автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.14, диссертация на тему:Интегрированно-интерактивная подсистема САПР тонкостенных корпусных двигателей

АКАДВМКЙ ПАУК АЗЕРБАЙДЖАНА ШЪЙГУТ КЙБ2?КБТЖК

Па птюшх рукописи

НАДЩФОВ ЖАВАНШИР ДКШНГИР оглы

ИГГКГРИРОВАШСММТЕРАКТИВНАЯ ПОДСИСТЕМА САПР Т01?К0Г'ГВДОПК КОРПУС!Е1Х ЛВТА.Ш

Опеци&лшость: 05.13.14 - Системы обработки информации

и управления

•'ч ы г о г; п р> ^ т

дкссертащт на соискание ученой ствпе.м кандидата

техических наук

Б А К У - 1995

Работа выполнена в Азербайджанском техническом университет;.'

Научные руководители:

■ кандидат технических наук, профессор! Халилов А.д] член-корр. АН Азербайджана, доктор технических наук,

профессор Ляиев Т.Д.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, директор ОАСУ ИК АН Азербайджана ■

Аббасов A.M.

кандидат технических »аук.зам.директора АзИНМаша по науке

Фаталиев Н.С.

Ведущая организация : Азербайджанский институт технологии

машиностроения

Защита диссертации состоится 1 ^ __ 1995 года

в // час. на заседании специализированного Совета Н оо-1.21.01 по присувденшо ученой -степени кандидата технических наук в Институте кибернетики Академии наук Азербайджана по адресу:

:70141.г.Баку.ул.Ф.Агаева 9-

G диссертацией кожко ознакомиться в библиотеке Института кибернетики АН Азербайджана. __

Автореферат разослан " 1995 г.

" Учений секретарь специализированного совета / /У' / Нусратпв O.K.

' K.T.li,C.H.C

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность.

Разработка и широкое внедрение САПР - наиболее мощного средства сокращения сроков разработок и повышения их качества - в различных отаслях машиностроения является одним из главных нал- ' равлакий его развития.Новизна текущего момента заключается в том. что технические и общесистемные программные средства вычислительной техники (ВТ)' приобрели вполне приемлимую форму по свода параметрам и предоставляемому сервису для большинства приложений, и в тоже время алгоритмическое оснащение ЭВМ для решения конкретных научных и технических задач не нашло должного развития. Этом объясняется £ак? наличия большого тсохпг.стгл ШЗЛйШЖ систем управления бан дакннх ^ поводивших раальнод существование данных и с истом обработки этой цц4»ШШИ 8 конкретных й&шйш знания.

На сегодняшний день я слокившсася практике г.роектпо- ьон-сгрукторских работ, в частности .в технологии машиностроения используются различные традиционные методы ~пситп табличные.процедурные и.т.п..большинство из которых осноБаны на пгийяикенных а®! эмпирических зряискмостях и- потому .-юслезю оцепочный характер. Сложность проектируемых конструкция создает при этом значительные,а в некоторых случаях практически .непрео-дэля/ив трудности ,паггрт"!зр .при рсгягн тмпгой гп"тгтп задач по отделению иапражаю-деформрдттегз состоя:-;-« (НДС» ггр>. ••шловом и тепловом воздействии. Еыостп & тем, ^ послаще паммененце ЭВМ позволяет ШОДЬЯОШЗД

■ - I ■ . "

советаенные, точные. тштЬДерентчые к слойкой • геьметрта и различим граничным условиям и соответствуьтшэ требованиям твхь'ичэскгго'

ррогпесса методы анализу конструкций которым а первую очередь откосится мэтод конечных элементов (МКЭ) .неразрывно связанный 0. САПР,

На базе ЫКЭ в странах ближнего и дальнего зарубежья разрабатываются мкэгочислегзше мощные вычислительные комплексы, решающие задачи НДС объекта проектирования.Однако на основе анализа литературные данных по. этому вопросу установлено.что большинство существующих видов программного обеспечения на базе МКЭ носят широкоуниверсальный характер, обладающих целым рядом недостатков, среда которых можно выделить в первую очередь .-большие усилия и ¿атратц ш разработку .порядка 50... 100 человек-лет.• организация системы подготовки пользователей ала эксплуатации программы, наличие логической структуры очень высокого уровня . зза снижает в<М6ктиеность программ ; разработки систем управления данными ц щ исправления с использованием техники виртуальной памяти. И наличие большого количества имекхмхся рыччслительных комплексов сви-свидетельствует о сложности проблем, связанных с разработкой : математической модели и реадизаии» МКЭ щ вычислительной технике.

Следует отметить , что. применение' МКЭ к расчету сложим контрукций в целом невозмокно 5ез . создания

объктно-ориентированного программного обеспечения (ПО) и. кроме того, в условиях перехода к рыночным отношениям использование дорогостоящих широкоуниверсальных пакетов прикладных программ (ППП) для решс.шя задач узкого круга согласно экспертным оценкам считается неэкономичным, в.связи с чем для деталей сложной конструк-ШШ наметилась устойчивая тенденция разработке методов и средств ШШЁ объектно-огаентироваиного характера, с использованием которых связано применение; и развитых сервисных систем. приобретающие здесь столь. *е южное гначенмо. что и соОстгенно . расчет .Наиболее

ваггим элементом сервисных систем при этом является машинная графика. которая позволяет быполня-ть оперативный контроль полученной конечно-элементной сетки <КЭС), а такяе анализировать результаты расчета в удобном для практического использования -графическом - виде.Поэтому разработка гатагтатютанно-штетактивноА САПР целевого назначения для деталей с-лонной конструкции . в частности, ее подсистемы на базе МКЭ . ш ' определению ДДС щж ■ механических иц темпвтотуташх нагрузках сама по себе является" актуальной задачей.

