Реферат на тему Метод конечных элементов для расчета на прочность в программах CAD, CAM, CAE

Содержание:

Введение 3
1. Общие сведения 4
2. Метод конечных элементов 7
3. Степень свободы 9
Заключение 14
Литература 15

Введение:

Описание законов физики для задач, зависящих от пространства и времени, обычно выражается в терминах уравнений с частными производными (PDE). Для подавляющего большинства геометрий и проблем эти PDE не могут быть решены аналитическими методами. Вместо этого можно построить аппроксимацию уравнений, как правило, на основе различных типов дискретизаций. Эти методы дискретизации аппроксимируют PDE с помощью численных модельных уравнений, которые могут быть решены с использованием численных методов. Решение уравнений численной модели, в свою очередь, является приближением реального решения уравнений в частных производных. Метод конечных элементов (FEM) используется для вычисления таких приближений.
К тому же CAD/CAM/CAE-системы занимают особое положение среди других приложений, поскольку представляют индустриальные технологии, непосредственно направленные в наиболее важные области материального производства. В настоящее время общепризнанным фактом является невозможность изготовления сложной наукоемкой продукции (кораблей, самолетов, танков, различных видов промышленного оборудования и др.) без применения CAD/CAM/CAE-систем. За последние годы CAD/CAM/CAE-системы прошли путь от сравнительно простых чертежных приложений до интегрированных программных комплексов, обеспечивающих единую поддержку всего цикла разработки, начиная от эскизного проектирования и заканчивая технологической подготовкой производства, испытаниями и сопровождением. Современные CAD/CAM/CAE-системы не только дают возможность сократить срок внедрения новых изделий, но и оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции (повышая, тем самым, ее конкурентоспособность). В связи с этим тема является актуальной.

Заключение:

Научно-технический прогресс проявляется в том, что в нашей жизни появляются изделия с лучшими техническими характеристиками. Проектирование таких изделий – основная задача конструкторов и технологов инженерного корпуса предприятий.
Создание новых изделий состоит из нескольких этапов, начиная от поиска физических эффектов, обеспечивающих принципиальную реализацию замысла и формирования замысла, до расчета и обоснования, создание опытного образца и разработки технологии промышленного изготовления.
Поиск решений задачи – самый трудный и интеллектуальный этап. В настоящее время он требует наличия банка данных и умений инженеров использовать хранящуюся в нем информацию для поиска технических решений. Увеличение производительности труда разработчиков новых изделий, сокращение сроков проектирования, повышение качества разработки проектов – важнейшие проблемы, решение которых определяет уровень ускорения научно-технического прогресса общества. Развитие систем автоматизированного проектирования (САПР) опирается на прочную научно-техническую базу. Это – современные средства вычислительной техники, новые способы представления и обработки информации, создание новых численных методов решения инженерных задач и оптимизации. Системы автоматизированного проектирования дают возможность на основе новейших достижений фундаментальных наук отрабатывать и совершенствовать методологию проектирования, стимулировать развитие математической теории проектирования сложных систем и объектов.
В связи с чем, в данной работе было вкратце описаны существующие системы автоматизации производства, и более тщательно рассмотрены системы CAE, позволяющие проводить расчет методом конечных элементов, рассмотрен и сам метод.

Фрагмент текста работы:

1. Общие сведения
Система автоматизированного проектирования — автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования[1], представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности[2][3]. Также для обозначения подобных систем широко используется аббревиатура САПР.
В рамках жизненного цикла промышленных изделий САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства.
Основная цель создания САПР — повышение эффективности труда инженеров, включая:
1. сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;
2. сокращения сроков проектирования;
3. сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;
4. повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;
5. сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.
В соответствии с ГОСТ[1][2], в структуре САПР выделяют следующие элементы:
КСАП САПР — комплекс средств автоматизации проектирования САПР
подсистемы САПР, как элемент структуры САПР, возникают при эксплуатации пользователями КСАП подсистем САПР.
КСАП-подсистемы САПР — совокупность ПМК, ПТК и отдельных компонентов обеспечения САПР, не вошедших в программные комплексы, объединённая общей для подсистемы функцией.
ПТК — программно-технические комплексы
компоненты обеспечения ПТК САПР
ПМК — программно-методические комплексы
компоненты обеспечения ПМК САПР
компоненты обеспечения САПР, не вошедшие в ПМК и ПТК
Совокупность КСАП различных подсистем формируют КСАП всей САПР в целом.
По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, которые обеспечивают различные аспекты проектирования.
CAD (англ. computer-aided design/drafting) — средства автоматизированного проектирования, в контексте указанной классификации термин обозначает средства САПР, предназначенные для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской и/или технологической документации, и САПР общего назначения.
CADD (англ. computer-aided design and drafting) — проектирование и создание чертежей.
CAGD (англ. computer-aided geometric design) — геометрическое моделирование.
CAE (англ. computer-aided engineering) — средства автоматизации инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов, осуществляют динамическое моделирование, проверку и оптимизацию изделий.
CAA (англ. computer-aided analysis) — подкласс средств CAE, используемых для компьютерного анализа.
CAM (англ. computer-aided manufacturing) — средства технологической подготовки производства изделий, обеспечивают автоматизацию программирования и управления оборудования с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем). Русским аналогом термина является АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки производства.
CAPP (англ. computer-aided process planning) — средства автоматизации планирования технологических процессов, применяемые на стыке систем CAD и CAM.
Многие системы автоматизированного проектирования совмещают в себе решение задач, относящихся к различным аспектам проектирования CAD/CAM, CAD/CAE, CAD/CAE/CAM. Такие системы называют комплексными, или интегрированными.
Рациональней всего для производства применять интегрированные системы, в связи с удобством и уменьшением сроков. Расчеты производятся в аналитической части продуктов САЕ. В данном реферате рассматривается применение метода конечных элементов в программном обеспечении, о чем пойдет речь далее