Конструирование и расчет изделий и конструкций - Полимерные и композитные технологии

Конструирование и расчет изделий и конструкций из полимеров и композитов

Для понимания и анализа поведения материалов, структур и систем инженерное бюро проводит различные виды расчетов с целью анализа и оценки прочности , жесткости и надежности, минимизации массы и стоимости. Для решения дифференциальных уравнений и анализа напряжений, деформаций и других физических явлений в сложных структурах используется численный метод — метод конечных элементов (МКЭ).
Некоторые из основных видов расчетов включают в себя:
Структурный анализ: Этот вид расчетов занимается анализом прочности, жесткости и деформаций деталей и конструкций под действием различных нагрузок.
Динамический анализ: Этот вид расчетов занимается анализом поведения структур или систем под действием колебаний и динамических нагрузок.
Гидродинамика: Эти расчеты связаны с анализом потоков жидкостей или газовс целью для понимания распределения давления, скорости и направления потоков в каналах и полостях форм.
Теплопередача: Этот вид расчетов занимается анализом процессов теплопередачи в системе под действием конвекции, теплопроводности или излучения.
Эти расчеты используются в различных инженерных областях. Каждый вид расчетов требует специфических математических моделей, программного обеспечения и специализированных знаний для получения точных и надежных результатов.

В зависимости от условий внешнего воздействия и способа приложения нагрузки выполняются следующие виды расчетов:

определение напряженно-деформированного состояния изделия (конструкции) под действием нагрузки;
определение напряженно-деформированного состояния изделия (конструкции) в результате термического расширения;
расчет устойчивости;

Примеры статического расчета с помощью пакета ANSYS:

Расчеты проводятся как для изотропных, так и анизотропных систем. Для определения напряжений и деформаций в изделии могут использоваться различные модели материала:
— упругость (термоупругость);
— вязкоупругость;
— пластичность;
— вязкопластичность;
— гиперупругость (термогиперупругость).
Инженерное бюро проводит расчет типов соединений деталей. Соединения деталей, применяемые в машино- и приборостроении, могут быть подвижными и неподвижными, разъемными и неразъемными. На основе расчета делается вывод, например, о выборе неразъемного неподвижного соединения: запрессовки, клеевого соединения, сварки, заформовки и т.п.
Основные виды расчетов:
— болтовое и шурупное соединение (выбор конструктивных параметров соединения, профиля резьбы и т.д.)
— соединение защелкой (расчет жесткости, выбор геометрии соединяемых деталей и т.д.)
— сварные соединения (выбор вида сварки, геометрических параметров сварочного шва и т.д.)
— клеевые соединения (выбор типа клея, оптимизация механических свойств клеевого материала и т.д.)
— металл-полимерные и гибридные соединения (расчет остаточных напряжений, коробления, прочности соединения и т.д.)

Картинка динамические расчеты изделий dynamic simulation

Модальный анализ — это метод структурной динамики, который используется для определения собственных частот и собственных форм механической системы. Этот анализ часто используется в инженерном деле для изучения динамического линейного поведения деталей и конструкций. С помощью модального анализа инженеры могут понять динамические свойства системы и, при необходимости, оптимизировать дизайн изделия.
Преднаряженный модальный анализ — это специальный вид модального анализа, который применяется для расчета структур, содержащих элементы, предварительно нагруженные внешними или внутренними силами. При данном виде анализа определяются собственные частоты, и собственные формы структуры с учетом напряженно-деформированного состояния системы.

Примеры модального анализа:

Картинка пример модального анализа изделия

Гармонический анализ — это метод линейного анализа системы, который используется для идентификации и количественной реакции системы , вызванной гармоническими нагрузками.Гармонический анализ основан на предположении, что система, генерирующая сигнал, является линейной. В нелинейных системах гармонические компоненты могут вести себя иначе, что делает анализ более сложным.Для эффективного применения гармонического анализа необходимо понимание основ сигнальной обработки, преобразования Фурье и других математических концепций.Эти условия важны для правильного применения гармонического анализа и получения точных результатов. Однако в зависимости от конкретной области применения могут потребоваться дополнительные специфические условия.
Преднапряженный гармонический анализ — это метод, используемый в области структурной линейной динамики и материаловедения. Этот анализ относится к изучению ответа системы, содержащей предварительно напряженные элементы, и тому, как это напряжение влияет на гармонические колебания. Преднапряженный гармонический анализ важен для понимания поведения предварительно напряженных конструкций под динамическими нагрузками и для обеспечения того, чтобы предварительное напряжение не оказывало нежелательного влияния на конструкцию. Этот анализ часто используется в инженерных науках, особенно в областях строительства, авиации и машиностроения.

Примеры динамического анализа с помощью пакета ANSYS:

Пример динамического анализа конструкции