Activitatea de Proiectare

ANALIZA STATICĂ A UNUI REPER SUDAT ȘI MODUL DE OPTIMIZARE

CU PROGRAMUL CATIA

(STATIC ANALYSIS OF A WELD FABRICATION AND

METHOD OF OPTIMIZING USING CATIA )

ABSTRACT

Această lucrare dorește să evidențieze posibiliatea efectuării unei analize cu element finit a unui reper sudat, interpretarea rezultatelor și luarea unor decizii cu privire la îmbunătățirea reperului în masura în care această acțiune este necesară. Pentru efectuarea acestei analize se va folosi modulul de analiză cu element finit integrat în programul CATIA V5, elaborat de Dassault Systems.

Cuvinte cheie: analiză cu elemente finire, discretizare, legătură cu sudură în linie, constrângere.

1 INTRODUCERE

Metoda elementelor finite își are originea de la necesitatea rezolvării problemelor complexe de elasticitate și analiză structurală în domeniul civil și cel aeronautic. Cu timpul această metodă a introdus termeni ca: matrice de rigiditate, element sau nod, esențiali în domeniul analizei cu elemente finite. Scopul urmarit este de a genera soluțiile de analiză statică (deplasări mici și forțe aplicate static-independente de timp).

Ca principiu, metoda analizei cu element finit, constă în descompunerea prototipului virtual de analizat, în porțiuni de formă geometrică simplă, analiza acestora și recompunerea prototipului respectând anumite cerințe matematice.

Programul poate calcula simultan mai multe soluții având ca rezultat determinarea câmpurilor de deplasări, de tensiuni și a reacțiunilor pentru diverse tipuri de constrângeri, încărcări și mase.

In cele ce urmează se va prezenta in fig.1 intr-o schemă logică de analiză a reperului sudat.

Fig. 1. Schema logică de realizare a subansamlului sudat

2 MODELARE 3D ȘI “LAYOUT”

Pentru inceput s-a stabilit ansamblul general din care urmează să facă parte subasnsamblul sudat, așa cum se poate vedea în fig.2

Fig. 2. Ansamblul General

Rolul subansamblului sudat este de susținere a unei grinzi asupra căreia se acționează cu o anumită forță.

În figura 3.a se prezintă modelul 3D al reperului sudat și în figura 3.b, desenul de execuție al acestuia.

Fig.3.a Modelul 3D a subasnsamblului sudat

Fig.3.b Desenul de executie (LAYOUT-UL) subansamblului sudat

În momentul în care s-a terminat modelarea reperului, se va accesa modulul de analiză cu elemente finite al programului CATIA “Generative Structural Analysis” și opțiunea „Static Analysis” urmand pașii din fig.4:

Fig.4. Pasii necesari accesarii modulului de analiza cu elemente finite

Modulul funcționează prin utilizarea metodei de analiză cu element finit prin aproximare numerică. Principiul acestei metode constă în aproximarea modelului împărțind-ul în piese mult mai mici, simplificate. Aceste piese constituie reprezintă ceea ce numim noi elemnte. Elementele sunt conectate între ele prin noduri (fig.5).

Fig. 5. Element cu noduri.

3 DISCRETIZARE

Odată importat reperul în modulul de analiză cu elemnte finite se va avea în vedere aplicarea materialului, a proprietăților, a legăturilor dintre repere, a constrângerilor și încărcărilor la care dorim sa supunem reperul.

Cu privire la material, se va alege un oțel carbon OL44. Legăturile dintre repere vor fi de tip „legatură cu sudură în linie”(Seam Welding Connection Property)

După aplicarea acestor proprietăți vom face disctretizarea (meshing) reperului. Mai jos (fig.6) avem reperul sudat descompus în acele elemente legate între ele prin noduri, operație numită mai sus discretizare.

Fig.6 Discretizarea reperului sudat

4 REZULTATE

Dacă toate elementele amintite mai sus (aplicare material, proprietăți, legături dintre elemente, modelarea încărcărilor și a constrângerilor) s-au facut corect, se lansează modulul de calcul al programului și se asteaptă rezultatele.