В настоящее время в различных отраслях народного хозяйства шроко применяются в . Качестве станин , электродвигателей ОД) .резервуаров.баллонов давлений.трубопроводов, корпусов летательных аппаратов и других силовых конструкций •особочувствительнно к силовым и тепловым воздействиям, подвергающимся в'процессе изготовления, тонкостенные корпусные детали ^ТКД) типа оболочек слон-ной конструкции, производство которых по данным ЭНИМСа зандалет сдао из центральных мест в машиностроении , благодаря их высоты прочностным и эксплуатационным качествам в сочетании с минимальным восом.К угчзанным деталям предъявляются жесткие требования ; по их изготовлению; деформации. от перечне леших воздействий со-леюставима с допусками на изготовление ■. ' отклонения от которых влияют ъ первую очередь на выходные параметры .а следовательно . и на качество всей сборочной единицы.

На сказанное становится очетю- м. насколько рэхен расчет и на оснозе ьгого учет термо- и упругих де'Еорчаций (ТУЛ) зашшх деталей ш ранней стадии их 'гроектировам'ч. осуществление га-'йГМ традиционными методами ке представляется практически 'во?.:: можным. ■■ ■ . .. , .. ....... ..

Таким образом.обобщая вышеизложенное-". заключаем 312 раз-

- б -

работка ..дленной вышеуказанных недостатков существующих ППП интегрированно-рнтерактявной подсистема САПР обьектно-ошентиго-взнного характера (ТКД типа оболочек слокгг^ коь^етурашш ) на базе М££ Ш определению тетю- и упругих деформаций А стало объективной необходимостью. ' .. ■

Разработанная подсистема позволит режим многовариантного анализа НДС конструкций ( проведение вычислительных экспериментов) . создавать экспертные системы методами планирования' машинного эксперимента . прогнозировать точность изготовления и тем самым обеспечивать качество выпускаемой продукции.

Несмотря на большое количество разработок САПР на базе МКЭ,вышеуказанная задача, не получила своего разрешения .что и определило цель настоящей диссертационной работы.

Работа выполнялась в соответствии с тематическим пганрм АзТУ на 13Э1-95 г. ("Автоматизация расчета деформаций при разработке САПР TIT'.N г/р - 0191GC40359 ).выполненной кафедрой "Конструкция и технология в автоматизированном производстве").

Цель работы.

Разработка моделей, методов, алгоритмов и аппаратно-программных средств, которые могут использоваться в состава САПР. прлтмтельно к широкой номегислатуре машиностроительных конструкций типа оболочек при решении различных инженерных задач по определению НДС от воздействия силовых й температурных нагрузках МКЭ.

Методы исследований работы базируется на: г использовании методов создания (международного .dxf внешнего, файла обмена мафической инфор!лациэй'САПР "AutoCAD";- использовании методов и средств информационной технологии:

- научных основах технологий маикностроения;/.

- классической теории метода конечных элементов в' перемещениях.-

- ? -

- использовании концепции комбинирования конечных элементов (КЭ) одинаковой мерности при расчетах МКЭ;

Для диссертационной работы проводились вычислительные эксперименты и корректировались алгоритмы. Моделирование раг-^або-танных алгоритмов и принципов функционирования подсистемы реализовано на 1ш pc/at с использованием языков

Программирования ШСОКОГО уровня Microsoft Fortran . И Turbo Разса!(ver 5.5).

Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается строгостью математических выкладок,использованием обоснованных методов решения,разработкой надежных алгоритмов численной реализации,сопоставлением в некоторых частных случаях с решениями известных задач,полученными другими исследователями.

Научная новизна диссертационной работы состоит d следующей.

- разработан алгоритм диспетчер-программы, управляющий и координирующий работу Есех созданных программ.

- разработан алгоритм процедур перевода результатов проведенных расчетов в графическую и текстовую информацию нл основа принципов создания международного стандартного йхг-фаГ.ла обмена графической информацией САПР "autocap";

- для ТКД типа оболочек слояной конфигурации при различных услоЕ'Шх закреплений разработан алгоритм дискрздитизаиии исследуемой области на конечные элементы и составления системы линейных алгебраических ураЕноний'равновесия в автоматизированном порядке при расчетах МКЭ по определению ТУД от воздействия силовых и температурных нагрузок;

- разработана обобщенная' математическая модель для раслята ТУД ТКД сложной конструкции типа оболочек при расчетах МКЭ и получена в явном виде матрица кэсткости комбинированного плоского

элемента с балочным элементом,- ■ . •

- разработаны параыетр5зованнне модели • ТКД типа оболочек слокной конфигурации для расчетов МКЭ;

- тазработаиа и применена методика автоматизированного расчета на базе МКЭ ТУД ТКД типа оболочек- сложной конструкции в технологических расчетах ;.

- на базе проведенных исследований вычислительного характера предложено принципиально новое техническое решение для обработки ТКД типа оболочик. • - - • . .

Практическая ценность.

Разработанные модели.методы, алгоритмы и программные средства могут использоваться в составе САПР при решении различных задач применительно к широкой номенклатуре машиностроительных конструкций типа оболочек.

