Design Study in the SolidWorks

abramov

Home \ Blog \ Design Study in the SolidWorks


Design Study in the SolidWorks

This lesson shows the possibilities of the SolidWorks Design Study tools for research of several simulation scenarios and search trends in design when models parameters are changed.

Анализ методом конечных элементов помогает смоделировать любую конструкцию на компьютере, однако даже в самой простой конструкции может быть несколько размеров, которые могут быть изменены при проектировании, т.е. необходимо будет создать несколько исследований и смоделировать множество сценариев. Выбрать комбинацию параметров, вести учет изменений и просматривать результаты бывает довольно трудно. Для упрощения данных исследований в SolidWorksимеются специальные средства Исследования проектирования.

Исследование проектирования позволяет автоматизировать процесс оптимизации, используя параметрические и моделирующие функции программы. В программе имеется технология быстрого выявления тенденций и поиска оптимального решения с наименьшим количеством прогонов. Программа использует метод на основе Планирования опыта Для выполнения оптимизации или выполнения определенных сценариев конструкции создается т.н. исследование проектирования. Используя его, можно выполнить следующее:

  • Определить круг переменных, используя любой параметр моделирования или управляющие глобальные переменные.
  • Определить множественные ограничения с использованием датчиков.
  • Определить множественные цели с использованием датчиков.
  • Оптимизация моделей на основе результатов моделирования. Например, можно свести к минимуму массу сборки, в качестве переменных используя плотность и размеры модели, а в качестве ограничения – макс. напряжения.

Чтобы создать исследование, необходимо нажать кнопку Исследование проектирования (панель инструментов «Инструменты») или выбрать Вставка > Исследование проектирования > Добавить. В нижней части графической области появится соответствующая вкладка.

Design_study

В качестве примера использования исследование проектирования рассмотрим анализ подвески. Узел подвески автомобиля может быть подвергнут различным нагрузкам в процессе эксплуатации. Будем использовать Исследование проектирования для анализа конструкции при различных условия, чтобы можно было оптимизировать размер некоторых частей.

Design study 2

Анализ подвески сборки будет проводится для следующих условий:

  1. Автомобиль неподвижен
  2. Автомобиль движется с постоянным ускорением на гладкой дороге
  3. Автомобиль движется по ухабистой дороге
  4. Автомобиль движется с постоянной скоростью на гладкой дороге и поворачивает на вираже.

Все компоненты подвески изготовлены из легированной стали.

Целью анализа является определение толщины нижнего рычага, для того чтобы его параметр запаса прочности был равен или больше 2. Основные этапы дизайна сценария:

  • Задание параметров. На данном этапе необходимо определить, какие параметры будут изменяться на каждом сценарии.
  • Создание таблицы определения значений переменных для Исследование проектирования.
  • Анализ результатов. На данном этапе осуществляется просмотр доступных выходных данных, чтобы определить необходимые изменения.

Для начала выполним подготовку задачи для анализа: создадим новое исследование, укажем материал легированная сталь для всех компонентов, зададим ограничение Зафиксированный шарнир для цилиндрических граней, показанных на рисунке.

Design study 3

Зададим Соединитель – Пружину между компонентами, показанными на рисунке, выбрав тип пружины Сжатие и растяжение, Плоские параллельные грани, значение общей жесткости выберем Итого, а Нормальную жесткость=105 000Н/м.

Design study 4

Зададим Соединители – Шпильки там где это нужно.

Design study 5

Исследование проектирования может быть легко использована для анализа сборки, в которой нагрузки, параметры геометрии и материала рассматриваются в качестве расчетных параметров. Результаты, такие как смещения или напряжения, могут быть отображены на графике в зависимости от расчетных параметров.

Для этого необходимо:

  • Задать список параметров (переменных проектирования).
  • Создать Исследование проектирования в котором указаны сценарии (комбинации) параметров вместе с их численными значениями.

Параметры, или переменных проектирования, являются величинами, которые могут быть изменены в Исследование проектирования с целью изучения поведения сборки. Они также используются в модуле оптимизации для оптимизации конструкции с заданным набором конструктивных ограничений. Зададим нагрузку на цилиндр, используя плоскость Спереди для направления, в окне Перпендикулярно поверхности при выборе Связать значение будет открыто окно Выбор параметра. Здесь необходимо выбрать Редактировать/определить.

Design study 6

Design study 7

Появится окно Настройки. Исследование проектирования будет состоять из нескольких условий нагружения, соответствующих различным сценариям движения автомобиля.

Введем имя параметра vertical (вертикальный) , выберем тип параметров – Simulation , введем значение=225Н. Введем имя второго параметра lateral (боковой), выберем типов параметров – Simulation , введем значение=0Н и подтвердим задание параметров нажатием ОК.

Design study 8

Выберем vertical для связанного значения и нажмем ОК.

