Výukové pásmo programu Autodesk Inventor

Poslední funkcí programu, kterou probereme, bude náhled do simulačního prostředí programu, konkrétně do pevnostní analýzy. Program Inventor umožňuje celou řadu analýz, využívá pro to produktů a algoritmů třetích firem, od kterých získává licenci. Vyzkoušíme tedy pevnostní analýzu pro některé díly. Pevnostní analýzu jako takovou nelze provádět pro sestavy, neboť jí nelze u sestavy nadefinovat. Pro analyzování sestav se používá buď jiných prostředků, nebo jak si ukážeme, využijeme sestavu převedenou na jeden díl a ten pak podrobíme zkoušce.

obr.1 Přepnutí do prostředí pevnostní analýzy

Nejdříve analýzu otestujeme na dílu čepu. Otevřeme si tedy čep v běžném režimu a z menu „Aplikace“ vybereme možnost „Pevnostní analýza“.

obr.2 Výběr materiálu

Po přepnutí do režimu pevnostní analýzy se nás program jako první zeptá na druh materiálu, ze kterého je díl vyroben (1). Každý materiál má jiné vlastnosti a program má uloženy údaje o mnoha typech materiálů, naše součástky budou vyráběny z běžné oceli, proto zvolíme ocel. Dále si můžeme všimnout sady příkazů pro práci s pevnostní analýzou (2), kdy se nám jak panel nástrojů, tak i prohlížeč změnil a přizpůsobil se prostředí analýzy (3).

obr.3 Nastavení parametrů analýzy

Dalším krokem bude „Nastavení pevnostní analýzy“. Tento příkaz najdeme v sadě příkazů pevnostní analýzy. Vybereme nejprve typ analýzy (1) a poté přesnost (2). Přesnost spočívá v rozdělení dílu sítí na části, které se poté navzájem vypočítávají. Čím více je jednotlivých částí, tím je analýza přesnější, ale také trvá delší dobu. Přesnost sítě tedy zvolíme s ohledem na naše systémové prostředky a námi požadovanou přesnost. Náhled sítě si můžeme zobrazit (3).

obr.4 Umístění pevné vazby

Nyní definujeme pevnou vazbu. Vazby v tomto případě slouží k uchycení dílu v prostoru. Až pak necháme na díl působit tlaky a síly, musí být někde ukotven. Ukotvení čepu v reálu bude v nábojích rámu, to zde ale nelze realizovat, proto jsem vybral plochy k tomuto podobné a to zkosení na hranách čepu. Pro pevnou vazbu je vždy nutné vybrat plochu. Spustíme příkaz „Pevná vazba“ (1), vybereme plochy (2) a potvrdíme. Součástku by bylo možné upevnit i pomocí vazby svorky nebo ideální vazby, pro jednoduchost jsem však zvolil tuto variantu.

obr.5 Nastavení působení síly

Teď můžeme přistoupit k definování silového působení. Umístění síly zvolíme na střed válcové plochy (1) a směr působení přibližně tamtéž (2). Sílu si navolíme dle uvážení, při malé síle hrozí, že výsledky nebudou dostatečně vypovídající, při velké síle zase, že ji přesimenzujeme a součástka to nevydrží. Síla je v Newtonech a jak víme, 10 Newtonů odpovídá přibližně jednomu kilogramu.

obr.6 Spuštění výpočtu

Nyní, když máme všechno nastaveno, můžeme analýzu spustit. Spuštění provedeme příkazem „Aktualizovat pevnostní analýzu“, který najdeme vedle panelu nástrojů „Zoom“.

obr.7 Průběh výpočtu

Poté se nám analýza začne počítat. Toto může trvat rozdílně dlouho, záleží na složitosti prvku, na nastavené drobnosti sítě a také na systémových a hardwarových prostředcích vašeho počítače. Doporučuje se pro začátek zadat síť dostatečně hrubou a pokud žádáme přesnější výsledky, můžeme analýzu provést později znovu až budeme vědět, co náš systém zvládne s jemnější sítí.

obr.8 Výsledek maximálního zadaného silového působení

Výsledek analýzy by mohl vypadat např. takto. Toto je stav při maximálním prohnutí při působení zadané síly. Jak je vidět, střed, který je volně propnutý a kraje, které jsou pevně usazeny za jejich zkosené hrany sice drží, ale je v nich největší pnutí.