По результатам исследований на основе упомянутой подсистемы разработано принципиально'новое техническое решение,защищенное авторским свидетельством:

' Разработанные методы и средства позволят снизить себестоимость проектируемых изделий,повысить эффективность труда и качество . выпускаемой • продукции без привлечения дополнительных специалистов. , . .

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались ш IX Всесоюзной- научно-технической конференции "Электродвигатели переменного тока '. средней и малой мощности",г.Суздаль.12-16 марта 1990 г.: хш Республиканской науч--ной конференции аспирантов ВУЗов Азербайджана, г.Баку ,25-пб декабря -¡ээо г. ¡Республиканской научно - технической конференции "Состояние и перспективы -автоматизации проектирования и тгрою-

водетва электрических машин".г.Баку, ноябрь 1991 г.- Всесоюзной научной конференции "Интеллектуализация систем управления". г.Баку, 18 - 20 июня 1991 г; Научно - методическом семинаре •• Методология САПР в машиностроении ". г.Баку.1992,- хххх: Научной конференций профессорско-проподаьательского и аспирантского состава АЗТу.г.Баку юзз г.;хххх:г Научной конференции профессорско-преподавательского и аспирантского состав'1 АзТу.г.Баку, 19?4 г.

Публикации.

По материалам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, одно из которых является авторским свидетельством на изобретение.

Структура и объеи работы.

Диссертационная работа изложена на 122 страницах, включает : введешю. четыре главы, общие В1люды. приложение , технический акт внедрения.Содержит 4 бесформатных файла исходных данных и результатов расчета, 20 рисунков и список литературы из 140 наименований. Общий объем работы составляет 197 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность разработки,сформулировлиг цель рзботы, методы 'исследований, научная новизна,практическая ценность полученных результатов и дано ео краткое содержите.

1 первой главе выполнен критический обзор математических методов расчета ТУД ТКЦ. применяемых в технологическом проектиро-вовании. Выявлено,что в математическом обеспечении.используемом для

решения задач рассматриваемого характера, в основном применяются традиционные и нетрадиционные расчетные метода» не отвечающие требованиям точности, предъявляет! к выходному параметру основным недостатком этих методов является отсутствие возможности точного расчета в определенной степени ТУД ТВД рассматриваемой конструкции. И до сегодняшнего времэни такие решения имеются лишь для континуальных систем весьма простой формы, да и то подвервенных несложным нагружениям. Поэтому в качестве математического аппарата для расчетов выбран один из наиболее эффективных численных методов -МКЭ.не применявшийся ранее в технологических расчетах и неразрывно связанный с САПГ.

В.данной глава, такяе показано .что в странах ближнего и дальнего зарубежья для проектирования конструкций, применяемых в различных отраслях народного хозяйства.в том числе и в машиностроении, на базе МКЭ разрабатываются решащие задачи НДС объекта проектирования мощные вычислительные комплексы.такие как:

. - пакет прикладных программ для автоматизированного проектирования железобетонных конструкций подземных и надземных сооружений (ППП АПЖБК) -НИИАСС Госстроя Украины,- -Прочность - во" - Киевского инженерно-строительного института; .

- "РК - 85" - совместная разработка ЦНИЖЖа.МИИТ.. ЕЭМСС и другихорганизаций;

-'"СПРИНТ" - Московского института инженеров транспорта: .

- "ПАРСЕК" - УкрШШлроектстальконструкция; , '

- "ДИАНА" - Московского механического завода "Опыт";

- "ФРОРТ" - Киевского механического завода:

- "ЛИРА"(линейный расчет) ."ФЕНИКС"(нелинейный расчет) ."МИРАЖ4 (супврэлэмэтша расчет» - ШГ/АСС ТЪсстроя Украины;

- Ii -

- "hastran" - Национального управления по аэронавтике и космическим исследованиям -.США.! "

- "kars - 5trus" Фирмы " ibm". США;

- "aska" - Штудгартского университета,Германия! ' ".".:. . . - "sesam" - Норвежского технического института;

- "STRUDL"- Массачусетского технологического института. США. и ■ другие.

Все перечисленные ППП являются вычислительными комплексами общего характера (универсальные) »позволяющие исследовать широкий класс конструкций при различных способах нагружений и различных свойствах материала. Однако они обладают, рядом отшиателътд; признаков> а) сложная логическая сттуктура. б) наличие СУБД, в) время разработки 50-100 человек-лет г) ориентация ® определенный класс ЭВМ .

Эти программы рассчитаны на операционные системы высокого уровня и любые изменения в операционной системе могуг вызвать значительные изменения в программах. Еще один значительный недостаток таких программ - необходимость мощного ЭБИ к отсутствие для пользователя возможности работать в режиме непосредственного взаимодействия .т.е. возможности работать в САПР.

- Кроме того .для таких универсалыш программ расчета и проектирования .которые предназначены для численного анализа прочностных свойств слозгоых конструкций и имеют дело- с задачами, где свыше тысячи неизвестных,наиболее остро стеит проблема быстроты и качества подготовки и обработки (анализа) --онечно-алементной информации. Укажем основные проблемы автоматизации подготовки исходных данных для коночно-вломентных гасчетов , сложных конструкций! . *, .

