Спросить
Войти
КОМП&ЮТЕРН1 НАУКИ ТА 1НФОРМАЦ1ЙН1 ТЕХНОЛОГИ
УДК 621.869+514.18 DOI: 10.30977/BUL.2219-5548.2019.87.0.7
ОГЛЯД ДОСЯГНЕНЬ ТА НАПРЯМИ ДОСЛ1ДЖЕНЬ КОМП&ЮТЕРНОГО МОДЕЛЮВАННЯ МАШИН I МЕХАН1ЗМ1В У ХНАДУ
Кириченко 1.Г., Черн1ков О.В., Ходирев С.Я. Харкчвський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ун1верситет
Анотаця. Наведено огляд створених SD-моделей мехатзм^в та дорожмх i буд1вельних машин, як були розроблем nid керiвництвом euKnadanie кафедр iнженерноi та комп&ютерног& графти та будiвельних i дорожмх машин ím. А.М. Холодова за участi студентiв та асniрантiв. Про-аналiзовано можливостi планування та проведення вiртуальних ексnериментiв щодо режимiв роботи цих машин та аналiзу мiцностi ix конструкцт. Окреслено перелт можливих завдань для виршення методами комп&ютерного моделювання.
Ключов1 слова: комп&ютерне моделювання, цифрова модель, вiртуальний експеримент, дорой будiвельнi машини, Autodesk Inventor.
Вступ
Упровадження комп&ютерних технологш проектування було почато на мехашчному факультет ХНАДУ (iw ще ХАД1) 1986 р. Це була мова програмування ГРАФОР, що дозволяла створювати код, за яким можна було одержувати кресленики рiзних деталей. 1992 р. з появою перших персональних ЕОМ почалося впровадження в навчальний процес програми AutoCAD. У цш робот проведений аналiз упровадження в навчальний процес, курсове та дипломне проектування, а також у науковi дослщження можливостей комп&ютерного моделювання й перспективи ix пода-льшого використання.
Аналiз публжацш
Поступово з розвитком комп&ютерноi те-хшки, програмного забезпечення та досвщу роботи з програмою AutoCAD почалося пое-тапне вивчення методiв тривимiрного моделювання. У перюд 1992-2006 рр. створення тривимiрниx моделей виконувалося в пакет AutoCAD Mechanical Desktop, який дозволяв не тшьки створювати 3D-моделi окремих деталей, але й складальних одиниць, а також моделювати рух деталей у процесi роботи мехашзму [4].
Але яюсний стрибок у можливостях моделювання машин i меxанiзмiв вщбувся 2006 р., коли ушверситетом був придбаний пакет Autodesk Inventor Series. Основою цьо-го пакета була програма Inventor Professional, що дозволяла створювати докладну цифрову модель виробу - цифровий прототип - моделюючи не тшьки геометрда деталей, але й 1х основш фiзичнi властивостi [1-4].
Сьогодш з використанням ще! програми виконусться багато рiзниx дослiджень як у навчально-освггшх цiляx, так i в наукових розробках [5-11].
Мета i постановка завдання
У процес розроблення рiзниx моделей необхщно застосовувати найбшьш ефективнi методи як створення геометрп моделей, так i способи завдання складальних залежностей, якi надалi дозволяють моделювати рух еле-ментв конструкций Вiд правильного викори-стання можливостей, що представлеш у программ залежить вiрогiднiсть i точнють одержуваних результатiв, а також час, затра-чуваний на комп&ютернi експерименти.
Отже, порiвняльний аналiз застосованих для створення моделей методик, узагальнен-ня отриманих результатiв i вироблення алго-ритмiв i методiв моделювання для конкрет-них машин i меxанiзмiв, е досить важливою та актуальною проблемою.
Основна частина
Одшею з перших моделей меxанiзмiв, ви-конаних у процесi вивчення пакета Inventor, був планетарний редуктор (рис. 1). Для ii створення, зокрема за участ студентв, вщп-рацьовувалася послiдовнiсть моделювання окремих деталей, оптимiзувалися пiдxоди до створення параметричних ескiзiв, вивчалися можливостi та особливост використання «майс^в проектування» для створення валiв i зубчастих колiс.
