Расчет и построение модели копильника емкостью 12,6 тонн

2 ОПИСАНИЕ ПРИМЕНЯЕМЫХ СРЕДСТВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

       В данном курсовом проекте используются следующие средства проектирования: Компас - 3D, MathCAD, Solid Works (модуль CosmosXress).

       Компас – 3D: «Система проектирования Компас-3D разработана российской компанией ЗАО «Аскон». Программа Компас-3D позволяет моделировать объекты за относительно короткое время и быстро запускать проекты в производство. Это стало возможным благодаря большим возможностям программы.

        Система Компас-3D позволяет быстро оформить технологическую и конструкторскую документацию, полностью передать геометрию объекта в расчетные пакеты и пакеты, которые используют ЧПУ. Кроме этого программа позволяет создавать дополнительные изображения деталей, которые могут понадобиться при составлении каталогов и другой документации. Компас-3D является системой трехмерного моделирования твердых тел, модулем по проектированию спецификаций и чертежно-графическим редактором.

       Целью работы системы трехмерного твердотельного моделирования является создание трехмерных моделей изделий и объектов, сборочные единицы с оригинальными и конструктивными элементами. Эта система позволяет получать модели изделий из ранее спроектированных.

        Модуль проектирования спецификаций используется с компонентами системы проектирования Компас-3D и позволяет создавать различные спецификации к ведомости проектов, к графической документации и различными табличными документами. Есть возможность связывать документ-спецификацию со сборочным чертежом, или трехмерной моделью.

        Чертежно-графический редактор используется в машиностроении, строительстве и архитектуре и предназначен для автоматизирования проектных работ.

        Система проектирования Компас-3D имеет адаптированный интерфейс для создания проектов в строительной и машиностроительной области. Программа Компас-3D является отличным аналогом зарубежных программ системы САПР» [5].

       MathCAD: «Mathcad — система компьютерной алгебры из класса систем автоматизированного проектирования, ориентированная на подготовку интерактивных документов с вычислениями и визуальным сопровождением, отличается легкостью использования и применения для коллективной работы.

       Mathcad был задуман и первоначально написан Алленом Раздовом из Массачусетского технологического института (MIT), соучредителем компании Mathsoft, которая с 2006 года является частью корпорации PTC (Parametric Technology Corporation).

       Mathcad имеет интуитивный и простой для использования интерфейс пользователя. Для ввода формул и данных можно использовать как клавиатуру, так и специальные панели инструментов.

      Некоторые из математических возможностей Mathcad (версии до 13.1 включительно) основаны на подмножестве системы компьютерной алгебры Maple (MKM, Maple Kernel Mathsoft). Начиная с 14 версии — использует символьное ядро MuPAD.

      Работа осуществляется в пределах рабочего листа, на котором уравнения и выражения отображаются графически, в противовес текстовой записи в языках программирования. При создании документов-приложений используется принцип WYSIWYG (What You See Is What You Get — «что видишь, то и получаешь»).

       Несмотря на то, что эта программа, в основном, ориентирована на пользователей-непрограммистов, Mathcad также используется в сложных проектах, чтобы визуализировать результаты математического моделирования путем использования распределённых вычислений и традиционных языков программирования. Также Mathcad часто используется в крупных инженерных проектах, где большое значение имеет трассируемость и соответствие стандартам.

       Mathcad достаточно удобно использовать для обучения, вычислений и инженерных расчетов[4]. Открытая архитектура приложения в сочетании с поддержкой технологий .NET и XML позволяют легко интегрировать Mathcad практически в любые ИТ-структуры и инженерные приложения. Есть возможность создания электронных книг (e-Book).

       Основные возможности: Mathcad содержит сотни операторов и встроенных функций для решения различных технических задач. Программа позволяет выполнять численные и символьные вычисления, производить операции со скалярными величинами, векторами и матрицами, автоматически переводить одни единицы измерения в другие.

       Среди возможностей Mathcad можно выделить:

1)Решение дифференциальных  уравнений, в том числе и численными  методами

2)Построение двумерных  и трёхмерных графиков функций (в разных системах координат: контурные, векторные и т.д.)