- вычисление ¡координат узлов расчетной модели;

- топологическое описание связи конечных элементов с узлами расчетной модели,- ■

непрерывный контроль в процессе вычисления конечно-элемьнтных данных,основном принципами которого долины стать:1рафичепкое изображение информации;генерирование данных по строгим математическим соотношениям;

- представление результатов в удобной для аналгаа форме в виде епюр.диагремм, графиков и рисунков.

В основе решения проблемы автоматизации подготовки данных и обработки результатов конечно-элементного анализа лежит принцип задания минимума сведений для ЭВл(.

Большое чоличеотво имеющихся вычислительных комплексов на базе МКЭ свидетельствует о сложности проблем,связанных с разработкой математической модели и реализации этого метода на вычислительной технике.Кроме того.в условиях перехода к рыночным отношениям использование дорогостоящих универсальных пакетов прикладных программ (ППП) для решения задач узкого круга невкономични.Поэтому и в силу вышеуказанных причин в последнее время наметилась тенденция разработки методов « средств систем автоматизированного проектирования (САПР) (в частности, с использованием и МКЭ) целевого назначения для деталей сложной конструкции. Так. например, в Ульяновском РЗКФБС ведутся работы по созданию САПР для анализа конструкций базовых деталей тяжелых станков МКЭ ..странами-участницами Интерэлектро планируется САПР асинхронных двигателей . в Одесском СКВ прецизионных станков разработан ГШП Ъьошз? предназначенный для расчета на прочность и жесткость корпусных деталей металлорежущих станков и.т.д.

Во многих случаях информация о вышеприведенных ППП носит рекламный, т. е. поверхностный характер.После выполнения определенных

финансовых запросов разработчики представляют пользователю толькй подробную информацию о сервисном обслухива!1Ш.ориентированную на решение конкретных инженерных задач, оставляя нераскрытыми математический аппарат программы и тем .самым исключают изучение и теоретический сопоставительный анализ различных конструкций'!! .тем более, модели программной реализации МКЭ.В сязи с этим, анализ состояния программного обеспечения пришлось завершить весьма общим выводом о том.что несмотря на различие преследуемых целей.разработчики программной реализации МКЭ. придерживаются общепринятого принципа модульности .т.е. создания и реализации программы в виде совокупности составных модулей; так как модульный принцип построения тела ППП при соответствуйте» организации информационных массивов и работы программных модулей делает пакет гибкой системой .позволяющей легко пополнять и модифицировать пакет по мере развития задач автоматизированного расчета. Специфику каждого ШП определяет характер его фуа;-ционально-законченной части или модуля матемапгческого обеспечения , зависящей в основном от концепции, значеши требуемой точности и трудоемкости вычислений.В связи с эти очевиден также выводе тем,что ППП в основном'носят проблемно-ориентированный ,а во многих случаях объектно-ориентированный характер.Следовательно,изменешк модуля математического обеспечения неигбекно связано с рязрчботк'-'й нового ППП или же новой цэдснсте'.к папр, в большинстве случаев, ин-тегрированно-интерактивных, широко применяемых в последнее время . в машиностроении. . . . "

Согласно вышеприведенному анализу ■ для ре-даГотки на бв;ч< ИКЭ ютгепдгровзнно-Интбтактивной подсистемы ЗАцР тонкостенных ксф-ггуссных деталей тина оболочек сложной ШЧ'М^ШШШ ИЗОЙходимо тушение следуювей группы задан •

1. Разработка алгоритма- .тоспэтчвр-программк.уптявяяздэго /

координирующего работу всех создаваемых программ.

2,Разработка алгоритма процедур перевода результатов проведенных расчетов в графическую и текстовую информацию на основе принципов создания международного стандартного dxf-файла обмена графической, информацией САПР "AutoCAD" .

3.Для "Щ типа оболочек сложной, конфигурации при различных условиях закреплений разработка алгоритма дискшдитизации исследуемой области на конечные элементы и составления системы линейных алгебраических уравнений в автоматизированном порядке при расчетах МКЭ по определению ТУД. от воздействия силовых и температурных шгрузок. , [■•■■',■■':

4 . Разработка обобщенной математической модели (100, методики расчета ТУД ТКД типа оболочек слояной конфигурации МКЭ и матрицы жесткости комбинированного плоского элемента с балочным. ,

5. Разрабог»'ка параметризованных моделей ТКД типа оболочек сложной конфягурации для расчетов МКЭ.

б.Осуществить программную реализацию результатов работы в виде интепрированно-1штерактивной подсистемы с широкими сервисными и графическими возможностями САПР ТКД типа оболочек для определения •ЯД. ;. ' V ■ ; • . . . .

С целью демонстрации возможностей разработанной подсистемы СШР для автоматизированных расчетов в технологическом проектировании необходимо также !

7. Проведение с помощь» . разработанной подсистемы САПР исследований вычислительного характера пс. определению упругих деформаций от сил резаний и'' закреплений ' для станины электродвигателя серии 4А-200 но существующей и предложенной схемах обработки и сравнительный анализ результатрв исследований..

go второй главе для применения выбранного математического an-

парата - МКЭ при решении поотадленной задачи предложена обобщенная физическая модель (ОФШ рассматриваемых типов деталей, состоящая из шести параметризованных подмоделей.

Рассматриваемая модель аппроксимируется совокупностью плоских элементов с прямолинейным контуром (ПЭПК). Как показал анализ литературных данных по этому вопросу,во многих случаях ПЭПК дают хорошую аппроксимацию .и .кроме того.они позволят производить простое соединение с подкрепляющими элементами и втангоуташ.что не ' всегда удается щи использовании криволинейных элементов.

