UM Expert для КОМПАС-3D

 Общие сведения и функциональное назначение

Инструмент UM Expert для КОМПАС-3D представляет собой приложение, созданное для расширения стандартных возможностей САПР КОМПАС-3D и работающее в его среде. КОМПАС-3D – это система трехмерного проектирования, позволяющая выполнить полный цикл подготовки конструкторской документации. Модель изделия, созданная в КОМПАС-3D, представляет собой набор геометрических объектов, описание которых включает инерционные параметры – массу, моменты инерции, положение центра масс. Инструмент UM Expert позволяет сделать следующий шаг – исследовать кинематику и динамику движения изделия, если оно является механизмом.

 Графики

В результате моделирования динамики системы пользователь получает возможность исследовать анимацию процесса, траектории точек, вектора кинематических (скорости, ускорения точек, угловые скорости и ускорения тел…) и силовых (силы и их составляющие) величин, строить графики их зависимости от времени и между собой.

 Статистика

Далее с помощью инструмента «Статистика» пользователь может исследовать графики выходных величин в частотной области, определить основные частоты в механической системе. Пример использования инструмента «Статистика» – модель одноцилиндрового двигателя (видео 4).

 Контактное взаимодействие

Контактное взаимодействие в UM Expert реализуется в виде модели податливого контакта, при котором допускается внедрение контактирующих элементов одного тела в поверхность, связанной с другим телом. При возникновении внедрения считается, что произошёл факт контакта. В этом случае между телами появляются контактные силы: нормальная реакция – упругодиссипативно зависящая от глубины и скорости внедрения, и сила трения, лежащая в касательной плоскости контакта. Пример моделирования контактного взаимодействия – модель маятника (видео 2).

 Упругие тела, раскраска

UM Expert позволяет включать в состав модели механической системы упругие тела, совершающие произвольные пространственные перемещения. Конечноэлементная модель упругого тела строится с использованием внешних программ МКЭ (FIDESYS, ANSYS, NASTRAN, ABAQUS). После создания конечно-элементной модели и выполнения необходимых расчетов, данные импортируются вдинамическую модель. UM Expert позволяет исследовать напряжённо-деформированное состояние (НДС) элементов и узлов упругого тела. Для исследования НДС есть возможность построения графиков напряжений и деформаций от времени, а также отображение упругого тела с раскраской, соответствующей тому или иному параметру НДС. Примеры моделирования динамики с учётом упругости отдельных тел – одноцилиндрового двигателя (видео 4), модель четырёхцилиндрового двигателя (видео 5).

 Зубчатые передачи

Зубчатое зацепление реализовано в UM Expert в виде упрощенной модели контактного взаимодействия шестеренок в зацеплении. С помощью силового элемента данного типа можно моделировать цилиндрические передачи (как внешнего, так и внутреннего зацепления), конические передачи, реечные передачи. Все передачи моделируются с учетом возможного люфта, зазора между зубьями и податливости самой передачи, приведенной к контактной точке. Пример моделирования зубчатых передач – модель редуктора (видео 1).

 Линейный анализ

Помимо моделирования динамики системы во временной области UM Expert позволяет исследовать поведение объекта в частотной области. Для этого предназначен инструмент «Линейный анализ». В инструменте реализованы алгоритмы поиска собственных частот и форм колебаний модели, поиск положения равновесия, построения амплитудно-частотных характеристик и корневых годографов и т.д. Пример использования иструмента «Линейный анализ» – модель одноцилиндрового двигателя (видео 3).

 Примеры

1. Редуктор
   Объект расчёта: тестовый пример – двухступенчатый цилиндрический редуктор.
   Цель расчёта: демонстрация моделирования динамики зубчатого зацепления. Режим старта двигателя.
   Исследуемые величины: угловые скорости входного, промежуточного и выходного валов редутора.
2. Маятник
   Объект расчёта: тестовый пример – маятник с двумя сателлитами.
   Цель расчёта: демонстрация моделирования контактного взаимодействия.
   Исследуемые величины: векторы контактных сил, вектор минимального расстояния между сателлитом и основанием, график факта контакта сателлитов с основанием.
3. Одноцилиндровый двигатель – линейный анализ
   Объект расчёта: тестовый пример – одноцилиндровый двухтактный двигатель внутреннего сгорания.
   Цель расчёта: демонстрация моделирования в частотной области.
   Исследуемые величины:частоты и формы двигателя.
4. Одноцилиндровый двигатель – моделирование динамики.
   Объект расчёта: тестовый пример – одноцилиндровый двигатель.
   Цель расчёта: демонстрация моделирования динамики двигателя с учётом упругости шатуна. Режим старта двигателя.
   Исследуемые величины: угловая скорость коленчатого вала, линейная скорость поршня, напряжённо-деформированное состояние шатуна, эквивалентные напряжения по критерию Мизеса в контрольных точках шатуна.
5. Четырёхцилиндровый двигатель
   Объект расчёта: тестовый пример – четырёхцилиндровый двигатель внутреннего сгорания.
   Цель расчёта: демонстрация моделирования динамики двигателя с учётом упругости коленчатого вала. Демонстрация работы пружин клапанов.
   Исследуемые величины: угловые скорости валов, линейные скорости поршней и клапанов, напряжённо-деформированное состояние коленчатого вала.
6. Захватное устройство
   Объект расчёта: тестовый пример – захватное устройство.
   Цель расчёта: демонстрация моделирования динамики захватного устройства.
   Исследуемые величины: перемещение толкателя, угол поворота вала двигателя.