3)Использование греческого  алфавита, как в уравнениях, так  и в тексте

4)Выполнение вычислений  в символьном режиме

5)Выполнение операций с векторами и матрицами

6)Символьное решение систем  уравнений

7)Аппроксимация кривых

8)Выполнение подпрограмм

9)Поиск корней многочленов  и функций

10)Проведение статистических  расчётов и работа с распределением  вероятностей

11)Поиск собственных чисел  и векторов

12)Вычисления с единицами  измерения

      С помощью Mathcad инженеры могут документировать все вычисления в процессе их проведения.

       Назначение:  Mathcad относится к системам компьютерной алгебры, то есть средств автоматизации математических расчетов. В этом классе программного обеспечения существует много аналогов различной направленности и принципа построения. Наиболее часто Mathcad сравнивают с такими программными комплексами, как Maple, Mathematica, MATLAB, а также с их аналогами MuPAD, Scilab, Maxima и др. Впрочем, объективное сравнение осложняется в связи с разным назначением программ и идеологией их использования.

       Интерфейс: основное отличие Mathcad от аналогичных программ — это графический, а не текстовый режим ввода выражений. Для набора команд, функций, формул можно использовать как клавиатуру, так и кнопки на многочисленных специальных панелях инструментов. В любом случае — формулы будут иметь привычный, аналогичный книжному, вид. То есть     особой подготовки для набора формул не нужно. Вычисления с введенными формулами осуществляются по желанию пользователя или мгновенно, одновременно с набором, либо по команде. Обычные формулы вычисляются слева направо и сверху вниз (подобно чтению текста). Любые переменные, формулы, параметры можно изменять, наблюдая воочию соответствующие изменения результата. Это дает возможность организации действительности интерактивных вычислительных документов.

      Отдельно следует отметить возможность использования в расчетах Mathcad величин с размерностями, причем можно выбрать систему единиц: СИ, СГС, МКС, английскую, или построить собственную. Результаты вычислений, разумеется, также получают соответствующую размерность. Пользу от такой возможности трудно переоценить, поскольку значительно упрощается отслеживание ошибок в расчетах, особенно в физических и инженерных.

       Графика: в  среде Mathcad фактически нет графиков функций в математическом понимании тер мина, а есть визуализация данных, находящихся в векторах и матрицах (то есть осуществляется построение, как линий, так и поверхностей по точкам с интерполяцией), хотя пользователь может об этом и не знать, поскольку у него есть возможность использования непосредственно функций одной или двух переменных для построения графиков или поверхностей соответственно.

 

       Использование компонентов: в  документах-программах Mathcad есть возможность вставки модулей (component) других приложений для расширения возможностей визуализации, анализа данных, выполнение специфических вычислений.

 

      Solid Works: «Solid Works - это система гибридного параметрического моделирования, которая предназначена для проектирования деталей и сборок в трёхмерном пространстве с возможностью проведения различных видов экспресс-анализа, а также оформления конструкторской документации в соответствии с требованиями ЕСКД.

       Отличительными особенностями базового модуля Solid Works являются:

1)твердотельное и поверхностное параметрическое моделирование;

2)полная ассоциативность  между деталями, сборками и чертежами;

3)богатый интерфейс импорта/экспорта  геометрии;

4)экспресс-анализ прочности  деталей и кинематики механизмов;

5)специальные средства  по работе с большими сборками;

6)простота в освоении  и высокая функциональность;

7)гибкость и масштабируемость;

8)100% соблюдение требований  ЕСКД при оформлении чертежей;

9)русскоязычный интерфейс  и документация.

       В Solid Works можно одинаково удачно работать как с твёрдыми телами, так и с поверхностями. Как правило, деталь представляет собой твёрдое тело, поверхность, либо - сочетание твердого тела и набора поверхностей. Процесс построения 3D модели основывается на создании элементарных геометрических примитивов и выполнения различных операций между ними.

