Mechanika s Inventorem 3. Obecný postup MKP analýzy

1. Mechanika s Inventorem 3. Obecný postup MKP analýzy Petr SCHILLING, autor přednášky Ing. Kateřina VLČKOVÁ, obsahová korekce Tomáš MATOVIČ, publikace

2. Obsah přednášky: Schéma obecného postupu MKP studie3 Volba výpočtové studie4 Příprava modelu (preprocessing)5 Řešení (solution) 6 Interpretace a kontrola výsledků (postprocessing) 7 Výstupy a závěrečná diskuse15

3. Schéma obecného postupu MKP studie: Postup MKP studie

4. Volba výpočtové studie: • volba typu analýzy – dle zadání • analýzy: statické, teplotní, modální, dynamické, lineární atd. • volba CAD geometrie: součást či sestava • případné využití symetrie – pokud vlastnost geometrie obsahuje Autodesk Inventor 11 Professional • pevnostní analýza – lineární analýza • modální analýza – vlastní frekvence

5. Příprava modelu (preprocessing) • importování geometrického modelu – podpora přenosových formátů • přiřazení materiálových vlastností – materiálové modely • vygenerování sítě konečných prvků – matematická interpretace 3D geometrie (CAD dat) • definice okrajových podmínek – zatížení a vazby Autodesk Inventor 11 Professional • podpora nativních souborových formátů • knihovna materiálů i definice vlastních materiálů • elementem kvadratický tetrahedron či hexahedron • okrajové podmínky

6. Řešení (solution) • nejpohodlnější část analýzy • soustavy algebraických rovnic (řádově tisíce) na místo diferenciálních • neznámé těchto rovnic představují parametry řešeného fyzikálního problému • elastický model – posuvy (deformace), teplotní pole – teplota • profesionální FEM aplikace – volba řešiče – dnes nejčastěji iterační • součástí řěšičů – algoritmy kontroly vlastních výpočtů Autodesk Inventor 11 Professional • řešič ANSYS

7. Interpretace a kontrola výsledků • zásadní část MKP analýzy – požadovaný výstup • matematické řešení – velké množství dat • bez grafické interpretace obtížně hodnotitelné Zaměření na oblasti: • problematické (slabá stěna, poddimenzování atd.) • s přebytkem materiálu (malá nebo nulová napětí) • výkonové charakteristiky modelu (vibrace)

8. Interpretace a kontrola výsledků • velké FEM aplikace – postprocessory • často končí vyhodnocením únavy a životnosti • výsledky zobrazeny na 3D geometrii • barevné isoplochy zvolené veličiny Autodesk Inventor 11 Professional • ekvivalentní napětí • maximální hlavní napětí • minimální hlavní napětí • deformace • koeficient bezpečnosti

9. Interpretace a kontrola výsledků Autodesk Inventor 11 Professional Ekvivalentní napětí • trojrozměrný stav napjatosti • trojrozměrná napětí vznikají v mnoha směrech – shrnuta pod pojem ekvivalentní napětí • metody výpočtu hodnot napětí: • Teorie von Mises (MHM) – maximální redukované napětí • Teorie Tresca – maximální smykové napětí • Mohr – Coulombova podmínka redukovaného napětí • Maximální tahové napětí

10. Interpretace a kontrola výsledků Autodesk Inventor 11 Professional Maximální hlavní napětí Nekonečně malý objem materiálu v libovolném bodě uvnitř i na povrchu pevného tělesa lze otáčet tak že zůstanou zachována pouze normálová napětí. Všechna smyková napětí mají v této poloze nulovou hodnotu. • normálová napětí za těchto podmínek = hlavní napětí • hodnota napětí kolmého (normálového) k rovině nulového smykového napětí • maximální napětí v tahu vzniklé v návrhu (výpočtové studii) za daných podmínek zatížení

11. Interpretace a kontrola výsledků Autodesk Inventor 11 Professional Minimální hlavní napětí Nekonečně malý objem materiálu v libovolném bodě uvnitř i na povrchu pevného tělesa lze otáčet tak že zůstanou zachována pouze normálová napětí. Všechna smyková napětí mají v této poloze nulovou hodnotu. • normálová napětí za těchto podmínek = hlavní napětí • hodnota napětí kolmého (normálového) k rovině nulového smykového napětí • maximální napětí v tlaku vzniklé v návrhu (výpočtové studii) za daných podmínek zatížení

12. Interpretace a kontrola výsledků Autodesk Inventor 11 Professional Maximální a minimální hlavní napětí

13. Interpretace a kontrola výsledků Autodesk Inventor 11 Professional Deformace • míra přetvoření objektu způsobená zatížením • výsledky interpretovány barevnými isoplochami zobrazujícími velikost deformace vůči původnímu (nedeformovanému) tvaru modelu • zobrazen deformovaný tvar modelu po řešení • určení míst deformací • určení zatížení odpovídající předepsané deformaci

14. Interpretace a kontrola výsledků Autodesk Inventor 11 Professional Koeficient bezpečnosti • poměr mezi maximálním dovoleným napětím a ekvivalentním napětím • upozorňuje na oblasti možných problémů • zobrazení oblastí, které zřejmě nevydrží výpočtovou studií předepsané zatížení • opět interpretují barevné isoplochy • většina konstruktérů volí (2 ÷ 4) – důvodem možnost většího zatížení

15. Výstupy přednášky a závěrečná diskuse • vysvětlení postupu obecné MKP studie • upřesnění možností aplikace Autodesk Inventor 11 Professional • popis správné interpretace výstupů výpočtových studií Závěrečná diskuse, dotazy