CAD info radionica

1. CAD info radionica Dr. Samir Lemeš slemes@unze.ba septembar 2010

2. 4: CAE/CAM • Simulacije • Metod konačnih elemenata • Optimizacija • CAE Softveri • CAM - priprema proizvodnje

3. Simulacije • Analiza napona i deformacija • Computational fluid dynamics (CFD) • Kinematska analiza • Analiza i sinteza mehanizama • Simulacije procesa proizvodnje (livenje, obrada deformacijom) • Optimizacija proizvoda i procesa • Analiza tolerancija

4. Simulacije • Klasični proračun napona i deformacija zasnovan na teoriji elastičnosti, statici, dinamici, otpornosti materijala • Simulacije su zasnovane na numeričkim (priblićnim) metodama • Od CAD modela i graničnih uslova se formira matematički model • Numeričkim metodama se vrši proračun (MKE, MKV, MRE,...) • Rezultati proračuna se obrađuju i prikazuju na odgovarajući način • Iteracijama se modifikuje model

5. Simulacije • Analiza napona i deformacija se najčešće vrši metodom konačnih elemenata – diskretizacijom kontinuuma • Statička i dinamička analiza • Simulacijedodira i sudara • Analiza izvijanja

6. Simulacije • CFD - Computational fluid dynamics • Primjena numeričkih metoda za simulacije problema mehanike fluida

7. Simulacije • Od 3D CAD modela se može kreirati digitalni mehanizam, definisanjem veza i stepeni slobode kretanja parova

8. Metod konačnih elemenata • Neki inženjerski problemi se mogu opisati algebarskim, diferencijalnim ili integralnim jednačinama. • Rješenja tih jednačina daju tačna rješenja posmatranog problema. • Kompleksna geometrija, osobine i granični uslovi često ne mogu dati tačno rješenje. • Koriste se približne metode. • MKE se zasniva na diskretizaciji kontinuumakonačnim elementima.

9. Metod konačnih elemenata • Konačni element je mali dio složenog objekta, za koji važe relacije poznatog matematičkog modela. • Konačni elementi su spojeni preko zajedničkih tačaka (čvorova) u kojima vrijede poznati granični uslovi (oslonci i opterećenja). • Složeni sistem diferencijalnih jednačina se svodi na sistem algebarskih jednačina, čijim rješavanjem se dobiju približna rješenja u čvorovima (pomjeranja, naprezanja). • Diskretizacija se vrši softverski.

10. Metod konačnih elemenata • Obično se mreža konačnih elemenata formira iz geometrije 3D CAD modela. • Standardna procedura: • 3D CAD model • Osobine materijala, konstitutivni model • Mreža konačnih elemenata • Granični uslovi (oslonci i opterećenja) • MKE model spreman za proračun • Algoritam proračuna (solver) • Vizualizacija rješenja i interpretacija rezultata

11. Metod konačnih elemenata • Tipovi konačnih elemenata

12. Metod konačnih elemenata • Vrste problema koji se uspješno rješavaju pomoću MKE: • Statički proračun greda i rešetki, tankostjenih konstrukcija, čvrstih tijela složenih geometrija • Naprezanja, deformacije, reakcije oslonaca • Proračun oblika vibracija i vlastitih frekvencija • Nelinearni problemi (velike deformacije) • Elastično izvijanje i stabilnost • Analiza mehanizama • Prijenos toplote, magnetno polje • Protok fluida, interakcija fluid/čvrsto tijelo, polja brzine, pritiska, temperature,...

13. Optimizacija • Proizvodni procesi kao što je livenje plastike ili oblikovanje metala plastičnom deformacijom se mogu simulirati s ciljem optimizacije procesa

14. Optimizacija • Optimizacija se vrši tako što se zadaju parametri modela koje će biti promjenljivi • Zatim se vrši proračun za različite vrijednosti parametra • Na osnovu zadate funkcije kriterija i graničnih uslova, iteracijom se dolazi do optimalnog rješenja • Na osnovu rezultata proračuna, koriguje se početni model

