Výpočet nosníku v Inventoru

Inventor obsahuje ve verzi professional tzv. modul Simulation. Tento modul slouží k výpočtům statického namáhání strojních součástí a sestav či jejich podrobení dynamické simulaci. Samotný modul ovšem dnes necháme být. V tomto článku budeme prezentovat výpočtové možnosti pro nosníky základní verze Inventoru. Pokud tedy máte Inventor, tak máte i možnosti popsané v tomto článku.

Pozn.: Ve výpočtových softwarech se občas striktně odlišuje nosník (truss) od prutu (beam). Prvek nosníku může přenášet i moment, na rozdíl od prutu, který je „kloubově“ uložen a momenty přenášet nemůže. Jedná se tedy o rozdíl v uchycení. Popisovaná funkce umožňuje obojí typ uchycení, ale přesto se jmenuje „výpočet nosníku“. V tomto článku tedy nebudeme striktně rozlišovat, nicméně stále musíme pracovat s tělesy, které splňují prutové předpoklady (konstantní průřez po střednici, jeden rozměr výrazně přesahuje zbylé dva…)

1) Vložení nosníku

Existují tři základní způsoby, jak vytvořit vhodný nosník pro výpočet.

• Vložení profilu z obsahového centra přímo do sestavy
• Vložení profilu pomocí generátoru rámových konstrukcí (sice také z obsahového centra, nicméně lehce odlišným postupem)
• Vložení „uživatelského“ nakresleného profilu (uzavřený náčrt + vysunutí)

V tomto článku si popíšeme postup pro první dvě možnosti, jelikož je téměř totožný.

Začneme tedy okamžikem, kdy máme vložený nosník (obr. 1)

Obr. 1 – nosník vložený do sestavy přímo z obsahového centra

Spustíme funkci výpočet nosníku obsaženou v modulu design akcelerátor. Menu > Návrh > Rámová konstrukce (rozbalovací nabídka) > Výpočet nosníku a vzpěry. (Obr. 2)

Obr. 2 – umístění příkazu výpočet nosníku

Po otevření okna (obr. 3) je nezbytné vybrat konkrétní nosník (v okně svítí v levé horní části červená šipka, která se změní v bílou po úspěšném výběru). Stačí tedy kliknout na nosník přímo v grafickém okně.

Obr. 3 – dialogové okno pro výpočet nosníku

V tomto kroku by si měl Inventor načíst údaje o profilu a vyplnit tabulku – tento krok je důležité zkontrolovat, jelikož ne všechny profily v obsahovém centru mají tyto vlastnosti vyplněny. (Obr. 4)

Obr. 4 – údaje o průřezu profilu a jeho délce

Dalším krokem by mělo být přiřazení či kontrola materiálu (Obr. 5). Pokud není potřeba upravit výchozí, tak nemusíme zasahovat. Profily z obsahového centra mají již materiál dle normy přiřazen.

Obr. 5 – nastavení materiálu

2) Okrajové podmínky (zatížení a podpory)

Po přepnutí se na druhou kartu je možné definovat způsob uchycení a zatížení nosníku.

Podpory (vazby)

Pro přepnutí zobrazení podpor vybereme tuto položku z roletového menu (obr. 6)

Obr. 6 – Přepínání mezi zobrazením podpor a zatížení

Pozn.: vzhledem k analytické povaze výpočtu je zde základní podmínka, že maximálně jedna podpora může být pevná či vetknutí. Druhá již musí být posuvná či žádná. Jen takováto úloha je řešitelná. Ve výchozím stavu tedy Inventor vloží jednu posuvnou a druhou pevnou podporu. Uživatel může podpory jakkoliv měnit, ale musí být zachována tato základní podmínka.

Pokud chceme změnit polohu podpory vůči nosníku, tak toho můžeme docílit přímo v dialogovém okně (obr. 7), kde nastavujeme polohu podpory vůči počátku řezu.

Obr. 7 – určení polohy podpory vůči nosníku

Pokud chceme například podpory jen posunout k okrajům nosníku, tak není třeba vepisovat hodnoty. Přímo v grafickém okně jsou podpory znázorněny značkami, které je možno přetáhnout pomocí myši (obr. 8).

Obr. 8 – posun podpor v grafickém okně

Zatížení

Pokud máme nastaveny podpory, můžeme se přepnout zpět na položku zatížení (obr. 6).

Ve výchozím stavu je obsažena pouze jedna položka, a to zatížení v radiálním směru – jedná se tedy o osamocenou sílu, působící kolmo na střednici. Velikost či směr této síly můžeme měnit přímo z dialogového okna výpočtu pomocí kliknutí na tři tečky napravo od popisku „radiální zatížení“ či přímo v grafickém okně dvojklikem na symbol síly (obr. 9).

Obr. 9 – definice velikosti a smysli síly

Další možnosti zatížení jsou obdobné a lze je i kombinovat. Přidáme jej pomocí některé z ikon v dialogovém okně (obr. 10).

Obr. 10 – přidání dalších zatížení

V tuto chvíli je zadání kompletní a lze spustit „výpočet“. Klikneme tedy na tlačítko vypočítat ve spodní části dialogového okna. Pokud Inventoru nechybí žádná veličina, je výpočet obvykle úspěšně dokončen, což oznámí zprávou (obr. 11).

Obr. 11 – úspěšné dokončení výpočtu

3) Výsledky

Po úspěšném výpočtu se již můžeme podívat na výsledky a to na kartě Grafy nosníků (obr. 12). Zde jsou zobrazeny zejména tzv. VVÚ – vnitřní výsledné účinky.

Obr. 12 – grafy nosníků

Zde již záleží na konkrétním požadavku úlohy, co požadujeme za výsledek. Zajímat by nás mohlo například redukované napětí s jeho maximální hodnotou (obr. 13) či průhyb nosníku (obr. 14).

Obr. 13 – redukované napětí

Obr. 14 – průběh průhybu

4) Zpráva

Pokud chceme výsledky publikovat, tak si lze nechat i vygenerovat zprávu kliknutím na tlačítko v pravém horním rohu (obr. 15)

Obr. 15 – vytvoření zprávy

Inventor vytvoří nový html dokument, který obsahuje vykreslené dílčí veličiny a počáteční podmínky.