В общем случае каждый рассматриваемый КЭ находится под действием изгибающих и мембранных сил,действующих в плоскости.

Деформированное состояние,вызванное мембранными силами, одно-однозначно описывается величинами перемещений и^и каждой узловой точки 1. Минимизация общей потенциальой энергии приводит к матрице жесткости (кш)1:

(М)

{•'}-'*""'{■ ь

( р.1м) Г б. 1

где •{ . 4 и < . }• -векторы узловых сил и перемещений соответственно.

* ■ ■ ■

Анологично дэфор^ированноэ состояние,вызванное изгибом, однозначно, определяется узловым смещением ^ в направлении оси г и двумя углами поворота 8х1 и 9у1. Это позволяет представить матрицу я9сткости (к(и)1 в виде ! (и)

1К<«. { ](

(и) „

Г°1 1 Г 1 1

где | . | - | вх1 | - гэктор узловых перемещений при изгибе.

8У1

Принимая . что перемещения вызванные мембранными силами, не влияют на изгибные деформации и,наоборот,производится объединение этих подматриц.

Нетрудно видеть.что матрица жесткости состоит из изгибнюс 1 и мембранных 1 подматриц

(кгй1 элемента

гв

Ы

Г <м»1 О . 0 0' 0

0 0 0 0

0 О о .

0 О I (Ю- N•8 1 0

0 0 0

0 О 0 о 0 0

Ребра ОйГтрактуются как балочные стержни также с пять» степенями свободы, сощмкасапщося с оболочкой по средней линии. При этом матрицу жесткости комбинированного КЗ [ получаем совме-мещением как изгибных.так и мембранных подиетриц.т.е

(И)

<М>

[кп]+ [*б]

[У

(М)

(и)

где [ к п 3' [ к л ] ~ подматрицы жесткости мембранного и изгибного ростояний • соответственно,а [> $.],[ к б ] " подают-

рицы жесткости изгибного и мембранного состояний балочного, элемента.

' Правде чем была получена комбинированная подматрица жесткости, проведен краткий критический анализ по этому вопросу.

Решению задач указанных типов, как показал анализ соответст-тствувдей литературы, в том числе и'материалов десяти Всесоюзных конференций по численным.Методам теории упругости и пластичности, посвящены единичные работы.

Анализ рассмотренных работ ' показал, что при определенных достоинствах они обладают одним общим недостатком, а именно: для построения матрицы жесткости КЭ указанных типов необходимо заранее назначить'функцию местоположения нейтральной поверхности этого КЭ .а неправильное ее назначение может привести к значительным погрешностям.

В п.2.2 получено основное соотношение НКЭ для определения ТУД: 7

1Ю (5> + т.- т> - о , о

■ где [ю- матрица жесткости всей системы,т>г- вектор начальных

ео

деформаций, ш- вектор внешней нагрузки.

. Имея это соотношение и выражение для подматрицы комбинированного КЭ,определяются узловые неизвестные^

2 третьей главе в соответствии с вышеупомянутой ММ разработана подсистема САПР "Автоматизированный расчет тонкостенных корпусных деталей" <"АРТКД").'позволяющая проводить автоматизированный расчет ТУД ТКД типа оболочек сложной конфигурации. Она реализует пространственную задачу МКЭ и представляет возможность расчета на статические и квазидинамические нагрузки. Данная подсистема имеет следующие особенности: ;

1. Система "АРТКД" является открытой системой, конечное состо-

яние которой не.определено. Предусмотрены возможности постоянного ее расширения, .улучшения.открытия новых областей применения и согласования программного обеспечения с техническими средствами.

2.Вычислительная система и"еет модульную структуру.

о.Система состоит из головной программы, 15 программ и- 6 подпрограмм.Головная программа управляет алгоритмом • расчета последовательным обращением к программам второго яруса функциональной схемы ( рис. 1 ). Расчет ведется г.зэтапно:

Этап l.Ha основе выбранной физической модели строится в автоматизированном режиме, расчетная схема принятой геометрической модели (программы RS_i..RS_6): •

Этап 2. Отделяются граничные условия ( точки закрепления и приложения усилий ),исходя из физической сущности задачи, и используя твердую копию полученной расчетной схемы "осуществляется взюд исходных данных (программа Dat);

3ian з.Автоматизированная компоновка системы линейных алгебраических уравнений .т.е. составление компактной глобальной матрицы жесткости (ГМЖ) узловым методом ( программа System);

Этап 4.Трансформация ГМН .т.е. запись на внешний носитель половины коэффицентов уравнений (программа Pod lent)! Этап 5.Расчет микроперемещений (программа solve) Этап б.Графическая визуализация результатов расчета (программы

Dafl.Def2,Grftfl,Graf2).

Отметим.что .хотя рассмотренные этапы имеют некоторую общность .характерную для многих современных пакетов по 1йС.они имеют й оригиналгюсть.связанную с характером решаемой задачи.а именно.-

а) формирование расчетной схемы осуществляется непосредственно по выбранной физической модели конструкции (оболочки).разбиение срединной поверхности которой осуществляется нанесением по блочно-

W.IÑ~1-H TITLE

Pat 1 [ Syatem j | Podient j | Solve j j Dsf

SMGM

SMGI

SQAL

SHCOS

TEiu"

RS_l

RS_2

RS_3

RS_4

Defl Gran

Def 2 GrafS

Щ

¡Record.^

Рис. l, функциональная схема подсистем САЯР-"АРТКД"

регулярной ортогональной сетке координатных линий (рис. 2.-. nQ ,пр-числа узловых точек на полуокружности поперечного сечения и на образующей меридионального сечения оболочки). .

