Autodesk Inventor a týmové řešení projektů, 9. díl

Autodesk pro své uživatele software řešení Autodesk Inventor Series spadající do spektra moderních CAD/CAE aplikací s integrovanými FEM a PDM nástroji. Velkou výhodou Autodesk Inventoru je jeho vysoká integrace s technickými nástroji a především velmi snadná obsluha postavená na základech adaptivního modelování a funkčního navrhování.

Verifikace limitních stavů

Při konstrukci výrobků mohou být v častých případech některé hodnoty limitní. Může se jednat například o tloušťku stěny výrobku, která nesmí být zmenšena při navrhování pod požadovanou hodnotu, stejně jako nemůžeme například překročit limit hmotnosti apod.  Autodesk Inventor je vybaven pro tyto analýzy nástrojem, který je založen na sledování mezních hodnot geometrických a fyzikálních parametrů. Jedná se o pomůcku kterou je možné efektivně využívat i například v konstrukci sestav, kdy musíme hlídat určité mezní stavy navrhovaných součástí. 

Při prvním použití limitních stavů je nutné pochopit především jak Inventor požadované hodnoty verifikuje. Obecně lze nastavit buď jedinou (zelenou) hodnotu, která je předdefinována tak, že bere úvahu 90% až 110% výchozí hodnoty nebo lze limitní stavy rozšířit o žluté hodnoty (70-90% a 110-130%), případně o červené hodnoty s extrémní odchylkou  (50-70% a 130-150%).

Nastavení vyhodnocení mezních stavů hmotnosti

Hodnoty jsou vyhodnocovány v prohlížeči součástí, položce AutoLimity, případně jsou příslušné symboly zobrazovány přímo na vyžádání v blízkosti geometrie příslušné součásti. Nastavení hodnoty limitů geometrických hodnot lze provádět buď s využitím jediné, zelené hodnoty, nebo s využitím zvýraznění odchylek (žlutý a červený stav). Obecně lze považovat využití jediného symbolu s fixním rozsahem pro běžnou konstrukční práci za dostačující. Aplikace vám po překročení požadovaného limitu v prohlížeči součástí zobrazí šedý křížek, který značí obecné překročení požadovaných hodnot například při předchozí změně geometrie součásti.

Velmi pěknou funkcí je možnost ověřování limitních hmotností součástí, které vychází z verifikace fyzického objemu součásti a zvolenou měrnou hmotnost materiálu součásti řízenou styly. Lze tak například analyzovat kritickou hmotnost součásti, která je například určena do dopravního prostředku. Ve spojení s FEM analýzami jsou limitní stavy výkonnou pomůckou konstruktéra. Stav mimo požadované meze je indikovám v prohlížeči součásti v položce AutoLimity.

FEM analýzy

Mezi velmi časté technické výpočty patří řešení obecných úloh pružnosti a pevnosti. Autodesk Inventor obsahuje nástroj (řešič) pro stanovení deformace a napjatosti v obecných tělesech pomocí Metody konečných prvků (MKP). Tyto metody jsou obecně označovány jako Finite Element Method (FEM). Autodesk Inventor má integrován samostatný FEM modul, který umožňuje analyzovat samostatné součásti metodou konečných prvků. K tomuto účelu využívá výpočetní jádro FEM od firmy ANSYS, která je autorem stejnojmenného výpočetního systému. FEM modul Inventoru je určen pro kontrolu součásti v době jejího návrhu. Konstruktér je poté schopen zohlednit výsledky analýzy ve vlastním konstrukčním řešení. Provádění pevnostní analýzy pomáhá dodat na trh lepší výrobky v kratším čase. Může tak vzniknout značná úspora na materiálu, zkouškách, prototypech, apod.

FEM analýza konstrukčního prvku

Při řešení složitějších úloh se v praxi využívá velmi často kombinací analytických metod a metod FEM. Typickým případem může být například analýza svařované konstrukce, kdy se orientační výpočet konstrukčního návrhu prování pomocí metody konečných prvků a vyhodnocení konkrétních míst pomocí analytických metod. Výkonnější výpočtové nástroje mají pro tyto potřeby integrován skriptovací jazyk, umožňující do výstupního protokolu integrovat oba tyto postupy.

Každá FEM analýza sestává z několika základních kroků řešení:

·První fáze je věnována rozhodnutí o jakou úlohu se jedná. Autodesk Inventor umožňuje výpočet výsledné pevnosti, deformace, koeficientu bezpečnosti a rezonanční frekvence. Existují ovšem i multifyzikální řešiče, kde můžeme analyzovat například vliv tepla. Velmi důležitým rozhodnutím je navíc určení typu řešené soustavy.

·Druhá fáze FEM analýzy, Preprocessing se skládá z několika dílčích úloh. Autodesk Inventor umožňuje pro řešič využít geometrii modelované součásti, případně odvozené nebo importované součásti s definicí vlastností materiálu. Na této součásti je automaticky generována síť konečných prvků, kterou lze globálně zjemnit. Řešič v Autodesk Inventoru neumožňuje lokální modifikaci sítě.

·Zřejmě nejkritičtější a nejobtížnější fází FEM analýzy je definice zatížení a vazeb (okrajových podmínek). V této oblasti musíme vycházet nejen z možností aplikace, ale navíc ze zkušeností, které se snaží logicky sblížit reálný stav s virtuální analýzou v řešiči. Špatně definované okrajové podmínky mohou způsobit prakticky nepoužitelnost výpočtů.

Dynamické simulace

Pomocí dynamických simulací můžete předpovídat, jak se bude navržený výrobek chovat v reálných podmínkách. Vše se děje v předvýrobní fázi, bez vydání peněžních prostředků a času na výrobu fyzických prototypů nebo čekání na výsledky simulací externích firem. Zajímavou možností je export zatížení součástí z dynamické simulace do pevnostní analýzy, provedení výpočtů a na základě těchto výsledků pak možnost správného dimenzovaní jednotlivých součástí. 

Ukázka dynamické simulace mechanismu

Některé vazby vytvořené v sestavě mohou být převedeny na standardní spoje dynamické simulace. Převedení lze provést ručně nebo automaticky. Pro dokončení kinematického řetězce je nutné doplnit převedené vazby sestavy ručně vloženými spoji. Ovládání pohybujících se součástí můžeme provést například pomocí pružinového tlumiče, který poskytne potřebnou sílu. Autodesk Inventor obsahuje celou řadu možností pro řešení celého spektra technických případů.