Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования и науки Российской Федерации
Южно-Уральский государственный университет
Факультет «Аэрокосмический»
Кафедра «Гидравлика и гидропневмосистемы»
ОТЧЕТ
по учебной практике.
Проверил, (доцент)
Редников С.Ю.
Автор работы
Студент группы АК – 111
Костылева Е. А.
Отчет защищён
С оценкой (прописью, цифрой)
____________________ 2014 г.
АННОТАЦИЯ
Костылева Е. А. Отчёт по учебной практике. – Челябинск: ЮУрГУ , АК-111,27 с., 9 ил., 3 табл., библогр..
Цель отчета – описать программы Mathcad и SolidWorks. Решение математических примеров, построение графиков с помощью программы Mathcad. Создание 3D модели сборки, гидродинамического расчета, термического расчета и статистического расчета с помощью программы SolidWorks.
|
[1] Оглавление [1.1] 1.1 Детали интерфейса [1.2] 1.2 Вычисление определителя матрицы n×n [1.3] 1.3 Решение нелинейных уравнений [1.4] 1.5 Интегрирование [1.5] 1.7 Определённый интеграл [1.6] 1.8 Линейная и сплайновая аппроксимации [2] 2.Описание SolidWorks [2.1] 2.1 Элементы вкладки «Эскиз»: [2.2] 2.2 Создание сборки. [2.3] 2.3 Гидродинамический расчет. [2.4] 2.4. Создание расчёта на нагрузку [2.4.1] Термический расчёт. [2.5] Статистический расчёт. |
1.Описание Mathcad.
Язык программирования Mathcad ориентирован на математические вычисления и потому практически не отличается от обычного языка мате-матических статей, отчётов и книг. Mathcad является интерпретатором. Это означает, что когда система опознаёт какой-либо объект, она немедленно исполняет указанные в блоке операции. Объектами системы могут быть формульные, текстовые и графические блоки.
Mathcad выполняет действия над блоками в строго определённом порядке: блоки анализируются слева направо и сверху вниз. Поэтому нельзя располагать блоки в документе произвольно.
Также важно запомнить, что изменение в выражениях приводят к пересчёту всех последующих выражений (это не относится к символьным операциям, реализуемым с помощью команд меню).
Сразу после запуска система готова к созданию документа с необходимыми пользователю вычислениями. Первая же кнопка панели инструментов (с изображением чистого листа бумаги) позволяет создать новый документ.
В верхней части окна системы Mathcad видны шесть характерных элементов интерфейса, перечисленные ниже.
Строка заголовка – строка с именем системы и текущего документа, а также с кнопками управления окном.
Строка меню – строка, открывающая доступ к пунктам меню с различными командами.
Панель инструментов – панель с кнопками (значками), обеспечивающими быстрое исполнение наиболее важных команд при работе с системой.
Панель форматирования – панель с кнопками (значками), обеспечивающими быстрое форматирование текстовых и формульных блоков в документах.
Панель ресурсы – панель, обеспечивающая доступ к информации нужной при работе с Mathcad (мой веб-узел, руководства и учебники, шпаргалки, справочные таблицы).
Панель стандартная-панель с кнопками (значками), обеспечивающими работу с файлами.
На каждой из панелей имеется область в виде вертикальной черты, за которую можно перетаскивать панели по экрану или фиксировать их в верхней части окна под строкой меню (также их можно разместить по краям окна вертикально).
Для выполнения простейших математических операций (сложение вычитание, умножение или деление) можно:
а) вводить числа и операторы с клавиатуры в конце примера ставя равно
б) используя кнопки калькулятора вводить примеры.
Упражнение 1.4.5 (3г) рис. 1:
Рисунок
Замечание: при вводе дробных чисел нужно использовать точку иначе программа считает запись текстовой.
Упражнение 1.4.5 (4г) рис. 2:
Рисунок
Для введения матрицы в документ можно вывести панель векторов и матриц (vector and matrix toolbar), а затем выбрать шаблон матрицы (matrix or vector). Также можно воспользоваться командой Matrix меню Insert (вставка).
Матрица – математический объект в виде таблицы, который характеризуется числом строк и столбцов. В Mathcad элементами матрицы могут быть числа, константы, переменные и даже математические выражения. При введении шаблона матрицы в документ появляется диалоговое окно, в котором необходимо ввести размерность матрицы, то есть число ее строк и столбцов.
