatrsztblzat, vlasztk- kszlet
feldolgozsra is alkalmas modellt hozzunk ltre, melyet megoldva az
add eredmnyekhez (feszltsgek, elmozdulsok, reakcierk,
sajtfrekvencik, biztonsgi tnyezk, stb.) szintn ennek a
programnyelvnek a megfelel utastsaival hozzfrhetnk, megvizsglhatjuk
azokat s ha szksges, a mdostsokat is programszinten elvgezhetjk,
majd jabb analzisre adhatunk utastst. Ezzel olyan modelleket
hozhatunk ltre, melyek nmagukat fejlesztik, klnsebb beavatkozs nlkl
a programjuk megrsa utn tbb analzist s vizsglatot is elvgeznek s
iterlnak egy bizonyos kvnt rtkhez. gy olyan optimumszmtsokat
vgezhetnk, melyekre nem ltezik elre definilt clfggvny vagy felttel-
megadsi lehetsg (pl. festsi kltsg minimalizlsa, kltsgfggvnyek,
hatsfok, surldsi vesztesgek, gazdasgossgi jellemzk, stb. optimlsa,
felttelrendszerbe ptse). Nhny esetben nagyon fontos lehet, hogy a
terhels jellege nem irnytart, hanem hidrosztatikus (pl. gtak,
ermvek, tartlyok tervezse, silk, alakt technolgik modellezse,
stb.). Ilyen hidrosztatikus terhels csak a programozhat, nem
integrlt COSMOS/M- ben alkalmazhat, az integrlt verzikban nem. Ezek
a lehetsgek kitgtjk, rugalmasabb teszik a vgeselemes programok
hasznlhatsgt, mkdst, valamint olyan eredmnyek elrst
-
Termkek, szerkezetek, gpelemek vgeselemes modellezse s
optimlsa
60
teszik lehetv, melyek ms mdszerekkel csak nagyon nehz s krlmnyes
ton, vagy egyltaln nem lennnek ltrehozhatk.
Az itt emltett lehetsgek felsorolst kt lpcsben clszer megtenni,
az els lpcsben a modell felptshez, ltrehozshoz, a vizsglathoz
szksges adatok megadshoz val alapvet parancsok, kulcs- szavak
felsorolsa, megismertetse hangzik el, majd ezutn a program- szer
tovbbfejlesztshez szksges ismeretek, kulcs- szavak, utastskszlet
kerl bemutatsra. Ugyanezt a sorrendet kveti majd a mintaplda is,
teht elszr felptjk a modellt, egy vizsglatra alkalmass tesszk, ksbb
pedig ugyanezt a modellt tovbbfejlesztjk egy iteratv feladat
megoldsra. Ehhez a bemutatshoz a COSMOS/M rendszert alkalmazzuk,
mivel szmunkra ez llt rendelkezsre tbb ven keresztl, megbzhat
formban, ami a minl mlyebb megismershez s alkalmazshoz
elengedhetetlenl szksges.
4.1. Modellptsi STRATGIK
Elszr is tekintsk t a COSMOS/M rendszer nem integrlt verzijnak
kpernyjt, valamint az egyes kperny-rszek funciit.
A 4.1. bra a COSMOS/M rendszer 2.5. verzjnak jellegzetes kperny-
kialaktst mutatja. A kperny legnagyobb rszt a munka- terlet
foglalja el, ami rthet is, hiszen itt kell ltszdnia a ltrehozott
modellnek, a kiadott parancsok hatsnak. Ettl felfel helyezkedik el
egy tbbemeletes, legrdl tpus menrendszer, ahol a program sszes
parancsa (a programozshoz szksges utastsokat, kulcs- szavakat
kivve) elrhet, lthat s termszetesen kivlaszthat, aktivizlhat. Ezek
kztt a gombok kztt van olyan is, amellyel elre belltott, felhasznl
ltal definilt nzeti irnyokat lehet aktivizlni s az aktulis modellt
ezekbl az iryokbl megnzni. A munkaterlet alatt va