FEM analýza v Autodesk Inventoru

Pro ukázkové využití FEM modulu integrovaného v Autodesk Inventoru jsme zvolili nepatrně netradiční příklad. Nepochází čistě ze strojírenské oblasti, ale z modelářské praxe. Může být i pěknou úlohou pro výuku Autodesk Inventoru, případně pro školení. Při řešení úloh pomocí FEM modulu můžeme vyhodnocovat:

Nalezení mezních hodnot – postup, který vede k analýze konkrétních hodnot napjatosti, případně deformací. Jedná se o postupy u nichž nás zajímají především konkrétní hodnoty těchto stavů. Ideálním postupem je samozřejmě sbíhavé řešení z několika realizovaných výpočtů.

Analýza variant – je postup, při kterém klademe důraz na analýzu kritickým míst a jejich porovnání ve více variantách. Cílem těchto postupů není ani tak výpočet konkrétních hodnot napětí a deformace, ale především porovnání variantních řešení konstrukce.

Vyhodnocovaná sestava

V našem případě výpočtu se jednalo o analýzu motorového lože pro pohon modelu letadla s hmotností přibližně 1 kg. Jednalo se o akrobatický model, který je velmi citlivý na deformaci motorového lože v průběhu letu. Poměrně kritickou hodnotou je také hmotnost motorového lože. Proto bylo nutné navrhnout jeho geometrii a optimalizovat jeho tuhost pomocí kompozitních prvků.

V Autodesk Inventoru je možné použít FEM analýzy pouze na jednotlivé součásti. Proto je nutné celek motorového lože (sestavu) v prvním kroku vždy převést na homogenní součást. V našem případě lze tuto konverzi považovat za přijatelnou pouze pro účely optimalizace, nikoliv pro účely přesných výpočtů. V opačném případě bychom museli výpočet realizovat ve FEM software s podporou kontaktních úloh.

Analýza deformace lože

Pro náš účel byla geometrie zatěžována postupně silami v axiálním a radiálním směru s vyhodnocením deformace motorového lože. Do jednoduché tabulky byly zaznamenávány kritické deformace a postupně tak byla optimalizována jeho konstrukce. Optimalizace se skládala z odebírání materiálu z vlastního polotovaru motorového lože v podobě odlehčení a přidávání kompozitních výztuh do kritických míst. Postupně se tak podařilo dosáhnout optimální konstrukce uložení motoru při zachování velmi nízké hmotnosti. V našem případě se jednalo o snížení hmotnosti lože z původních 84 gramů na přibližně polovinu.

Analýza napjatosti (pouze orientační)

Závěrem mi dovolte poznámku k FEM analýzám. Jedná se o postupy, nad, kterými je vždycky nutné mít výrazný technický nadhled. Kritickým bodem řešení je vždy přesná simulace vazebních podmínek a zatížení.