Инженерный анализ в металлургическом машиностроении

Проведение инженерного анализа необходимо не только при проектировании новых металлургических объектов, но и в не меньшей мере при реконструкции уже существующего оборудования. В то же время, стоит заметить, что специализированных средств инженерного анализа именно в металлургическом машиностроении на сегодняшний день не разработано, поэтому приведем примеры существующих систем анализа и их возможностей, которые могут быть полезны при проектировании новых и реконструкции уже существующих металлургических агрегатов.

Функции CAE-систем связаны с проектными процедурами анализа, моделирования и оптимизации проектных решений. В состав таких систем включают программы для выполнения следующих процедур:

· моделирование полей физических величин, в том числе анализ прочности, деформаций;

· расчет состояний моделируемых объектов и переходных процессов в них;

· имитационное моделирование сложных производственных систем на основе моделей массового обслуживания (цепи Маркова) и сетей Петри.

Сеточная модель, представляющая собой совокупность узлов и элементов, разбивает конструкцию на отдельные конечные элементы. Другими словами, сеточная модель натягивается на расчетную модель. Примеры разбиения конструкции на конечные элементы (создания сеточной модели) представлены на рис. 4.1 и 4.2.

Рис.4.1. Геометрическая модель опорного валка клети "кварто" с натянутой на нее сеточной моделью

Если классифицировать задачи инженерного анализа при проектировании или реконструкции металлургического оборудования и требования к их реализации, то это:

· несложные задачи, например статический расчет без сложных процессов (например, расчет напряженно-деформированного состояния). Для их решения годятся специализированные программы анализа, например. АРМ WinMachine, Autodesk Mechanical Desktop. Первый этап – наложение ограничений и сил (рис. 1, а приложения); второй этап – наложение сетки на твердотельную модель станины (рис. 4.2); третий этап – отображение результатов (напряжений, деформаций) в цвете вместе с цветовой шкалой (рис. 2, 3 приложения), также можно отобразить изгиб в результате приложенной нагрузки (рис. 1, б приложения), можно отобразить напряжение, деформацию в сечении или на половине детали.

АРМ WinMachine, Autodesk Mechanical Desktop довольно просты в использовании и обучении, не требуют глубоких знаний методов конечных элементов. Но при этом отсутствует ассоциативность CAE-системы с CAD, т.е. изменение CAD-модели не приводит к изменениям в расчетной модели. Этого недостатка нет у систем инженерного анализа, встроенных в так называемые "тяжелые" САПР, – универсальных систем анализа;

· сложные по постановке и реализации задачи, например задачи динамики с большими деформациями и ударными нагрузками. Такие задачи требуют применения мощных полнофункциональных систем инженерного анализа – программных систем проектирования.

Выбрав специализированную или универсальную систему, невозможно решить сложные задачи, а выбрав мощную CAE-систему, экономически нерентабельно решать задачи среднего уровня, занимая мощные вычислительные ресурсы технического обеспечения. Если использовать системы трех уровней, то необходимо решать вопрос: как осуществлять взаимодействие между ними? Кроме того, необходимо использовать собственные методики расчета металлургического оборудования.

Таким образом, хотя и имеется большой спектр систем для инженерного анализа, но нельзя однозначно выделить одну из них и рекомендовать использовать при проектировании металлургических агрегатов только ее.

В дальнейшем в качестве примера рассмотрим отечественный пакет программ АРМ WinMachine и оценим возможности применения его при проектировании и модернизации металлургического оборудования.