Хранение информации о изделии в архива

Лекция №11-12

CAE – инженерный анализ создаваемой конструкции

CAE – континуальные системы прочностного, теплового и газодинамического анализа

Системы, используемые для анализа и оценки функциональных свойств проектируемых двигателей, их систем, узлов и деталей, обычно отличаются высокой сложностью и стоимостью и охватывают широкий круг задач моделирования упруго-напряженного, деформированного, теплового состояния, колебаний конструкции, стационарного и нестационарного газодинамического и теплового моделирования с учетом вязкости, турбулентных явлений, пограничного слоя и т.п..

Наиболее распространены континуальные системы для моделирования на распределенном уровне, использующие решение систем дифференциальных уравнений в частных производных методом конечных элементов (МКЭ). Они, в свою очередь, также делятся на универсальные системы анализа с использованием МКЭ и специализированные. В авиадвигателестроении наиболее известны такие универсальные системы, как Nastran, Nisa II, Patran, Ansys, отечественная ISPA и другие, позволяющие выполнять различные виды анализа на распределенном уровне. Специализированные системы МКЭ ориентированы на конкретные виды анализа. Примерами таких систем могут служить пакеты Flotran, Fluid, CF/Design, Tascflow предназначенные для моделирования гидрогазодинамических процессов, Fatik для моделирования процессов разрушения, SIMTEC и MAGMAsoft, предназначенные для моделирования процессов отвердевания металлических отливок, MoldFlow - для моделирования процессов литья пластмасс и композиционных материалов, OPTRIS - для моделирования деформаций и др.

Для моделирования кинематики и динамики авиадвигателей и механизмов в их составе используются пакеты ADAMS, DADS и др. Моделирование двигателей и их узлов на среднем уровне на Западе обычно проводят с использованием пакетов SABER Engineus, а в России с помощью системы САМСТО, ее приложений DVIG, PARLOP, ПК ГРАД, и других систем.

Некоторый опыт использования САЕ - систем в авиадвигателестроении просматривается из следующей информации об использовании их в ведущих авиамоторостроительных фирмах.

Фирма MTU (Германия). Состав систем, используемых в расчетном отделе:

1. Структурная механика: MSC/NASTRAN; ABAQUS; MARC; SAMCEF; DYNA3D, MSC/DYTRAN; MECHANICA, MSC/CONSTRUCT.

2. Термодинамика: MSC/Patran Thermal.

3. Газовая динамика: Tascflow.

3. Электродинамика: POLOPT.

Основные задачи, решаемые с помощью MSC/NASTRAN в MTU

1. Проектирование лопаток, вентиляторов:

• полуавтоматическая генерация 3D сеток с помощью MSG/Mesh и FAM3 на основе только точек сечения полученных из газодинамического расчета;

• создание 3D конечноэлементных моделей с помощью FAM3 и MSC/ PATRAN на основе кривых и поверхностей, полученных из CATIA (через формат VDA/FS).

2. Проектирование корпусов:

• создание 3D конечноэлементных моделей с помощью MSC/PATRAN, MSG/Mesh, FAM3 на основе кривых, полученных из CATIA через стандарты VDA или CATXPRES.

3. Проектирование ГТД на основе создания и исследования полноразмерных моделей всего двигателя:

• решаются квазистатические и динамические задачи. В частности исследуются виброхарактеристики всего двигателя в целом. При этом используется 3 уровня моделей, которые отличаются по точности и по применяемости на различных этапах проектирования;

• 3D модель (оболочки) корпуса и стержневая со средоточенными массами модель ротора;

• 3D модели (оболочки и объемные тела), учитывающие циклосимметрию двигателя и использующие возможности MSC/NASTRAN в этой области;

• полностью 3-х мерные модели (объемные тела и оболочки) всего двигателя с применением техники суперэлементов и модального синтеза.

Задачи, решаемые с помощью пакета ABAQUS в MTU

1. Проектирование охлаждаемых лопаток:

• модель передается из MSC/PATRAN после расчета с MSC/NASTRAN, или полностью строится в FAM3 на основе кривых/поверхностей, принятых из CATIA через VDA/FS;

• используются плоские модели сечений (2D) и полностью 3-х мерные модели (3D);

2. Решение физических нелинейных задач (пластичность, ползучесть, сложные контакты и т. д.). Эти модели имеют ряд допущений и упрощений.

3. Анализ трещин MSC/FATIGUE.

Задачи, решаемые в MTU с помощью пакета MSC/PATRAN Thermal

1. Все типы тепловых задач:

• используются 2D модели, которые создаются в MSC/PATRAN на основе кривых полученных из CATIA;

• 3D модели генерируются в MSC/PATRAN на основе поверхностей полученных из CATIA;

• 2D осесимметричные модели для моделирования ротора и корпусов;

• граничные условия, включая тепловые МРС, генерируются полуавтоматически на основе PCL и фортрановских процедур, разработанных в MTU.

2. Передача данных для структурного расчета после тепловых расчетов:

• в случае 3-х мерных моделей используется одна и та же модель, как для теплового, так и для структурного расчета. Передача данных через MSC/PATRAN не вызывает затруднений;

• передача данных от 2D сечений лопатки или 2D осесимметричных моделей ротора и статора к 3-х мерным моделям осуществляется с помощью "mapping" процедур - автоматической интерполяции и экстраполяции на основе функции "Fields" (поля) в MSC/PATRAN.

Модели строятся с применением: конвективных элементов; адвективных (принудительная конвенция) элементов; излучения; тепла от трения.

Специфические особенности MTU (тепловой отдел):

• базы данных материалов и СУБД разработаны в MTU до появления MSC/MVISION, выполняют те же функции и используются во всех отделах MTU;

• библиотеки по конвекции;

• специальных процедур для учета тепла от трения;

• процедуры сбора всех данных от разных процедур в одну модель (через MSC/PATRAN);

• процедуры проверки модели;

• управление данными анализа нестационарных процессов;

• вывод результатов по определению граничных условий;

• использование геометрической модели во всех "домашних" (собственных) программах.