32. Поверхностная модель.

33.Критические нагрузки.

34.Собственные частоты и формы колебаний.

2. Собственные частоты и формы колебаний.

35. Тепловой расчет.

Моделирование теплопередачи внутри деталей, сборок и с окружающей средой

3 вида теплопередачи:

1. Теплопроводность – в пределах одного тела или контакта без зазора путем взаимодействия молекул и атомов.

q_t=КА(dT/dx), К – коэффициент теплопроводности

А – площадь сечения

dT – разность температур, dx – толщина

2. Конвекция – передача энергии с поверхности тела в жидкую или газообразную среду засчет движения молекул. Естественная – из-за разности в плотности в следствие (ОЛЛ) нагрева теплоносителя телом. Вынуженная – источник движения среды внешний – вентилятор, насос. В SS разница между видами не учитывается.

q_k=hА(Ts-Tf), h – коэффициент тепловой отдачи; А – площадь; Тs – температура поверхности; Тf – температура среды.

3. Излучение – обмен энергии через эл.магн. волны. Промежуточного носителя не требуется.

q_f=εGA(T^f_a-T^f_s) , G – const стефана-больцмана; ε – изл.способность; А – площадь; T_a- температура окр.среды; T_s – температура поверхности.

ε – доля теплового потока поверхности относительно абсолютно черного тела (ε=1).

никакой вид самостоятельно не сущестаует.

Внутри тела основной – теплопроводность, значит вынужденная конвекция, излучение – при большой ∆Т.

Тепловой анализ бывает:

- станционарный – поиск распределенных температур в равновесном состоянии.

- истационарный – распределение тепла внутри детали, или между ними с учетом взаимодействия с окр.средой .

Ограничения модуля теплового анализа:

- Т среды не меняется в обоих видах анализа. Параметры конвекции не изменяются.

- нет обмена излучений между поверхностями детали и в сборке (до 2004г.), следовательно расчеты требуют внимательного подбора экспериментальных const? кроме точно определенного коэффициента теплопроводности , он зависит от качества поверхности.

Основная задача – моделирование теплопроводности.

Возможна работа с анизотропными материалами, но характеристики теплопроводности будут изотропными.

С версии СW 7.0 возможности воспроизведить эффект измерения теплопроводности в зоне контакта. При расчете оболочек tмин достаточно прикладывать только к одной стороне поверхности, все наложенные ранее будут игнорироваться.

Граничные условия:

1. Температура – не изменяется в ходе расчета

2. Конвекция – коэффициент теплоотдачи грани Токр.среды

3. Тепловая мощность – величина тепловой мощности в Вт прикладываемая к граням и крокам→∞Т

4. Тепловой поток – отношение мощности к площади поверхности

5. Излучение – тип (пов.-среда; пов.-пов.), Тграни, излуч.способность, коэффициент проецирования. Предполагается что все грани одинаково ориентированы относительно источника излучения.

Тепл.контактн.граничные условия – настройка в меню статического анализа, контактный зазор, тепл.гран.условия не аддитивны: программа воспроизводит только последн. из приложенных условий.

Особенности модели:

Стационарный расчет: необходимо контролировать граничные условия, чтобы тепловое равновесие было достижимо.

Нестационарный расчет – зависимость от времени сходимости к станионарному состоянию не контролируется. Граничные условия неизменны. Обязательны настройки

- полное время – за которое анализируется состояние прогр. не контролир. сходимость.

- шаг по времени - используется интервал времени. Чем меньше шаг, тем точнее расчет. Модель теплового явления линейна несмотря на нелинейные моменты. Увеличение шага приводит к расходимости итерационного процесса.

- начальная температура – температура в начальный момент времени

В CW 2004 введена опция термостат – излучение или поглощение энергии в зависимости от показания датчика. Датчик может находиться вне этого объекта.

Не все граничные условия имеют физический аналог: - истинная мощность на грани или вершине порождает бесконечные темы, которые не дает сходимости при измельчении сетки.

- приложение темы к любому объекту тела корректно. Аппрокс.темы поля тем точнее, чем меньше тепловой поток через свободные поверхности. Используется для обработки, эксплуатации полученных точек.

- неточные константы – источники погрешностей

- из всех тем, принятых в расчет (в 1 точке). Аналогично для мощностей и потоков.

- при одновременном наложении темы и потока (мощности, прог.воспр.темы)

Сетка:

Меньше требования к качеству сетки, чем в стат., так как

- бесконечная температура не проявляется на геометрических особенностях;

- мелкую геометрию лучше исключить, без потери точности, если к ним не приложены граничные условия или они не лежат на пути больших теплопотоков. Понятие концентраторов отсутствует.

- уплотнение сетки имеет смысл в задачах больших градиентов и около приложения граничных условий поток мощности.

Исходные данные:

-модель тела

-свойства материала( теплопроводность, теплоемкость и плотность изделия)

-граничные условия – тепловые эффекты внутри тела и на его новый КЭ сетка.

Настройка:

-выбор решателя – расчет, память

- выбор шага по времени.

При сетке, корректирование граничных условий, заданных конструктором решаются гарант.

Анализ:

Предназначенная степень свободы – температура в 5-6 раз меньше.

Точность.

Качество модели и плотности сетки мало влияют на точность.Уплотнение имеет смысл.

Результаты:

-температура в узлах

-Градиент температуры е его комп. По глобальным осям или относительно справочной геометрии.

-Теплопоток и его состояние по осям или относительно справочной геометрии.

Настройки аналогичны статическому анализу. Для не статического расчета можно выводить результаты в динамике – анимация.

Термоупругость.

Источник температуры:

-заданная

-из анализа

-однородная

Температура в отсутствии деформации. Анализ статический.