       3D модель несёт в себе наиболее полное описание физических свойств объекта (объем, масса, моменты инерции) и даёт проектанту возможность работы в виртуальном 3D пространстве, что позволяет на самом высоком уровне приблизить компьютерную модель к облику будущего изделия, исключая этап макетирования.

       В течение последних нескольких лет разработчики Solid Works уделяют пристальное внимание работе с большими сборками, количество компонентов которых может составлять десятки и сотни тысяч единиц. Безусловно, для работы с такими комплексными моделями требуется использовать специальные методики управления отдельными деталями и узлами сборки, рационально распоряжаться ресурсами процессора и оперативной памяти.

      Для этого в Solid Works существует специальный режим, который так и называется "Режим работы с большими сборками". Этот режим позволяет оптимально распределить программные и аппаратные ресурсы, экономя, таким образом, время загрузки и перестроения сборки. Лучшим доказательством работоспособности "Режим работы с большими сборками" являются работы наших заказчиков, которые в течение последних двух лет создают крупные проекты, состоящие из 10 - 60 тысяч компонентов.

      В базовую конфигурацию Solid Works, входит модуль экспресс-анализа прочности - COSMOSXpress. COSMOSXpress является "облегчённой" версией пакета COSMOSWorks, и предназначен, в первую очередь, для инженеров-проектировщиков, не обладающих глубокими познаниями в теории конечно-элементного анализа. Тем не менее, COSMOSXpress позволяет проектировщику определить, где расположены концентраторы напряжений, оценить "перетяжелённые" элементы конструкции, из которых может быть удалён избыточный материал с целью снижения веса и, соответственно, стоимости будущего изделия.

       COSMOSXpress выполнен в виде программы-помощника, подсказывающей пользователю последовательность действий, необходимых для подготовки расчётной модели и проведения анализа. Пользовательский интерфейс COSMOSXpress, как и Solid Works, выполнен на русском языке, что по-своему уникально, поскольку этого нет ни в одной импортной системе конечно-элементного анализа.

Любое современное производство основано на интенсивном обмене электронными моделями не только внутри и между подразделениями, но и между предприятиями-подрядчиками, работающими над общим заказом. Широкое распространение САПР-технологий обусловило то, что в настоящий момент нельзя, пожалуй, назвать ни одного предприятия, на котором не используется одновременно несколько различных CAD/CAM/CAE систем, каждая из которых имеет собственный формат хранения данных.

Встроенные трансляторы Solid Works не только читают, визуализируют и записывают геометрию, но также исправляют, восстанавливают и конвертируют ее в твердотельное или поверхностное представление. 3D геометрия или 2D чертежи, загруженные в Solid Works, могут быть доработаны, отредактированы либо использованы для создания новых моделей. Одновременно поддерживается до десяти различных версий каждого из трансляторов, что позволяет обмениваться данными даже с самыми устаревшими версиями различных CAD/CAM/CAE систем. Благодаря этому Solid Works можно расценивать в качестве связующего звена или, другими словами, - базовой САПР предприятия, поддерживающей наработки, выполненные в разном программном обеспечении.

Процесс конструирования в Solid Works не заканчивается на разработке объемных деталей и сборок. Программа позволяет автоматически создавать чертежи по заданной 3D модели, исключая ошибки проектанта, неизбежно возникающие при начертании проекций изделия вручную. Solid Works поддерживает чертёжные стандарты GOST, ANSI, ISO, DIN, JIS, GB и BSI. Чертежи Solid Works обладают двунаправленной ассоциативностью с 3D моделями, благодаря чему размеры модели всегда соответствуют размерам на чертеже.

 

В Solid Works имеется бесплатный модуль - eDrawings, с помощью которого можно создавать, просматривать и выводить на печать электронные чертежи Solid Works и AutoCAD. Благодаря встроенной программе просмотра чертежи eDrawings можно сразу же открыть для просмотра без использования каких-либо заранее установленных на компьютере CAD-систем или других средств просмотра. Очень удобным и наглядным средством, позволяющим понять конструкцию изделия, изображённого на чертеже, является возможность анимировать чертёж и посмотреть, как соотносятся между собой чертежные виды» [6].