obr.9 Animace výsledku

Výsledky analýzy jdou také animovat. Stačí zadat příkaz „Animovat výsledky“ z okna nástrojů pevnostní analýzy a zobrazí se dialogové okno animace. Standardními tlačítky (1) lze animaci spustit, zastavit či nahrát z ní video podobně jako z animace skládání sestavy. Rychlost se dá regulovat v pěti rychlostech (2).

obr.10 Zadání působení tlaku

Další zkouškou, kterou si odzkoušíme, bude působení tlaku na válcovou část čepu. Uchycení pomocí pevných vazeb ponecháme stejné, spustíme příkaz „Tlak“ a zadáme působení tlaku na plochu.

obr.11 Výsledek působení tlaku

Jak je vidět, působení tlaku nám doslova slisovalo průměr čepu a téměř nám zalisovalo díru pro mazání ložisek. Uprostřed, ač jsou zde největší změny, je však opět minimální pnutí oproti krajům, kde pnutí působí ve spojení s pevnou vazbou sražení hran.

obr.12 Definování síly na svařenec

Nyní si vyzkoušíme analýzu na modelu rámu. Sestavu rámu jsme převedli na prvek, je to tedy již nedělitelná součást, má ale podobné vlastnosti jako svařenec, neboť jsou dodrženy svařené spoje. Nejprve tedy zadáme pevnou vazbu na spodní stranu základny, simulujeme tak položení na pevné podložce a působení tlaku na spodní plochu nábojů. Tomuto působení může být rám vydáván např. tehdy, pokud bude montován na pražce, nebo jiné úchyty, a po kole v něm uchyceném budou přejíždět těžké náklady (např. na kolejnicích).

obr.13 Výsledek působení síly

Jak je vidět, nejvíce namáhaná je oblast pod náboji, celé stojnice se tíhou tlaku bortí dovnitř, směrem ven je totiž podpírají žebra. Kdyby tam žebra nebyla, pravděpodobně se celá konstrukce zbortí. Při takovéto síle by se ale stejně kolo kladky zadřelo o zborcené stojnice. Tuto sílu (asi 5 tun) tedy sestava určitě nevydrží. Zkusíme experimentálně změnit směr působení síly směrem na horní část nábojů.

obr.14 Výsledek opačného působení síly

Zde je vidět, že stojnice se kroutí přesně na opačnou stranu, tam je ale lépe podpírají a drží žebra. I přes značnou deformaci by ale mohlo být možné kolem v rámu otáčet. Otázka je, zda by tuto sílu vydržel čep kladky, který se (jak jsme viděli výše) při této hodnotě dost prohnul. A také ložiska kola, která na takové tlaky nemusí být stavěná.

Oba tyto testy byly prováděny s pevnou vazbou na celou spodní plochu základny. Toho ale v praxi nepůjde jednoduše docílit, rám bude spíše upevněn ve čtyřech rozích, kde má i připraveny díry pro úchyty. Zopakujme tedy testy s touto vazbou, kdy budeme simulovat uchycení rámu v těchto místech.

obr.15 Modifikace upevnění rámu

obr.16 Modifikace upevnění rámu II.

Je zde vidět, že se zřetelně zmenšilo namáhání stojnic, zato se mnohem více zvětšilo prohnutí desky a namáhání v krizových bodech – rozích základny. Ačkoli to vypadá, že stojnice tímto méně trpí, jejich vychýlení z původní polohy je asi větší než minule a efekt na průchodnost kladky bude stejný jako výše. Nástroje Inventoru dovedou toto vychýlení od původních rozměrů i spočítat. Program obsahuje i další simulační modely, o tom ale zase někdy příště.

Program nám umí o výsledcích všech analýz vygenerovat protokol. V něm jsou zahrnuty všechny proveditelné testy s námi určeným nastavením. Ukázka vytvořeného protokolu zde

Videoukázka postupu

Ukázka práce s modulem pevnostní analýzy, nastavení parametrů a testování čepu kola a svařence rámu.

Pozn. Videa je doporučeno přehrávat v režimu 720p HD a při zobrazení na celou obrazovku s využitím rozlišení 1280 x 720

Výkresová dokumentace

Vytvořeno jako bakalářská práce Univerzity Pardubice, Fakulta elektrotechniky a informatiky

Autor: Ondřej Serbousek 10.5.2010