2018-02-14
948
CAE (Computer-Aided Engineering) — комплекс программных продуктов, которые способны дать пользователю характеристику того, как будет вести себя в реальности разработанная на компьютере модель изделия. По-другому CAE можно назвать системами инженерного анализа. В своей работе они используют различные математические расчеты: метод конечных элементов, метод конечных разностей, метод конечных объемов. При помощи CAE инженер может оценить работоспособность изделия, не прибегая к значительным временным и денежным затратам.
С помощью САЕ можно проводить:
· Прочностной анализ компонентов и узлов на основе метода конечных элементов;
· Термический и гидродинамический анализ;
· Кинематические исследования;
· Моделирование таких процессов, как литье под давлением;
· Оптимизацию продуктов или процессов.
· Системы полнофункционального инженерного анализа, обладающие мощными средствами, большими хранилищами типов для сеток конечных элементов, а также всевозможных физических процессов. В них предусмотрены собственные средства моделирования геометрии. Кроме того, есть возможность импорта через промышленные стандарты Parasolid, ACIS. Полнофункциональные САЕ-системы лишены ассоциативной связи с CAD. Поэтому, если в процессе подсчета появляется необходимость изменить геометрию, то пользователю придется заново производить импорт геометрии и вводить данные для расчета. Самыми известными подобными системами считаются ANSYS/Multiphysics, AI*NASTRAN и MSC.NASTRAN.
· Системы инженерного анализа, встроенные в тяжелые САПР, имеют значительно менее мощные средства анализа, но они ассоциативны с геометрией, поэтому отслеживают изменения модели. Расчетные данные структурированы и интегрированы в общую систему проектирования тяжелой САПР. К ним относятся Pro/MECHANICA для Pro/ENGINEER, Unigraphics NX CAE для Unigraphics NX, Extensive Digital Validation (CAE) для I-deas, Catia CAE для CATIA;
· Системы инженерного анализа среднего уровня не имеют мощных расчетных возможностей и хранят данные в собственных форматах. Некоторые их них включают в состав встраиваемый интерфейс в CAD-системы, другие считывают геометрию из CAD. К первым относятся COSMOS/Works, COSMOS/Motion, COSMOS/FloWorks для SolidWorks Трехмерная проектная среда, ко вторым — visualNastran, Procision.
9. Опишите функциональность систем технологической подготовки производства. Приведите примеры систем CAPP.
Технологическая подготовка производства (ТПП) представляет собой совокупность взаимосвязанных процессов, обеспечивающих технологическую готовность предприятия к выпуску продукции необходимого качества при установленных сроках, объеме производства и затратах. Содержание и объем ТПП зависят от типа производства, конструкции и назначения изделия. Под технологической готовностью понимается наличие полного комплекта технологической документации и средств технологического оснащения, необходимых для производства новых изделий.
ТПП должна производиться в соответствии со стандартами Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП).
ЕСТПП - это установленная государственными стандартами система организации и управления процессом технологической подготовки производства, предусматривающая широкое применение прогрессивных технологических процессов, стандартной технологической оснастки и оборудования, средств механизации и автоматизации производственных процессов, инженерно-технических и управленческих работ.
ЕСТПП обеспечивает единый системный подход всех предприятий и организаций к выбору и применению методов и средств технологической подготовки производства; освоение производства изделий высшей категории качества в минимальные сроки при минимальных трудовых и материальных затратах на технологическую подготовку производства на всех стадиях создания изделия, включая опытные образцы (партии) изделий; организацию производства высокой степени гибкости, допускающую возможность его непрерывного совершенствования и быструю переналадку на выпуск новых изделий; рациональную организацию механизированного выполнения комплекса инженерно-технических и управленческих работ; взаимосвязь технологической подготовки производства и управления ею с другими системами и подсистемами управления.
Технологическая подготовка производства (ТПП) представляет собой совокупность взаимосвязанных процессов, обеспечивающих технологическую готовность предприятия к выпуску продукции необходимого качества при установленных сроках, объеме производства и затратах.
CAPP (Computer-Aided Process Planning) - автоматизированная система для проектирования техпроцессов и оформления технологической документации. Такие системы принято называть САПР ТП (системы автоматизированного проектирования технологических процессов) или АС ТППП (автоматизированные системы технологической подготовки производства). CAPP является интерактивной средой, наполненной базами данных по материалам, сортаменту, оборудованию, технологическому оснащению и прочей справочной информацией. Современные CAPP включают расчетные модули по технологическим режимам и нормированию, а также настройку под специализированные формы документов.
Примеры
СПРУТ-ТП - автоматизированное проектирование и нормирование технологических процессов для любых типов производств.
Eleandr CAPP - автоматизированное проектирование технологии изготовления швейных изделий.
ADEM - автоматизированное проектирование в различных областях машиностроения.