Рис. 1. Модель схеми складання редуктора
На наступному еташ були створеш моделi будiвельних i дорожнiх машин з подальшою можливютю моделювання руху !х основних робочих механiзмiв i само! машини за заздав
Рис. 2. Приклади розроблених
З виходом нових версш програми (почи-наючи з 2011 р.), у яких було додане середо-вище динамiчного моделювання та розрахун-кiв на основi методу сюнченних елементiв, з&явилася можливiсть не просто моделювати рух механiзму, а й проводити вiртуальнi екс-перименти з розробленими цифровими прототипами. Важливим аспектом дослiджень у цих питаннях стае визначення необхвдно! деталь зацп моделей i припустимих спрощень. На-самперед ми навчилися дослiджувати стш-кiсть машин на дорогах i площадках з рiзним поздовжнiм та/або поперечним ухилом, ви-значати кути перекидання в разi рiзних пололегiдь заданою граекторiею. Також створеш (i продовжуюгь допрацьовувагися) елеменги кривошипно-шатунних, важiльних, маятни-кових га шших механiзмiв. Розробленi моде-лi га правила завдання складальних залежно-сгей стають основою для виконання студентами курсових i дипломних проекгiв.
На поточний момент створеш моделi (див. рис. 2) фронтального навантажувача (а), скрепера (б), екскаватора (в), автогрейдера (г), а також деяких шших машин.
Ц роботи представлялися на конференщ-ях i конкурсах рiзних рiвнiв i завжди викли-кали штерес (докладнiше див. [12]).
й машин для земляних робгг
жень робочого устаткування, аналiзуваги зу-силля та опорнi реакцп, що виникають в еле-ментах ходового устаткування в процес по-долання рiзних перешкод. На наведених iлюсграцiях предсгавленi приклади таких до-слщжень.
На рис. 3 розглянуп опорш реакци, що виникають на рамi автогрейдера за умови зу-сгрiчi з непереборною перешкодою. На рис. 4 наведена модель фронтального навантажувача та комп&ютерш експерименти з визначення його стшкост! На рис. 5 дослщжена кшема-тика роботи автопщйомника та моделювання траекторп для досягнення заданих точок.
Рис. 3. Визначення опорних реакцш автогрейдера
Рис. 4. Визначення поперечно! стшкост
Рис. 5. Кiнематичнi дослщження мобiльного пiдйомника
Останнi роботи присвячеш дослiдженням питань вiдповiдностi комп&ютерних моделей та ïx фiзичних прототипiв. Розглядаються можливостi припустимих спрощень реальних моделей та ощнки похибок, що виникають за умови таких спрощень.
Цього року здшснений переxiд на викори-стання наступноï версiï програми Inventor (2018), у яку може бути впроваджений про-гресивний розрахунковий модуль NASTRAN in CAD.
Проводиться аналiз нових можливостей, виправлених помилок i неточностей попере-днiх версiй; розглядаються новi варiанти ви-рiшення поставлених завдань, зокрема робота з моделями, створеними в шших пакетах (Solid Works, Компас) i передача моделей для розрахунюв у пакет ANSYS.
Висновки
Комп&ютерне моделювання дозволяе ви-рiшувати великий спектр шженерних i дослiдницьких завдань. Геометричне моделюван-ня пророблене найбшьш глибоким чином i його подальший розвиток полягае у створен-нi параметричних сiмейств деталей i вузлiв для можливостi вибору оптимальних розмь рiв об&ектiв. Набагато складшше виглядають завдання з моделювання поведiнки машин, ix вузлiв, агрегатв i складових частин. Цi завдання можуть бути виршеш тшьки методом послiдовного наближення вiртуальниx об&екпв (комп&ютерних моделей) до реаль-них машин. Однак багато завдань дослщни-цького характеру можуть бути устшно ви-рiшенi вже зараз, що й показано в цiй статп. Проте автори вважають, що на сучасному етапi варто провести комп&ютерш досль дження фiзичниx явищ щодо конструкцiй будiвельниx i дорожнix машин. Необхщно також розглянути можливiсть транслювання ЗD-моделей машин у програмнi продукти, що дозволяють виконувати розрахунки та математичш дослiдження iз заданих науко-вих напрямiв, такi як MatLab, Simulink i по-дiбнi. Результати цих робгг будуть представ-леш в наступних публiкацiяx.