Astfel în urma postprocesarii rezultatelor, vom obtine informații cu privire la

a)Vizualizarea campului de deplasari b)Vizualizarea campului de tensiuni

Deplasări=0.34mm Tensiuni maxime=92.5 MPa

Tensiuni maxime admisibile pentru materialul ales =39-47Mpa

Având în vedere că deplasările și tensiunile maxime sunt mult prea mari, soluția NU corespunde. Se va reproiecta reperul sudat adăugându-se o nervură de rigidizare. Așa cum se observă în figura 7, în urma reproiectării s-a intervenit atât asupra reprerului, prin adăugarea unei nervuri de rigidizare, cât și asupra grinzii, prin reazilarea unei degajări necesare nervurii.

Fig. 7. Reproiectarea reperului sudat și a grinzii

Se va rula programul și se vor obține următoarele rezultate:

a) Vizualizarea campului de deplasari b)Vizualizarea campului de tensiuni

Deplasări=0.03 mm Tensiuni maxime=35 MPa

Se observă că adăugarea nervurii de rigidizare a avut un impact mare asupra deplasărilor și a tensiunilor, astfel deplasările sunt neglijabile, iar tensiunile maxime obținute nu depășesc tensiunile maxime admisibile de 39-47Mpa.

5 CONCLUZII

Există posibilitatea de a repeta acest ciclu de reproiectare a reperului sudat și de a relua analiza cu element finit de mai multe ori, în funcție de rezultatele obținute în urma analizei cu element finit.

Modulul CATIA de analiză cu element finit, este util din punct de vedere al dimensionării și verificării în timpul proiectării întrucât este integrat în mediul de proiectare, însă fără pretenții de a obține o precizie ridicată a analizei.

În acest scop se vor utiliza programe specializate precum: ANSYS, COSMOS, NISA ș.a.al reperului sudat și în figura 3.b, desenul de execuție al acestuia.

Fig.3.a Modelul 3D a subasnsamblului sudat

Fig.3.b Desenul de executie (LAYOUT-UL) subansamblului sudat

În momentul în care s-a terminat modelarea reperului, se va accesa modulul de analiză cu elemente finite al programului CATIA “Generative Structural Analysis” și opțiunea „Static Analysis” urmand pașii din fig.4:

Fig.4. Pasii necesari accesarii modulului de analiza cu elemente finite

Modulul funcționează prin utilizarea metodei de analiză cu element finit prin aproximare numerică. Principiul acestei metode constă în aproximarea modelului împărțind-ul în piese mult mai mici, simplificate. Aceste piese constituie reprezintă ceea ce numim noi elemnte. Elementele sunt conectate între ele prin noduri (fig.5).

Fig. 5. Element cu noduri.

3 DISCRETIZARE

Odată importat reperul în modulul de analiză cu elemnte finite se va avea în vedere aplicarea materialului, a proprietăților, a legăturilor dintre repere, a constrângerilor și încărcărilor la care dorim sa supunem reperul.

Cu privire la material, se va alege un oțel carbon OL44. Legăturile dintre repere vor fi de tip „legatură cu sudură în linie”(Seam Welding Connection Property)

După aplicarea acestor proprietăți vom face disctretizarea (meshing) reperului. Mai jos (fig.6) avem reperul sudat descompus în acele elemente legate între ele prin noduri, operație numită mai sus discretizare.

Fig.6 Discretizarea reperului sudat

4 REZULTATE

Dacă toate elementele amintite mai sus (aplicare material, proprietăți, legături dintre elemente, modelarea încărcărilor și a constrângerilor) s-au facut corect, se lansează modulul de calcul al programului și se asteaptă rezultatele.

Astfel în urma postprocesarii rezultatelor, vom obtine informații cu privire la

a)Vizualizarea campului de deplasari b)Vizualizarea campului de tensiuni

Deplasări=0.34mm Tensiuni maxime=92.5 MPa

Tensiuni maxime admisibile pentru materialul ales =39-47Mpa

Având în vedere că deplasările și tensiunile maxime sunt mult prea mari, soluția NU corespunde. Se va reproiecta reperul sudat adăugându-se o nervură de rigidizare. Așa cum se observă în figura 7, în urma reproiectării s-a intervenit atât asupra reprerului, prin adăugarea unei nervuri de rigidizare, cât și asupra grinzii, prin reazilarea unei degajări necesare nervurii.