36.Оптимизационная задача.

Цель инженера: создание наилучшей конструкции, максимально прочной при минимальном весе. Обычно, САПР – только виртуальный эксперимент решения принимаемого человеком. Модуль оптимизации реализует аппарат нелинейного программирования. Опт – нахождение всех переменных проекта, что целевая функция примет экспериментальное (Min./Max.) значение при выполнении ограниченных (не/равенств)

Опт алгоритм для типовых проблем в SW:

Модель SW

Обновленная геометрия перестроен сетки

Исх анализы:

-Статическ

-Теплов

-Частот

-Уст

Визуализация:

-напр

-перемещение

-собств формы

-тепл параметр

Оптим проект

Опт анализ:

-цель функции

-перем проект

-ограничения

Выполнение всех анализов

Выделение ограничений

Расчет целев функц и ограничений

Прогноз новых перемен проекта

проект достигнут

да

нет

Крайне нежелательны особенности (бесконечные величины) и движения как единого целого.

Опт анализ базируется на имеющихся результатах. Цель. функция – вес, объем, собственн частота, одна из нагрузок, потеря усталости. Целев функция может минимизироваться и максимизироваться. Переменные проектирования – только размерные, независимые (никакой размер зависящий от ПП не должен зависеть от других разм). Мах доп 25 ПП.

Ограничения:

• величины размеров

• компоненты напряжений (нормальные, касательные, эквивалентные по Мизису, главные, интенсивность)

• силы реакции и их компоненты по осям

• перемешения и их компоненты по осям

• деформации и их компоненты по осям, эквив деформации, плотн энергии деформации и полн энергия деформации

• модели потери устойчивости, собственн формы

• температура, градиенты по осям и полный градиент

• тепловой поток и его компоненты

комбинации параметров ограничения не допустимы. Огр задаются в виде двух сторонних неравенст или односторонних. Если параметры естественные – не уйдет в бесконечность.

Может возникнуть необходимость ограничения параметров (перемещения, деформации в сборках из разных материалов) не там где они максимальны. Максим число ограничений – 60.

В рамках одной оптим задачи может быть несколько анализов (цель-мин массы, ограничения собственн частоты), поэтому необходимо однообразие материалов, конструкция должна быть геометрично реализована по всем инт ПП для сходимости алгоритма. Высока вероятность оптимизации на границе доп области поступает о мин весе равнопрочной конструкции несправедлив для много фактического нагружения. Наиболее близким аналогом задачи оптимизации является оптимизация макс эквивалент напряжения или запаса прочности – в SW они не решаемы.

Опт расчет не связан с анализом проектир, но этот метод проб и ошибок может использоваться для определения начальной точки оптимизации для получения близкого к математическому опт проекту. Оболочки не могут быть объектом оптимизац анализа.

Набор исходных данных: минимум один анализ; целевая функция; ПП; ограничения в явном виде;

Однозначная параметризация снижает вероятность топологически неверных конфигураций, также для этого стоит проверить геометрически осуществляемые при критичном значении ПП.

Точность и сходимость.

Оптимизац процесс закончен, если:

• если достигнуто макс число интеграций

• на некот числе интеграций достигнута сходимость, - изменен целевой функции и ППна соседн интеграции Х < допуска сходимосьт (процент от величины) опред для каждой величины: полезен повторный расчет на базе полученного (потеря размерности и локальн оптимизации). Допуск для ограничения такие же опр в процентах диапазона, чем он больше – тем больше погрешность, устойчивость и скорость расчета. Рекомндуется 1–3%. Если давление задано на грани, площадь которой зависит от ПП, если это не предусмотрено физической природой (взаимодействие с жидкостью или с газом) сходимость проблематична. Наилучшая сходимость задач с «гладкой» (материальо не достижима) целевой функцией не имеющей особенностей.

Важен не уход целевой функции в бесконечность. Неопределенность критических направлений в зоне особенн устранения:

• комбинации граничных условий не позволяющий особенностям возникать

• Заведомо грубой сетке в месте их появления.

Параметры настройки: большинство рабочих параметров уже настроены на максим производит и уже скрыто.

Пользователю доступны:

• старт точка – акт. Конф модели

• число итераций

• условие окончания процесса

если экстремум в области не один (напр граничн локальн), то сх к глобальн.

Зависит от приближения, рекомендуется:

• выполнять неск расчетов с разн старт точками

• не исп в нач старта точку на границе доп области

• не расп старт точку вне доп области

• сочетать эмпирич и алгоритм подходы

можол зн доп сходимости, допуска, указывает на близость к .., желательно, чтобы ПП были независимы (не вх в ур-я SW). Опр в виде равенств, положение на ПП лучше заменять на нулевые инт

ограничения в виде неравенств могут быть наложены косвенно, через размер на уч в детали.

Рост числа ПП вызывает рост числа итераций => можно разбить задачу на подзадачи последоват подставляя опт параметры из предыдущей. В итоге упочив расчет со всеми степенями свободы в уже высоком начальн приближении.

Результаты:

Инфа о результатах доступна в дереве.

После округления опт дробей стоит провести проверочный расчет. Резт этапа проектирования содержит числен зн.:

• ПП, УФ, невмог огр

Графики от итераций:

• Кривая поиска для ПП горизонт асимптота =>

• Кривая поиска для огр опт (возм лок)

• Кривая поиска для ЦФ

Кривые тренда ЦФ и ограничений:

Горизонт ось величина - ПП; верт – ЦФ или функция ограничения.

Несколько выражения максим – лок оптимизации; гладкая кривая – отсутствует;

Последний этап обработки – решение о замене исходного проекта опт, по команде «обновить», особенно если необх продолжить поиск оптимизации.