Design study 9

В PropertyManager Сила/Вращающий момент установим значение силы вдоль направления 2 плоскости, выберем Связать значение. Будет открыто окно Выбор параметра, выберем параметр lateral. Теперь значения сил будут связаны с соответствующими параметрами. Нажмем ОК, чтобы закрыть PropertyManager.

В дереве исследования Simulation нажмем правой кнопкой мыши на значок Сетка и выберем Применить элемент управления сеткой. Выберем все скругления на компонентах и введем значение в окне Размер элемента=2,3 и в окне Соотношение=1,5. Создадим сетку на основе кривизны с параметрами по умолчанию.

Design study 10

Запустим анализ. При возникновении ошибки связанной с большими перемещениями нажмем Нет (возникновение больших перемещений связано с наличием пружины)

Чтобы создать исследование, нажмем кнопку Исследование проектирования (панель инструментов «Инструменты») или выберем Вставка > Исследование проектирования > Добавить. В нижней части графической области появится вкладка Исследование проектирования. В разделе Просмотр переменных, под Переменные, выберем параметр lateral. Из выпадающего списка укажем дискретные значения и введем значения , 60Н, 72Н и 115Н, разделенные запятыми, как показано на рисунке ниже

Design study 11

Перейдем в раздел Просмотр таблицы, где нужно будет включить второй параметр с именем vertical. Введем для него значения - 225Н, 185Н, 385Н и 900Н в таблицу. Убедитесь, что все четыре сценария выбраны. Если сценарий не выбран, то исключается такое сочетание конструктивных параметров в исследованиях. Снимем флажок Оптимизация.

Design study 12

Каждый сценарий представляет вариант нагружения конструкции, соответствующий различным условиям движения автомобиля.

Исследование проектирования автоматически создает и запускает несколько исследований, соответствующих каждому сценарию (комбинацию параметров). Все результаты сценариев сохраняются. Поскольку объем данных, может стать чрезмерно большим, обращайте внимание на размер модели и количество сценариев.

Все результаты представлены через значения на датчиках, который определяют экстремальные значения параметров для всей модели. Для получения глобальных данных используются датчики Макс модели. Чтобы создать датчик, нажмем правой кнопкой мыши папку Датчики в дереве конструирования FeatureManager, выберем параметр Добавитьдатчик и зададим параметры в окне PropertyManager (Менеджер свойств): тип датчика Данные моделирования, в разделе Количество данных - Напряжения, VON Напряжения по Мизесу, в свойствах датчик - Макс модели и единицы измерения N/mm^2. Аналогично зададим датчик Макс модели для результирующего перемещения.

Можно также указать дополнительные датчики на модели в конкретном месте, где результаты должны быть представлены на графике. В нашем случае, мы будем исследовать вершину, показанную на рисунке. Создадим новый датчик в разделе Количество данных выберем Напряжения, VON Напряжения по Мизесу. В свойствах выберем датчик Макс выбранного объекта, удалем сборку из окна и выберем вершину и поставим единицы измерения N/mm^2. Аналогично зададим датчик для результирующего перемещения.

Design study 13

Созданные датчики определения глобальных и локальных данных должны быть включены в Исследование проектирования. В разделе Ограничения выберем все четыре сенсора, для каждого из них выберем Только проверка и исследование в соответствующем столбце.

Design study 14

Чтобы отобразить окно PropertyManager Исследование проектирования, выберем параметр Параметры исследования проектирования. В нем зададим параметр Высокое качество. С помощью параметров можно контролировать точность, скорость, и определить папка назначения, в которой будут содержаться результаты исследования проектирования. В отчет можно также включить различные замечания. В Параметрах исследования проектирования можно указать два варианта для качества исследования:

  • Быстрые результаты: рассчитываются только сценарии, алгоритмически выбраны из активных сценариев. Результаты для остальных (не рассчитывается) сценариев получаются с помощью интерполяции. Можно дополнительно рассчитать интерполированное сценарии для того, чтобы получить их точные решения. Эта опция обычно используется с большим количеством сценариев, в которых потребуется значительное время на исследование,
  • Высокое качество: В этом варианте все активные сценарии рассчитаны. Если число сценариев является большим, эта опция может привести к значительному увеличению времени вычислений.

Запустим исследование проектирования, нажав кнопку Выполнить. Как видно последние исследования (сценарий 4) показывает наибольшее значение напряжения 658,196 МПа и перемещения 25,89 мм. Таким образом, можно сделать вывод, что последний Сценарий 4 (соответствующий нагрузка, когда автомобиль движется с постоянной скоростью на гладкой дороге и поворачивает на вираже), представляет собой самый экстремальный случай и компонент нижний рычаг будет разработаны, чтобы противостоять этой нагрузке.

Design study 15

Результаты для всех сценариев сохраняются на диске и могут быть доступны через ползункирезультатов или выбрав нужный столбец, как показано на рисунке ниже.

