|
DOI: 10.14489/hb.2022.09.pp.024-031
Любимый Н. С., Польшин А. А., Тихонов А. А., Герасимов М. Д., Анциферов С. И., Лямина С. А., Голубева Н. Д.
ПРОВЕРКА СХОДИМОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫЧИСЛЕНИЯ ПРИ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОМ АНАЛИЗЕ КОМПОЗИТНОЙ ДЕТАЛИ
(c. 24-31)
Аннотация. Приведена методика оценки сходимости результатов расчетов композитной модели детали. Вопрос проверки сходимости результатов вычисления при конечно-элементном анализе является обязательным условием при проведении анализа нелинейного расчета. Описано отличие нелинейного расчета и его особенностей, актуального для расчета композитных деталей, имеющих контакт поверхностей различных материалов. Исследуемая в статье деталь является композитной, состоящей из металлической оболочки, гипотетически изготовленной путем аддитивной печати металлом и заполненной металлополимером. Таким образом, исследуется деталь, имеющая контакт двух различных по свойствам материалов. В качестве решателя используется NX Nastran SolidEdge ST10. В статье описывается, как реализуется проверка сходимости в программной среде SolidEdge ST10. При этом ввиду особенностей SolidEdge ST10 оценка сходимости в данном примере проводилась при последовательном варьировании размеров сетки конечных элементов. Среди анализируемых расчетных данных использовались параметры запаса прочности, деформаций и напряжений. Результаты расчетов систематизированы и представлены в виде соответствующих графиков. Дана оценка влиянию размера сетки конечных элементов на точность получаемых результатов и целесообразность использования сетки конечных элементов с оптимальным размером. Критерий оптимальности заключался в использовании такого размера сетки конечных элементов, который позволил бы получить адекватные результаты вычисления при максимально эффективном использовании ресурса электронно-вычислительной машины. В заключение описаны рекомендации использования предложенной методики для применения инженерами-проектировщиками при разработке композитных и других конструкций деталей при нелинейном анализе.
Ключевые слова: конвергенция; конечно-элементный анализ; металлополимер; композит; прочность; сетка элементов.
Lubimyi N. S., Polshin A. A., Tikhonov A. A., Gerasimov M. D., Antsiferov S. I., Lyamina S. A., Golubeva N. D.
CHECKING THE CONVERGENCE OF CALCULATION RESULTS DURING FINITE ELEMENT ANALYSIS OF A COMPOSITE PART
(pp. 24-31)
Abstract. The article presents a technique for assessing the convergence of the results of calculations of the composite model of the part. The question of checking the convergence of calculation results in finite element analysis is a prerequisite for the analysis of a nonlinear calculation. The article provides a description of the difference between the nonlinear calculation and its features, relevant for the calculation of composite parts with surface contact of various materials. The part studied in the article is a composite one, consisting of a metal shell, hypothetically manufactured by metal addivitive printing and filled with a metal polymer. Thus, a part is examined that has contact of two materials with different propertios. NX Nastran SolidEdge ST10 is used as a solver. The article describes how the convergence check is implemented in the SolidEdge ST10 software environment. At the same time. Due to the peculiarities of SolidEdge ST10, The convergence assessment in this example was carried out by successively varying the size of the element mesh. Among the analyzed calculated data, the parameters of the safety factor, deformations and stresses were used. The calculation results were systematized and presented in the form of appropriate graphs. An assessment is made of the infiuence of the finite element mesh size on the accuracy of the results obtained and the advisability of using a finite element mesh with the optimal size. The optimality criterion was to use such a finite element mesh size that would allow obtaining adequate calculation results with the most efiicient use of the computer resource. In conclusion, the recommendations for using the proposed methodology for use by design engineers in the development of composite and other part designs in nonlinear analysis are described.
Keywords: Convergence; Finite element analysis; Metal polymer; Composite; Strength; Mesh of elements.
Н. С. Любимый, А. А. Польшин, А. А. Тихонов, М. Д. Герасимов, С. И. Анциферов, С. А. Лямина, Н. Д. Голубева (Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухов, Белгород, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
N. S. Lubimyi, A. A. Polshin, A. A. Tikhonov, M. D. Gerasimov, S. I. Antsiferov, S. A. Lyamina, N. D. Golubeva (Belgorod State Technological University named after V. G. Shukhov, Belgorod, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Jeng Y. R., Liu D. S., Yau H. T. Fast Numerical Algorithm for Optimization Mold Shape of Direct Injection Molding Process // USA: Materials and Manufacturing Processes. 2013. V. 6. P. 689 – 694.