15. Optimizacija • Primjer optimizacije (lopatica turbine)

16. Optimizacija • Primjr optimizacije (prefabrikat za kovanje)

17. Optimizacija • Primjer optimizacije

18. CAE Softveri • Postoji veliki broj komercijalnih softverskih rješenja za rješavanje inženjerskih problema pomoću MKE: • Siemens NX, I-deas, Femap, NX/Nastran • Dassault Catia / Simulia Abaqus • Dassault Solidworks / Cosmosworks • ŠTC Pro/Engineer / NEi/Nastran • Ansys , Fluent • MSC Marc • ESI Pamstamp

19. Siemens CAE • Siemens je akvizicijama postao vlasnik niza MKE softvera: SDRC I-deas, Unigraphics, MSC Nastran, koje sada nudi na tržištu pod markom Siemens NX. • Ključni proizvod je NX, koji objedinjava CAD i CAE rješenja, sa različitim solverima. • Za "stare kupce" i dalje ima u ponudi NX I-deas (Boeing, Ford) • Jeftinija varijanta MKE alata: Femap

20. Dassault CAE • Francuski proizvođač aviona Dassault Aviation je 1981. formirala kompaniju Dassault Systemes, za razvoj CAD i PLM (Product Lifecycle Management) tehnologija. • Danas ima niz softverskih proizvoda: • CATIA za dizajn i 3D CAD • SolidWorks za 3D dizajn mašina • DELMIA za virtualnu proizvodnju • SIMULIA za virtualno testiranje proizvoda • ENOVIA za globalni kolaborativni PLM • 3DVIA za online 3D vizualizaciju

21. PTC CAE • Pro/Engineer Wildfire je integrisano 3D CAD/CAM/CAE softversko rješenje. • Prvi su ponudili parametarsko modeliranje (umjesto da se objekti definišu koordinatama tačaka, dimenzije se ponašaju kao programske varijable) • NEi/Nastran je MKE softver koji je integrisan u PRO/E.

22. ANSYS CAE • ANSYS Workbench je set alata za CAE: • ANSYS Workbench Geometry Interfaces za vezu s drugim CAD formatima. • ANSYS Meshing za diskretizaciju. • ANSYS DesignModeler vlastito rješenje za modeliranje • ANSYS DesignXplorer statistička analiza (DOE), optimizacija i CAQ. • ANSYS Fluent: CFD

23. MSC CAE • MSCSoftware Corporation je osnovana1963. godine. • Danas ima niz softverskih rješenja za CAE, od kojih su najpoznatiji: • Marc & Mentat • MD Nastran • MD Adams • MSC Nastran • Posebno su poznata rješenja za simulacije plastičnih deformacija.

24. ESI CAE • Pam-Stamp je vrhunski softver za simulacije obrade lima. • Projektovanje alata za obradu lima plastičnom deformacijom • Proračun kompenzacije elastičnog ispravljanja

25. CAM - priprema proizvodnje • CAM – Computer Aided Manufacturing • CAD model se koristi za (polu) automatsko generisanje CNC koda za obradne centre

26. CAM - priprema proizvodnje • CAM se koristi i u metalnoj industriji i u industriji drveta

27. CAM - priprema proizvodnje • Primjer ISO CNC koda: | M03, M04, M05 Spindle CW, Spindle CCW, Spindle Stop | M08, M09 Coolant/lubricant On, Coolant/lubricant Off M02 Program Stop M30 Program end, rewind M98 Subprogram call M99 Subprogram end ...

28. CAM - priprema proizvodnje • CAM tehnologija se koristi i u drugim oblastima: • Rapid Prototyping • Umjetnost • Graviranje

29. CAM - priprema proizvodnje

30. CAM - priprema proizvodnje • Vodeći proizvođači CAM softvera: Catia, Cimatron, Edgecam, Mastercam, Siemens NX, Powermill (Delcam), Pro/E, Space-E/CAM, Tebis, WorkNC • Manje poznati CAM proizvodi i kompanije: Alphacam, BobCAD, CAMWorks, Dolphin, ESPRIT, GCAM, GIBcam, GibbsCAM, GoElan, MazaCAM, MetaCAM, OneCNC, SolidCAM, SprutCAM, SUM3D, SurfCAM, T-FLEX, TopSolid, VisualMILL, VoluMill.