Design study 16

Развернем папку Результаты и графики, папка содержит результаты, которые программа генерирует для выбранных датчиков. Выберем напряжения 1.

Design study 17

Как видно максимальное значение превосходит предел текучести для материала.

Четыре сценария могут быть легко определены как четыре уникальных исследования. Преимущество Исследование проектирования становится более очевидным, если количество сценариев возрастает. Так как сценарий 4 был определен в качестве худшего сочетания нагрузок, геометрия сборки теперь будет изменена с помощью сценариев проектирования. Требуется определить геометрию нижнего рычага чтобы Коэффициент запаса прочности был равен 2, а максимальное результирующее смещение равно 23 мм.

В меню Вид выберем Всепримечания, чтобы отобразить размеры на модели. Нажмем правой кнопкой мыши на элемент Настройки, который появился после задания параметров на шаге задания нагрузок. Выберем Редактировать/определить В открывшемся окне зададим новый параметр Arm_Thikness, в категории выберем Размермодели, в графическом окне нажмем на размер (3мм), определяющий толщину компонента нижнего рычага, размер D2@This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. будет отображен в окне Размер модели.

Design study 18

Отредактируем Внешние нагрузки, удалим ссылки на параметры выбрав Отменить связь значений, должны быть заданы экстремальные значения 115Н и 900Н. Создадим новое Исследованиепроектирования. В разделе Просмотр переменных, под Переменные, выберем параметр Arm_Thikness. Из выпадающего списка укажем дискретные значения и введем значения 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5, 7, 7.5 и 8 mm, разделенные запятыми, как показано на рисунке ниже. Аналогично зададим Ограничения.

Design study 19

В Параметрах исследования проектирования зададим качество исследования: Быстрые результаты. Параметр Быстрые результаты рассчитывает только выбранные активные сценарии. В нашем случае, только три из семи активных сценариев будут решены. Нажмем кнопку Выполнить, предварительно сняв выбор с параметра Оптимизация. С помощью ползункарезультатов выберите последний столбец, как можно увидеть максимальное значение напряжения упало до 464МПа, а смещение составило 23,57мм. Это все еще не соответствует заданному Коэффициенту запаса прочности. Необходимо исследовать конструкции, чтобы увидеть, что является причиной высокого напряжения.

Design study 20

Обратим внимание, что были рассчитаны только три активированных сценария (с результатами с черным шрифтом). Остальные наборы отображены в серым цветом, эти результаты получены с помощью интерполяции. Если требуется точные результаты для сценария, необходимо выбрать нужный сценарий и выбрать Вычислить. Запустим еще раз расчет с параметром качества Высокое качество. Развернем папку Результаты и графики, для последнего сценария и выберем напряжения 1. Как можно увидеть из результатов максимальное напряжение локализовано на скруглении поршня. Изменение размеров модели вызывают перераспределение напряжений, так как жесткость компонентов меняется по отношению друг к другу.

Design study 21

Нажмем правой кнопкой мыши Результатыиграфики и выберите параметр Определить график этапов проектирования. Выберем в разделе Ось-Y, ограничить и Напряжение1. Нажмем ОК, появится график зависимости максимального значения напряжения от сценариев (толщины детали).

Design study 22

Заметим, что любое увеличение толщины нижнего рычага более 4 мм не обеспечивает существенного снижения величины напряжения по Мизесу (расположение максимального значения напряжения перешло от нижнего рычага к поршню). Мы можем, следовательно, заключить, что толщина 4 мм, является оптимальной.

При толщине нижнего рычага = 4 мм, глобальное значение напряжения по Мизесу достигает примерно 487 МПа, что 78,5% от предела текучести легированной стали (620 МПа) Коэффициента запаса прочности будет = 1,27. Любое дальнейшее увеличение в толщине существенно не снизит максимальное напряжение. Если мы хотим достичь большего Коэффициента запаса прочности, должны быть изучены другие изменения конструкции (к примеру свойства материала).

На данном уроке приведены возможности инструмента Исследование проектирования для исследования нескольких сценариев моделирования и поиска тенденций в конструкции при изменении некоторых параметров. Это самый простой вариант работы с данным инструментом. К его расширенным возможностям относится оптимизация параметров, но об этом в следующих уроках.

Read 3656 times Last modified on Friday, 06 March 2015 06:49
Rate this item
(0 votes)

Leave a comment

Make sure you enter the (*) required information where indicated. HTML code is not allowed.

About Me

Hi, I'm Andrew and I'm engineer with a big experience in CAD/CAE and programming. On this website I would like to share some of my works in the field of 3D design, FEA and software development. I hope to find interesting projects and perspective contacts. More info about me you can find here.

Sign Up to My Newsletter

Newsletters by e-mail

Or get connected with me