Вследствии наличия у физической модели отверстия прямоугольной формы,она разбита на три блока,каждый из которых также разбивается на определенное . число КЭ, поэтому задаваемыми параметрами дискредгтизации PC в обшем случае являются .• ■

- число разбиений в окружном направлении.Mli.

- число разбиений до окна (без ребер й с ребром) вдоль образующей ФМ (М2 И МЗ);

- число разбиений после окна (без ребер и. с ребром) вдоль образующей ФМ (114 и М5) ; " " •.

- геометрические параметры окна -ширина (LO) и длина (МО) »

■ - число разбиений до окна в окружном направлении от начала от' счета, Мб,- . . '

- чйсло разбиений до окна в окружном направлении со сплошными . ребрами от начала й конца отсчета (М8 и М9ь

. • - .информация о наличии ребер-< 1 - признак наличия,о . признак отсутствия)'. . . ' _

После ввода этой информации (программы rs_i .. rs_6 ; на основе специально разработанных . алгоритмов. учитыва:зцих специфику каждой ФМ, и формируется в автоматизированном режиме PC .твердая копия которой может выводиться через .принтер или графопостроитель.

Таким образом,шея твердую копию PC с глобальной нумерацией узлов /можно вводить исходную икфбрмацьо для проведения дальнейших . расчэтов.

• б) графическая визуализаций .осуществляется через среду "Autocad" с использованием .dxf файлов на базе специально разработанных алгоритмов и процедур (Record_Lint.,Record_String)

11 По

У

Обшее число узловых точек N =(п0*Пр) Ь0)

Рж. 2, Дискредоггизац"я обобщенной физической модели тоикостенньк корпусных деталей типа оболочек иа конечные элементы

£2

в) составление системы линейных алгебраических уравнений осу--ществляется в автоматизированном режиме . узловым методом на основе специально разработанного алгоритма: каждый рассматриваемый узел РС в общем случае граничат с девятью узлами и имеет шесть степеней . свободы, поэтому коэффициенты системы уравнений для каждого уз-, узла заполняют массив амо(зЛ) размерностью б х ( 55 - 9*6+1) и записываются на внешнее запоминающее устройство..

Для формирования системы матричных уравнений для всей конструкции после гчитывания файла исходных данных и автоматизированного заполнения информационного массива аыап.я дай всех КЭ организуется цикл по всем узлам в котором: заполняются индексная матрица мшк.р) и массив муыг) соответственно ; организуется цикл по. элементам, окружающим текущий узел, в котором вычисляют матрицу направляющих косинусов. определяют локальный номер текущего узла, вычисляют подматрицы мембранных ." изгибных лесткостей прямоугольна КЭ и подматрицу изгибной жесткости балочного КЭ в локальных. координатах,определяют подматрицу жесткости комбинированного КЭ, осуществляют переход из локальной системы координат в глобальную, заполняют массив ажкз.о на основе ггадг) .определяют вектор температурных нагрузок «учитывают граничные и краевые условия? учитывают внешнюю и температурные. нагрузки в узловых точках записывает содержимое массивов нуцг) и аю(я,и на внешнее устройство в файл под именем аиоыуь.ожт.

Замеяш-что записанное на внешнее устройство содержимое массива АМО(а, иг..54) представляет собой-компактную запись,т.е. без нулей.подматриц жесткостей для текущих узлов.

4. Разработка программ осуществлена в определенной последовательности (сверху вниз): центральная программа управления - . модуль .управления 'различных ступеней - элементарные компоненты.

5.В система предусмотрены возможности использования в будущем новых технических средств и математического обеспечения ( например,

• матричных, модулей.виртуальной памяти).

6.Модули контролируются с помощью специальных тест-программ.

7. Эффективность вычислительных программ обеспечивается на . основе следующих средств обработки информации: генератора данных, который предназначен для ввода и контроля информации о расчетной модели .-пакета программ обеспечения,подготавливающего результаты решений так.чтобы они могли быть выданы в самой наглядной форме ¡использованием разработанной методики создания международного стандартного .dxf файла для среда autocad с целью получения графического изображения ; заранее предусмотренных мест сопряжений,-обеспечивающих возможность расширения,изменения,испытания вычисли-■ тельных алгоритмов.Места сопряжения позволяют подключить другие модули без знания того,как работает система.

8. Введение исходных данных производится в алгоритмизированном и диалоговом режимах.

Автоматизированный расчет в соответствии с изложенными вше положениями производится на ЭВМ типа ibm pc/at в операциогюй среде ms-dos .

Для повышения эффективности пакет разработан с использованием различных алгоритмических языков программирования высокого уровня : реализация вычислительных алгоритмов осуществлялась на • языки Microsoft Fortran. На ЯЗЫКв Turbo Разса! (ver. 5.5) наПИСа)Ш "сервисные и графические программы.

Четвертая глава посвящена вопросу применения роуработчнног подсистемы САШ5 в технологическом проектировании машиностроительных конструкций. '

Обосновывается выбор объекта исследований - станины элоктрч-

двигателя серии.4А-200 и актуальность расчета МКЭ на ранней стадии технологического проектирования упругих деформаций станины от воздействия сил резаний и закреплений.