2. Lubimyi N. S., Chepchurov M. S., Evtushenko E. I., Voronenko V. P. Calculation of Fixing Element of Metal-Polymeric Mold-Forming Surface of Mold in Metal Cage // Actual Issues of Mechanical Engineering. 2017. V. 133. P. 433 – 438.
3. Justification of the Use of Composite Metal-Metal-Polymer Parts for Functional Structures / N. S. Lubimyi, A. A. Polshin, M. D. Gerasimov, et al. // Polymers. 2022. V. 14. P. 340 – 352. URL: https://doi.org/10.3390/ polym14020352
4. Khan S., Gunpinar E., Moriguchi M., Suzuki H. Evolving a Psycho-physical Distance Metric for Generative Design Exploration of Diverse Shapes // J. Mech. Des. Trans. ASME. 2019. V. 141. 111101 p. URL: https://doi.org/ 10.1115/ 1.4043678
5. Nisar M. M., Zia S., Fenoon M., Alquabeh O. Generative Design of a Mechanical Pedal // Int. J. Eng. Manag. Sci. 2021. V. 6. P. 48 – 58. URL: https://doi.org/ 10.21791/ ijems.2021.1.5
6. Generative Design Approach for Product Development / P. R. Shrestha, D. Timalsina, S. Bista, et al. // In Proceedings of the AIP Conference Proceedings, Krasnoyarsk Russia. 2021. 2397 p.
7. Leary M. Generative Design // In Design for Additive Manufacturing; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands. 2020. P. 203 – 222. URL: https://doi.org/ 10.1016/ B978-0-12-816721-2.00007-5
8. Generative design for project optimization / A. Di. Filippo, M. Lombardi, F. Marongiu, et al. // In Proceedings of the Proceedings–DMSVIVA 2021: 27th International DMS Conference on Visualization and Visual Languages, KSIR Virtual Conference Center, USA.
9. Пат. 2046714, Российская Федерация, B29C 33/00. Способ изготовления формообразующих элементов прессформ / Семенюк А. В.; заявитель и патенто-обладатель Научно-производственная фирма «Сокол» (UA). № 5046862/05; заявл. 09.01.1992; опубл. 27.10.1995. 4 с.
10. Liang J., Narahara H., Koresawa H., Suzuki H. Verification and Evaluation of Automatically Designed Cooling Channels for Block-laminated Molds // UK: The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2014. V. 75. P. 1751 – 1761.
11. Romanovich A. A., Ebrahim A., Romanovich M. A. Improving the Efficiency of the Material Grinding Process // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. V. 945. P. 012060 – 012073.
12. Design for Additive Manufacturing: Trends, Opportunities, Considerations, and Constraints / M. K. Thompson, G. Moroni, T. Vaneker , et al. // CIRP Annals-Manufacturing Technology. 2016. V. 65. P. 737 – 760. URL: http:// dx.doi.org/10.1016/j. cirp.2016.05.004
13. Металлополимеры LEO [Электронный ресурс]. URL: http://www.leopolimer.ru/index.htm (дата обращения: 16.03.2022).
14. Майникова Н. Ф., Жуков Н. П., Рогов И. В. Моделирование теплопереноса в полимерном материале при фазовом переходе // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2008. № 3. С. 490 – 494.
15. Анциферов С. И., Карачевцева А. В., Сиваченко Л. А. Проектирование и дизайн изделия в CAD/ CAM/CAE системе NX под управлением PLM системы TEAMCENTER // Техническая эстетика и дизайн-исследования. 2019. № 2. С. 45 – 52. DOI: 10.34031/2687-0878-2019-1-2-45-52
16. Анциферов С. И., Лютенко А. О., Сычев Е. А., Сиваченко Л. А. Цифровое проектирование с применением генеративного дизайна // Техническая эстетика и дизайн-исследования. 2019. № 4. С. 38 – 44. DOI: 10.34031/ 2687-0878-2019-1-4-38-44
1. Jeng Y. R., Liu D. S., Yau H. T. (2013). Fast Numerical Algorithm for Optimization Mold Shape of Direct Injection Molding Process. Materials and Manufacturing Processes, Vol. 6, pp. 689 – 694.