T-FLEX Технология.
10. Опишите назначение систем автоматизации производства. Приведите примеры CAM систем.
Автоматиза́ция произво́дства — это процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Введение автоматизации на производстве позволяет значительно повысить производительность труда, обеспечить стабильное качество выпускаемой продукции, сократить долю рабочих, занятых в различных сферах производства.
До внедрения средств автоматизации замещение физического труда происходило посредством механизации основных и вспомогательных операций производственного процесса. Интеллектуальный труд долгое время оставался не механизированным (ручным). В настоящее время операции физического и интеллектуального труда, поддающиеся формализации, становятся объектом механизации и автоматизации. В качестве характеристики измерения может выступать понятие уровня (степени) автоматизации.
CAM (англ. Computer-aided manufacturing) — автоматизированная система, либо модуль автоматизированной системы, предназначенный для подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ. Под термином понимаются как сам процесс компьютеризированной подготовки производства, так и программно-вычислительные комплексы, используемые инженерами-технологами.
Для подготовки технологической документации, в том числе и согласно с требованиями ЕСТД, используются системы автоматизированной технологической подготовки производства. Примерами CAD/CAM-систем верхнего уровня являются Pro/Engineer, Unigraphics, CATIA (все они имеют расчетную часть CAE). Наиболее извест- ными CAD/CAM-системами среднего уровня на основе ядра ACIS являются: ADEM, Cimatron (Cimatron Ltd.), Mastercam (CNC Software, Inc.), AutoCAD 2000, Powermill (DELCAM) и др. К числу CAD/CAM-систем среднего уровня на основе ядра Parasolid принадлежат CADKEY 99 (CADKEY Corp.); SolidWorks (SolidWorks Corp.), Unigraphics Modeling (Unigraphics Solutions) и др. CAD-системы нижнего уровня (например, Medusa, TrueCAD, «Компас» и др.) применяются только при автоматизации чертежных работ
11. Назовите и опишите виды геометрического моделирования.- Типы геометрических моделей.
Геометрическое моделирование – раздел математического моделирования – позволяет решать разнообразные задачи в двумерном, трехмерном и, в общем случае, в многомерном пространстве.
Геометрическая модель включает в себя системы уравнений и алгоритмы их реализации. Математической основой построения модели являются уравнения, описывающие форму и движение объектов. Все многообразие геометрических объектов является комбинацией различных примитивов – простейших фигур, которые в свою очередь состоят из графических элементов - точек, линий и поверхностей.
В настоящее время геометрическое моделирование успешно используется в управлении и других областях человеческой деятельности. Можно выделить две основные области применения геометрического моделирования: проектирование и научные исследования.
Геометрическое моделирование может использоваться при анализе числовых данных. В таких случаях исходным числовым данным ставится в соответствие некоторая геометрическая интерпретация, которая затем анализируется, а результаты анализа истолковываются в понятиях исходных данных.
Этапы геометрического моделирования:
● постановка геометрической задачи, соответствующая исходной прикладной задаче или ее части;
● разработка геометрического алгоритма решения поставленной задачи;
● реализация алгоритма при помощи инструментальных средств;
● анализ и интерпретация полученных результатов.
Методы геометрического моделирования:
● аналитический;
● графический;
● графический, с использованием средств машинной графики;
● графоаналитические методы.
Типы представления геометрических 3D – моделей: граничное представление, в виде дерева построений, кинематическое представление, гибридные типы. Способы представления поверхности модели. Геометрические модели хранения и визуализации. Способы описания геометрических моделей.
12. Назовите основные функции твердотельного (объемного) моделирования.
Функции моделирования, поддерживаемые большинством систем твердотельного моделирования, могут быть разделены на пять основных групп. В первую группу входят функции, используемые для создания простых форм на основе объемных заготовок, имеющихся в программе, — так называемые функции создания примитивов (primitive creation functions). К этой же группе относятся функции добавления и вычитания объема — булевские операторы (Boolean operations). Функции моделирования из первой группы позволяют проектировщику быстро создать форму, близкую к окончательной форме детали, подобно тому как ребенок сминает пластилин и создает из него приблизительную физическую модель.
Функции создания примитивов позволяют выбирать и создавать простейшие объекты, заранее определенные авторами системы моделирования. Размер примитива задается пользователем. Примитивы, поддерживаемые большинством систем твердотельного моделирования, показаны на рис. 5.4. Размеры, указанные на этом рисунке буквами, могут устанавливаться пользователем. Примитивы сохраняются в базе данных процедурой, осуществляющей их создание, а параметры примитивов передаются этой процедуре в качестве аргументов. Создание примитива описано в приложении В.