После соответствующих расчетов для станины по существующей схеме обработки и анализа, деформационной картины в окружном направлении, замечаем, что наблюдается ,как и следовало ожидать, несимметричная' деформационная картина (рис. 3 ) . поскольку составляющие силы резани стремятся " опрокинуть " деталь. Поэтому в процессе-обработки деталь получает некоторый "крен". Тем не менее, качественно, деформационные картины во всех сечениях в окружном направлении идентичны, а вдоль главной образующей перемещения изменяются неод-назначно .

Таким образом,проведенные расчеты позволяют получить полную деформационную картину рассматриваемой станины ЭД при существующей схеме закрепления и резания и сделать вывод о необходимости разработки более оптимальных условий, об работки.-

Согласно предложенной схеме обработка ведется с двух сторэч расточными головками,вращающимися в противоположных ' направлениях и трехстороннем'зажиме .

Произведен расчет и получена соответствующая деформационная картина поперечного сечения заготовки (рис. 4).

Максимальное перемещение для - 10-го ' поперечного сечения получает*.т.548 - 0.042 - мм.Характер деформаций симметричный.

. Таким образом, преимущество предложенной схемы обработки очевидно. . • '

■ Использование защищенного авторским свидетельством рассматриваемого изобретения' по сравнению с прототипом позволит повысить точность'обработки корпусных деталей типа станин ЭД.

N. < х Е +04 ' )'.гскп

гггзотгяокяе-оо«

кжге&ииззх-йю метнчц.ах-ж?

(.гжпшчгк-юз г.гзяаип'хзг-ао ге&зяюавис-ш

i i М" к535?6-Ж8£м>С!53

I Ьп »4, «гаешсгзгк-сяз ■ 535 7.71265ао«?«ак-<мез Кб Ш15?М3424ЯчШ """ МйШ!ЗК71ЯГ!ММг

шшжжяямаг -гтвямггакЕ-ш

г7зг®з7а%-83Е-оаг

еад гтгэймлтязгг-йй

549 £7ч4*411~5<й3!:-й®

550 Е.Г4К£.9ЕТг.; 'Е-йОЖ

551 Е 9Л737да<бг.£-:оаг

553 г7ЕШ«06473«Е-Ие

55+ ааюзтззззс-окг

555 гх-!3зеяз77?;з:-1кг

Ко ££2бМг$4553?г5с-й!2 то

558 тсод.зэгсччг

55= иЩ5ШХ«53£-»£ 568

К

кз 9€км7к7кж2е-»с4

К4 З-Ус^ет^ЗЕ-Ш к? елзлбй^ст^-ам

573 .« Е-ао«-

571 7; яг&алкгшг рг иадт^жс-Об«

574 и7И171*«?Э7:Е-К№

8

Рис. 3, Поперечная деформационная каргииа 10-го сечения стаиккы эд 4А-200 при сугцесхвумаей

в производстве схеме обработки. ( Машинная грсифика )

N С X Е •Ч34 ) Акп

та i - -е. •¿■-чс z^г

Н * -1

г ^ г ьйгк^зиьснэга

5?; е"" «11 ЙИ

чг

5» мЯв^кдоми 555

330" та

5а ¡_ 2—и- К" я

ь 5 Лг *1 нхглжагк-ьо

533

Ю4 глятэтлшома« «5

5.5 <= ч я

1. «Х 3 МЮЭЯкОХМ»'

537 гмак^зт-цы-саз 5ьЗ

53 3«

5» £ V - ХО 545

540 гЮДОММК-ЮЭ

;?

г'.'яе'гте-?«-*«

1« 1 ** -ц Ц?

5" Л- "Г : -'О

А И &> ___ '1

■иь г

547 ГЗ «азй^азяМ»

57ч 5ЛЭ431й8КИЗ£-0»е

Рис. 4. Поперечная деформационная картина 10-го се-чезшя станины ЭД 4А-200 по предлагаемой схеме обработки. ( ИЬыашная графика )

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 .Разработан, алгоритм диспетчер-программы/управлякзщгй и координирующий -работу всех созданных программ*

.2. Разработан алгоритм процедур перевода результатов проведенных расчетов в графическую и текстовую информацию на основе принципов создания международного стандартного ихг-файла обмена графической информацией САПР "литоош". ■

Предложенные алгоритмы являются >1нъарла:шш!,зт .и; могут использоваться при разработке произвольных пакетов прикладных программ. - ' '

3. Для ТКД типа оболочек сложной конструкции при /различных условиях закреплений разработан алгоритм' даскредитизащш на конечные элементы- и составления системы линейных алгебраических уравнений равновесия объекта проектирования ' в автоматизированном порядке узловт методом при расчетах МКЭ по определению 7УД от воздействия силовк:с и температурных нагрузок.

4.Разработаны обобщенная математичес.шя , модель , методика расчета ТУД ТКД сложной конструкции типа оболочек МКЭ и матрица жесткости комбинированного плоского элемента с балочным элементом.

¿.Разработаны параметризованные модели ТКД типа • оболочек . сложной конфигурации для расчетов ККЭ.

6..Осуществлена программная реализация . результатов работы в виде интегрировамю-интерактивной подсистемы с широкими сервисными, и графическая! возможностями'САПР ТКД для определения ТУД.

Данная подсистема является открытой системой, коночное состояние которой не определено.Предусмотрены возможности постоянного ее расширения, улучшения'.открытия новых областей применения и согласования программного обеспечения с техническими средст-

вами.

