Раздел 2
Теоретические основы параметрического
анализа и синтеза крупногабаритных
пространственных конструкций
Анализ конструкций, приведенных в разд. 1, показывает, что все они являются
сложными многокомпонентными механическими системами, и проблема автоматизации
процесса их проектирования, исследования и изготовления должна решаться на
основе системного подхода [119].
Одной из важнейших составных частей процессов проектирования и исследования
конструкций является определение параметров напряженно-деформированного
состояния их наиболее нагруженных и ответственных элементов от всего комплекса
действующих нагрузок (рабочих, монтажных, испытательных и др.). Для выполнения
таких исследований, как отмечено в разд. 1, наиболее целесообразно применение
метода конечных элементов, реализованного в виде современных программных
пакетов (ANSYS, NASTRAN и др.). Кроме того, что такие программные средства
обладают широкими функциональными возможностями, они интегрируются в лучшие
современные системы автоматизированного проектирования (Pro/ENGINEER, CATIA,
UG, SolidWorks). Это позволяет решать не только задачи анализа
напряженно-деформированного состояния конструкций, но также и отдельные задачи
оптимизации. В частности, довольно просто выполняется анализ чувствительности
конструкций к изменению их конструктивных параметров, параметрический анализ,
параметрическая оптимизация конструкций. Но возможности этих систем
исчерпываются как только возникает задача структурного синтеза или задача
построения оптимизационных процедур для сложных конструкций (аналогичных
представленным в разд. 1), параметры которых описываются множествами со сложной
системой ограничений и связей. Причина этого затруднения – неприспособленность
существующих систем компьютерного проектирования к оперированию с
трудноформализуемыми данными. Кроме того, существует проблема взаимосвязи в
системе „проектант – программный комплекс”, суть которой состоит в том, что,
как правило, для расчетов и проектирования сложных конструкций приходится
привлекать специалистов, владеющих программными комплексами, но не являющихся
специалистами в проектировании, хотя более целесообразным было бы выполнение
этих работ самими проектировщиками конструкций. Особенно резко эти
обстоятельства проявляются при проектировании новых конструкций в условиях
дефицита времени.
Для преодоления указанных обстоятельств при проектировании сложных и
ответственных крупногабаритных силовых конструкций необходимо решение следующих
задач:
1. Разработка расчетных моделей крупногабаритных пространственных конструкций,
в которых естественным образом учитываются количественные, качественные,
структурные характеристики проектируемых конструкций.
2. Разработка структуры интегрированной системы автоматизированного
проектирования крупногабаритных пространственных конструкций на основе анализа
их напряженно-деформированного состояния путем объединения геометрического и
конечно-элементного моделирования с учетом специфических особенностей
проектируемых конструкций.
3. Реализация предложенного подхода при решении конкретных прикладных задач, а
именно, для исследования напряженно-деформированного состояния сварных рам
ветроэнергетических установок большой мощности.
2.1. Обобщенное параметрическое описание крупногабаритных пространственных
конструкций
Основной задачей, решаемой в процессе создания конструкции, является получение
ее необходимых технических характеристик.
Множество характеристик конструкции Т включает в себя ее прочностные,
жесткостные, технологические, эксплуатационные, экономические, экологические и
другие характеристики. Эти характеристики обусловливаются целым рядом
параметров данной конструкции (структура, геометрические размеры,
конструкционные материалы, особенности технологического процесса изготовления,
условия эксплуатации и т.д.). Существует определенная связь между множеством
характеристик и множеством параметров [3]:
. (2.1)
Задача, стоящая перед проектировщиками конструкции, заключается в определении
такого множества параметров , которое обеспечит конструкции требуемые
характеристики :
. (2.2)
Очевидно, что такая задача является сложной и в большинстве случаев не имеющей
однозначного решения.
Основная идея обобщенного параметрического подхода к анализу и синтезу
конструкций [1-6, 107-117] состоит в том, чтобы реализованный в существующих
системах CAD/CAM/CAE обычный параметрический подход расширить путем
использования дополнительных специализированных модулей (рис. 2.1). В рамках
этих модулей возможно организовать не только традиционную параметризацию, но и
дополнительно принять в качестве обобщенных параметров такие параметры, как
структура расчетной модели, конструктивное решение, тип конечно-элементной
разбивки, способы реализации соединения элементов конструкций и т.п. При этом
создание специального метаязыка, который формализует описание модели, не
требуется. Для того или иного класса конструкций, исходя из опыта
проектирования, изготовления и исследования, строится внутренний алгоритм,
который по простому набору входных данных осуществляет построение набора
инструкций на языке команд систем CAD/CAM/CAE высокого уровня для создания
соответствующей модели проектируемой конструкции. Именно “спецмодуль
моделирования” (рис. 2.1) дает возможность реализовывать такую параметризацию,
которая напрямую недоступна или трудноорганизуема в универсальных САПР.
Введение такого внешнего модуля является основной особенностью обо
- Київ+380960830922