Лiтература
References
papers], Dnepropetrovsk, PGASA, 2010, vyp. 57. P. 19-21. [in Russian].
Кириченко 1гор Георгшович, д.т.н., професор, +380(67) 705-54-74, igk160450@gmail.com, Чершков Олександр Вжторович, д.т.н., професор, +380(67) 578-23-12, cherni@khadi.kharkov.ua. Харшвський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет, 61002 МСП, Украша, м. Харшв, вул. Ярослава Мудрого, 25. Ходирев Сергш Якович, к.т.н., професор, +38 (057) 700-38-56, admin@khadi&kharkov.ua, Харшвський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет
Review of achievements and research directions in computer modeling of machines and mechanisms in KhNAHU
Abstract. The paper presents the implementation of computer-aided design technologies in the educational process, diploma design, as well as in scientific researches. It is underlined that a qualitative leap in the possibilities of modeling machines and mechanisms occurred in 2006, with the start of the Autodesk Inventor Series package using. It allowed creating a detailed model of the product - a digital prototype - simulating not only the geometry but also the basic physical properties of the parts. An important and actual problem is the analysis of the methods used for models creations, the generalization of the results obtained and the development of algorithms and modeling methods for specific machines and mechanisms. The created models of construction and road machines were described, as well as the elements of a crank, link, pendulum, and other mechanisms. With the addition of a dynamic modeling environment and calculations based on the finite element method, it became possible not only to simulate motion but to conduct virtual experiments with developed digital prototypes. First of all, it is the study of the stability of machines, the determination of tip-ping angles, the analysis of forces and support reactions in the elements of running equipment when overcoming obstacles. In conclusion, it was noted that computer modeling makes possible to solve a wide range of engineering and research problems. Geometric modeling is worked out most deeply, and the task is to create parametric families of parts. It is more difficult to model the behavior of machines, their components, assemblies and components. These problems should be solved by the method of successive approximation of virtual objects to real machines with acceptable simplifications. It is also necessary to conduct computer studies of physical phenomena as applied to the design of construction and road machines, including the possibility of integration with settlement systems (such as MatLab, Simulink, Ansys). The results of the research will be presented in future publications. Key words: computer simulation, digital model, virtual experiment, road and construction machines, Autodesk Inventor.
Kyrychenko Ihor, Doct. of Science, Professor, +380 (67) 705-54-74, igk160450@gmail.com, Chernikov Oleksandr, Doct. of Science, Professor, +380 (67) 578-23-12, cherni@khadi.kharkov.ua. Kharkiv National Automobile and Highway University, 25, Yaroslava Mudroho str., Kharkiv COM, 61002, Ukraine.
Khodyriev Serhii Yakovych, Ph.D., Prof., +38 (057) 700-38-56, admin@khadi.kharkov.ua, Kharkiv National Automobile and Highway University
Обзор достижений и направления исследований компьютерного моделирования машин и механизмов в ХНАДУ
Аннотация. Приведен обзор созданных 3D-моделей механизмов и дорожных и строительных машин, которые были разработаны под руководством преподавателей кафедр инженерной и компьютерной графики и строительных и дорожных машин им. А.М. Холодова с участием студентов и аспирантов. Проанализированы возможности планирования и проведения виртуальных экспериментов относительно режимов работы этих машин и анализа прочности их конструкций. Определен перечень возможных задач для решения методами компьютерного моделирования.
Кириченко Игорь Георгиевич, д.т.н., профессор, +380 (67) 705-54-74, igk160450@gmail.com, Черников Александр Викторович, д.т.н., профессор, +380 (67) 578-23-12, cherni@khadi.kharkov.ua. Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, 61002 ГСП, Украина, г. Харьков, ул. Ярослава Мудрого, 25. Ходырев Сергей Яковлевич, к.т.н., профессор, тел. +38 (057) 700-38-56, admin@khadi.kharkov.ua, Харьковский национальный автомобильно-дорожный ушверситет