целью демонстрации возможностей разработанной подсистемы проведены с ее помощью на ранней стадии технологического проектирования расчеты по .определению упругих деформаций станины ЭД серии 4А-200 от воздействия сил резаний и зшсреллений , приложенных »согласно существующей г. производстве схеме обработки. Ня базе проведенных исследований вычислительного характера разработано принципиально новое техническое решение даи обработки деталей типа станин ЭД.

Полученные численные значения упругих деформаций могут использоваться также чри разработке оптимального варианта технологического процесса,для выбора оптимальных режимов резания, схемы установки и Для управления непосредственно ходом технологическогопро-цесса. '

Основные положения диссертации опубликованы в работах.-

1.

Халилов A.A. 1.Рагймов Р.Х. .Наджафов Д.Д.Расчет упругих деформаций тонкостенных корпусных деформаций при закреплегзот на металлорежущих станках. // Тезисы докладов,г.Суздаль 12 -1б марта 1990 г., ix Всесоюзная научно-техническая конференция "Электродвигатели переменного тока средней и малой мощности".

г.Надаафов Д.Д. К вопросу автоматизации разбиения тел сложной конфигураций при расчетах по методу конечных элементов. // Тезисы докладов. XIII Республиканская тучная конференция аспирантов ВУЗоз"Азербайджана,г.Баку,25-2б декабря 1990 г.

з.'Иадаафов Д.Д. .Байрамов Э.И.'.Мамедов С.М. Геометрическая ттерпрэтоция корпусных ^деталей электродвигателей на autocad // Тезисы докладов, г.Баку ноябрь 1991 г. республиканская ' научно -

техническая конференция "Состояние и перспективы автоматизации

w ттг№ат¥-мтоФт»э яттш^пичвпюпг мдяпод"

4. [Халилов A.A. |. Наджафов Д.Д. .Агаев A.M. Технологическая станочная система для обработки деталей типа станин электродвигателей. // Тезисы докладов.г.Баку ноябрь is?i г.Республиканская научно - техническая конференция " Состояние и перспективы автоматизации проектирования и производства электрических машин".

э.Наджафов Д.Д. Вычислительный эксперимент как средство повышения качества проектных регокий.// Материалы Всесоюзной научной конференции "Интеллектуализация систем управления",г.Баку, 18-го ИЮНЯ 1991 г. .

б.А.С. 1701484 СССР.МКИ В 23 Q 41/02. "Гибкая линия для механической обработки деталей типа станин, электродвигателей" // глади лов А~Т7Г1. [Карпов t).to). Агаев A.M. .Иванова А.К.д^Надафов Д.Д. - 0~у6л. В Б.И.,1991,N48. '

7.|Халидоп а.А|. ■ Рагимов . P.X. .Наджафов Д.Д. .Алекперов O.A. Расчет упругих деформаций станины электродвигателя от сил закрепления.//Тематический сборник научных трудов АзТУ.г.Баку.1991.

а.Наджафов Д.Д. Экспериментальное обеспечение оценки адекватности теоретических решений при автоматизированном расчете корпусных деталей (АРКД).// Научно - методический семинар "Методология С/ПР в машиностроении".г.Баку, 1992.

9.Математическое моделирование при расчете упругих деформаций тонкостенных ■ корпусных деталей от воздействия сил закреплений • и резаний. // Тезисы xxxxi Научной конференции профессорско-препода--тельского и аспирантского состава АЗТу г.Баку 1993.

. ю.Наджафов Д.Д. Инвариантный алгоритм графической впэуалим-ции // Кгвестия АН Азер5айдканской Республики. Cojra физико:тяхни; ческих и математических наук.. - т.15. - ni-2. - 1S94. . //у'//

- зо -

SUMMARY

' Tt- ■< thosie i3 dedicated, problems of integrated-interactive CAD subsystem tor shell -type thin-wal.led base members elaboration. It consist of four chapters. In the first chapter analysis of mathematical methods, and software for computation of thermo- and elastic deformations in technological design are considered. In the second chapter mathematical model is elaborated for computation of thermo- and elastic deformations by effective numerica" method -finite element method.' In the third chapter softwear is elaborated with large servise possibilities U3ing methods of international .clxf file elaboration.The fourth chapter is dedicated elaborated ooftwear application in technical design.

ХУЛАСЭ

Диссертаыш ш наэик диварлы кевдэ тип ли деталларын АЛС-нин иктагралланмыш-интерактив алт. системинин ишлэнмэсинэ hscp олунуб. № ДОРД фЭСИЛДЭН ибарЭТДИр. . БИРИНЧИ фЭСИЛДО Т0ХН0Л0ЖИ JiajlihDJIKH-дирмэдэ термо- вэ еластик доформаашлары тэлш едэн ршзи усул-ларш вэ програм то'минатынын анализи апаршшб.Шаиии фэсилдэ ефек-тив эдэди - соплу елэментлэр усулу есасында истшшкдэн вэ гувводэн japan3'i . деформасшаларын ' ъосабланмасы учун гизази подол ишлэниб.Учунчу фэсилдэ кения хидмэтэ малик олан белелхалг .dxf фа,]лыжш ¿арадылма усуллары асасында програм тэ'штаты ьазцрланкб, Дэрдуячу : ф£-ил .шрадалша алт системин технолога! лалтэлэндирмэдэ татбипздэ hocp олунуб. >,