2. Lubimyi N. S., Chepchurov M. S., Evtushenko E. I., Voronenko V. P. (2017). Calculation of Fixing Element of Metal-Polymeric Mold-Forming Surface of Mold in Metal Cage. Actual Issues of Mechanical Engineering, Vol. 133, pp. 433 – 438.
3. Lubimyi N. S., Polshin A. A., Gerasimov M. D. et al. (2022). Justification of the Use of Composite Metal-Metal-Polymer Parts for Functional Structures. Polymers,Vol. 14, pp. 340 – 352. Available at: https://doi.org/10.3390/ polym14020352
4. Khan S., Gunpinar E., Moriguchi M., Suzuki H. (2019). Evolving a Psycho-physical Distance Metric for Generative Design Exploration of Diverse Shapes. Journal of Mechanical Design. Transactions of ASME, Vol. 141. Available at: https://doi.org/ 10.1115/ 1.4043678
5. Nisar M. M., Zia S., Fenoon M., Alquabeh O. (2021). Generative Design of a Mechanical Pedal. International Journal of Engineering and Management Sciences, Vol. 6, pp. 48 – 58. Available at: https://doi.org/10.21791/ ijems.2021.1.5
6. Shrestha P. R., Timalsina D., Bista S. et al. (2021). Generative Design Approach for Product Development. In Proceedings of the AIP Conference Proceedings. Krasnoyarsk.
7. Leary M. (2020). Generative Design. In Design for Additive Manufacturing, pp. 203 – 222. Amsterdam: Elsevier. Available at: https://doi.org/10.1016/ B978-0-12-816721-2.00007-5
8. Filippo A. Di., Lombardi M., Marongiu F. et al. (2021). Generative design for project optimization. In Proceedings of the Proceedings–DMSVIVA 2021: 27th International DMS Conference on Visualization and Visual Languages. KSIR Virtual Conference Center.
9. Semenyuk A. V. (1995). Method for manufacturing shaping elements of molds. Ru Patent No. 2046714. Russian Federation. [in Russian language]
10. Liang J., Narahara H., Koresawa H., Suzuki H. (2014). Verification and Evaluation of Automatically Designed Cooling Channels for Block-laminated Molds. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 75, pp. 1751 – 1761.
11. Romanovich A. A., Ebrahim A., Romanovich M. A. (2020). Improving the Efficiency of the Material Grinding Process. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Vol. 945, pp. 012060 – 012073.
12. Thompson M. K., Moroni G., Vaneker T. et al. (2016). Design for Additive Manufacturing: Trends, Opportunities, Considerations, and Constraints. CIRP Annals-Manu-facturing Technology, Vol. 65, pp. 737 – 760. Available at: http://dx.doi.org/10.1016/j. cirp.2016.05.004
13. LEO metal polymers. Available at: http://www.leopolimer.ru/index.htm (Accessed: 16.03.2022). [in Russian language]
14. Maynikova N. F., Zhukov N. P., Rogov I. V. (2008). Modeling heat transfer in a polymer material during a phase transition. Vestnik Tambovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, (3), pp. 490 – 494. [in Russian language]
15. Antsiferov S. I., Karachevtseva A. V., Sivachenko L. A. (2019). Design and product design in NX CAD / CAM / CAE system controlled by TEAMCENTER PLM system. Tekhnicheskaya estetika i dizayn-issledovaniya, (2), pp. 45 – 52. [in Russian language] DOI: 10.34031/2687-0878-2019-1-2-45-52
16. Antsiferov S. I., Lyutenko A. O., Sychev E. A., Sivachenko L. A. (2019). Digital design with generative design. Tekhnicheskaya estetika i dizayn-issledovaniya, (4), pp. 38 – 44. [in Russian language] DOI: 10.34031/ 2687-0878-2019-1-4-38-44
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/hb.2022.09.pp.024-031
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/hb.2022.09.pp.024-031
and fill out the form
.
|
Archive
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»