Булевские операции
Если бы в списке примитивов можно было найти любое объемное тело, это было бы замечательно. Однако из-за разнообразия возможных применений систем геометрического моделирования сохранить заранее все мыслимые формы невозможно. Гораздо проще приблизиться к решению, предоставив пользователю средства Для комбинирования примитивов. В качестве метода комбинирования в твердотельном моделировании применяются булевские операции теории множеств. Другими словами, каждое примитивное объемное тело считается множеством точек, к множествам применяются булевские операции, а в результате получается объемное тело, состоящее из точек, полученных после преобразований.
13. Назовите основные классы трансформаций в трехмерном аффинном пространстве. Какими геометрическими параметрами они характеризуются.
14. Опишите однородные координаты. Назовите преимущества их использования для представления трансформаций в трехмерном аффинном пространстве.
Однородные координаты ― система координат, используемая в проективной геометрии, подобно тому, как декартовы координаты используются в евклидовой геометрии. Однородные координаты обладают тем свойством, что определяемый ими объект не меняется при умножении всех координат на одно и то же ненулевое число.
При работе с трехмерными объектами, часто требуется совершать по отношению к ним различные преобразования: двигать, поворачивать, сжимать, растягивать, скашивать и т.д. При этом в большинстве случаев требуется, чтобы после применения этих преобразований сохранялись определенные свойства.
Определение. Преобразование плоскости называется аффинным (от англ. affinity – родство), если
оно взаимно однозначно;
образом любой прямой является прямая.
15. Дайте определение углов Эйлера. Приведите алгоритмы вычисления трансформации с заданными углами Эйлера и вычисления углов Эйлера по трансформации, заданной в матричном виде.
Определение Углы Эйлера определяют три поворота системы, которые позволяют привести любое положение системы к текущему. Обозначим начальную систему координат как, конечную как. Пересечение координатных плоскостей и называется линией узлов
Углы Эйлера описывают поворот объекта в трёхмерном евклидовом пространстве. При этом рассматриваются две прямоугольные системы координат, имеющие общий центр: неподвижная система и подвижная, связанная с объектом. На рис.1 неподвижная система координат имеет обозначение XYZ (она наклонена), а подвижная система обозначена как xyz. Углы Эйлера представляют собой углы, на которые поворачивается подвижная система координат, связанная с объектом, до совмещения с неподвижной системой. В классическом варианте первый поворот происходит на угол α вокруг оси z, связанной с объектом, до тех пор, пока не произойдет совпадение оси x, связанной с объектом, c плоскостью XY неподвижной системы. Такое совпадение произойдет по линии пересечения плоскостей XY и xy (линия N на рис. 1). Следующий поворот осуществляется на угол β вокруг нового положения оси x, связанной с объектом, до тех пор, пока не совместятся оси аппликат обеих прямоугольных систем. При этом ось y, связанная с объектом, окажется в плоскости xy неподвижной системы координат XYZ. Последний поворот производится на угол γ вокруг нового положения оси аппликат подвижной системы координат (она будет совпадать с такой же осью неподвижной системы), после чего оси координат XY и xy совместятся.
{\displaystyle \gamma _{xz}={\frac {\tau _{xz}}{G}}}
24. Тензоры напряжений и деформаций
Реальные твердые тела часто анизотропны, поэтому их механические свойства зависят от направления приложения силы. Такие свойства называются тензорными. В этом случае закон Гука уже недостаточен, и необходимо применять обобщенный закон Гука, который устанавливает линейную зависимость между компонентами тензора напряжений и тензора деформаций. Механическое напряжение есть мера внутренних сил, возникающих в деформированном под действием внешних сил теле.
Введем понятие вектора механических напряжений 
. По модулю он равен отношению силы dF, действующей на элементарную площадку dS, окружающую некоторую произвольно выбранную внутри твердого тела точку М, через которую проведено сечение S, к величине этой площадки (рис. 4.4). Выделим 
− нормальную и 
− тангенциальную (касательная) составляющие вектора напряжения
.
Вообще говоря, различают истинные и условные напряжения. Истинные напряжения представляют собой отношение силы, приложенной к образцу, к фактическому значению площади сечения. Если такие силы способны вызвать деформацию, достаточную для изменения площади сечения, то будет меняться истинное напряжение.
Условное напряжение – это отношение действующей силы к первоначальной площади сечения во всем интервале деформаций, вплоть до разрушения. Иначе говоря, если в выведенном из состояния равновесия твердом теле выделить элемент объема, то на его поверхность со стороны окружающих его частей тела будут действовать силы, пропорциональные площади поверхности этого элемента объема.
Будем считать, что кристалл представляет собой однородную, непрерывную, сплошную среду (континуум). Такое представление в физике твердого тела носит название континуальной модели. Рассмотрим случай, когда напряжения во всем теле однородны и все части тела находятся в состоянии статического равновесия. Выделим в таком теле единичный куб с ребрами, параллельными осям координат.
 |