Fig. 7. Reproiectarea reperului sudat și a grinzii

Se va rula programul și se vor obține următoarele rezultate:

a) Vizualizarea campului de deplasari b)Vizualizarea campului de tensiuni

Deplasări=0.03 mm Tensiuni maxime=35 MPa

Se observă că adăugarea nervurii de rigidizare a avut un impact mare asupra deplasărilor și a tensiunilor, astfel deplasările sunt neglijabile, iar tensiunile maxime obținute nu depășesc tensiunile maxime admisibile de 39-47Mpa.

5 CONCLUZII

Există posibilitatea de a repeta acest ciclu de reproiectare a reperului sudat și de a relua analiza cu element finit de mai multe ori, în funcție de rezultatele obținute în urma analizei cu element finit.

Modulul CATIA de analiză cu element finit, este util din punct de vedere al dimensionării și verificării în timpul proiectării întrucât este integrat în mediul de proiectare, însă fără pretenții de a obține o precizie ridicată a analizei.

În acest scop se vor utiliza programe specializate precum: ANSYS, COSMOS, NISA ș.a.

BIBLIOGRAFIE

[1] Gabriela Georgeta Nichita. Bazele proiectării asistate de calculator. Oradea 2006.

[2] Ionuț G. Ghionea. Proiectarea asistată în CATIA V5. Elemente teoretice și aplicații. București: Editura BREN, 2007

[3] George Manole, Eduard Oprea, Mihail Iosip. Concepția și proiectarea produselor. PLM Adaptor.

[4] http://www.catia.ro/

[5]http://catia.3x.ro/index_files/text/Notiuni.htm

[6] Ibrahim Zeid. CAD/CAM Theory and Practice. Department of Mechanical Engineering.Nortwastern university (Vol. 4)

[7]http://www.solfinder.ro/informatii-utile/cnc-mucn-masini-unelte-cu-comanda-numerica-379.htm

[8] Iulian Stănășel. Programarea masinilor de frezat. Îndrumător de laborator.

[9] Eduard Oprea, Adrian Dumitrașcu, Daniel Boricean. Simularea și analiza folosind prototipul virtual – PLM Adaptor

[10] http://www.scribd.com/doc/60720199/Ingineria-Asistata-de-Calculator-2

[11]Gh. Leonte Mogan, Silviu Luis Butnariu. Analiza cu elemente finite în inginerie.Aplicații practice. Brașov: Editura Universității Transilvania din Brașov, 2007

[12] Lucrare Științifică. Analiza statică a unui reper sudat și modul de optimizare cu programul CATIA-Moișanu Andrei-Ionuț. Sesiunea de comunicări științifice Mai-Iunie 2012.

[13] Pop Mircea-Teodor. Managementul Cercetării și Dezvoltării Produsului

[14] Vasile Năsui. Inovarea-Sursă de dezvoltare antreprenorială. Inovare Tehnologică. Baia Mare: Editura Limes, 2007

[15] wikipedia – CATIA http://en.wikipedia.org/wiki/CATIA

[16] Catia Nc Manufacturing – http://www.cybernetics.ro/?page_id=31

[17](http://2.bp.blogspot.com/_kYou0sYtaeI/SX_THsDuhwI/AAAAAAAABBw/SES5Dxd6JfM/s400/_MG_0186ps_web.jpg)

[18] http://theindiaroad.files.wordpress.com/2011/11/apple2e.jpg

[19] http://www.we-r-here.com/cad/tutorials/level_3/images/extra_3-002.gif

[20] http://popadanmihai.files.wordpress.com/2011/02/analiza-andrei-moisanu.jpg

[21] https://forum.solidworks.com/servlet/JiveServlet/showImage/2-135892-4943/buckling-linear.JPG

[22] http://www.smartcae.com/uploads/immagini/NEi_Nastran/x64/x64_case2a.jpg

[23]http://www.thermoanalytics.com/system/files/imagecache/content_image_300px/images/thermal_analysis/thermal_analysis_services_automotive_exhaust_systems.jpg

[24] http://lotusenthusiast.net/wp-content/uploads/2009/09/cfd3.jpg

[25] http://www.mechanicalengineeringblog.com/wp-content/uploads/2011/05/01-fatigue-analysis-simulation_professional-durability-analysis-high-cycle-fatigue-applications-.jpg

[26] http://www.3ds.com/products/catia/portfolio/catia-v5/all-products/domain/Machining/

[27] http://www.cybernetics.ro/blog/wp-content/uploads/2007/11/ncmanuf-lg.jpg

[28] http://www.3ds.com/products/catia/portfolio/catia-v5/all-products/domain/Machining/