Шаблон, введённый в документ, содержит места ввода элементов матрицы. Место ввода можно сделать активным, щёлкнув на нём мышью. С помощью клавиш перемещения курсора можно ввести все элементы матрицы.
Для работы с векторами и матрицами система Mathcad поддерживает ряд операторов и функций. Они находятся в панели управления «Матрица».
Определителем n -го порядка называется число, вычисленное по определенным правилам на основе чисел, заданных квадратной таблицей из n строк и n столбцов.
Для вычисления определителя матрицы необходимо выбрать на панели управления кнопку «Матрица», затем выбрать оператор «определитель». На экране возникает значок модуля и место для ввода. После на панели управления выбираем кнопку «Матрица», затем выбираем оператора «Матрица или вектор». Появляется окно «вставка матрицы», которое запрашивает число строк и столбцов матрицы. После ввода размерности своей матрицы при нажатии кнопки «ok» окно «вставка матрицы» исчезнет, если выбрать кнопку «вставить», то окно останется. Затем нужно ввести значения матрицы и поставить знак «рассчитать численно» (то есть «=»).
Упражнение 2.5 (1г) рис. 3:
Рисунок
Для вычисления обратной матрицы на панели управления выбираем кнопку «Матрица», затем оператора «Обращение». На экране появляется место для ввода в степени -1. Далее вызываем оператора «Матрица или вектор» с помощью клавиш Ctrl+M. Последующие действия как в предыдущем примере.
Упражнение 2.5 (2г) рис. 4:
Рисунок
Линейной комбинацией элементов и некоторого множества однородных математических объектов a и b называется их сумма bβ+aα где α и β − числа. Если строка (столбец) матрицы может быть получена в результате линейной комбинации других ее строк, то данная строка линейно зависима от этих строк.
Рангом матрицы А называется максимальное число линейно независимых строк (столбцов) матрицы А.
Для определения ранга матрицы можно присвоить какой-либо переменной (например М) матрицу с помощью оператора «Определение», затем воспользоваться функцией rank(M).
Упражнение 2.5 (3г) рис. 5:
Рисунок
Решением системы линейных алгебраических уравнений называется такое значение вектора неизвестных, при подстановке которого все уравнения системы удовлетворяются тождественно.
Для решения систем линейных алгебраических уравнений с использованием матричных операций необходимо представить систему уравнений в виде: AX = B, где A – матрица коэффициентов системы линейных уравнений, B – вектор свободных членов, X – вектор неизвестных. После введения матрицы коэффициентов системы линейных уравнений и вектора свободных членов вектор неизвестных определяется следующим образом: X = A-1B. Замечание: число срок матрицы А и членов вектора В должно быть одинаковым, иначе заданные условия не будут иметь смысла.
Упражнение 2.5 (4г) рис. 6:
x1 + 4x2 – 5x3 +3x4=0
2x1 – 3x2 + 4x3 – x4= -5
x1 + x2 + x3 +x4=7
3x1 + 2x2 +3x3 + 2x4=16
Рисунок
Для простейших уравнений вида F(x) = 0 (при-чем F(x) – функция любого вида) решение находится с помощью функции из Mathcad root(F(x, y, ...), x, [a, b]). В качестве аргумента функции root(F) записывается функция F(x, y, ...) – левая часть уравнения F(x, y, ...) = 0, числа a и b – соответственно нижняя и верхняя границы интервала, в пределах которого нужно найти корень уравнения. Для более наглядного определения интервала можно построить график функции. Для этого в панели инструментов выбираем кнопку «График», берем оператора «График Х У». на экране появляется квадрат, около правой и нижней граней которого есть места для ввода данных. Около нижней грани вводим переменную, а около правой грани вводим функцию, график которой мы ищем.
Границы интервала, в пределах которого должен находиться корень, указывать необязательно. Можно предварительно задать начальное значение переменной, относительно которой решается уравнение.
Функция root отыскивает как действительные, так и комплексные корни. Но она находит одно значение, поэтому для уравнений имеющих несколько корней нужно несколько раз вызывать функцию root.
Упражнение 3.10 (1г) рис. 7:
Рисунок
Упражнение 3.10 (3г) рис. 8:
Рисунок
1.4 Дифференцирование
Операцию нахождения производной функции называют дифференцированием.
Производная n-го порядка функции f(x) – производная от производной (n – 1) -го порядка (вторая производная – производная от первой производной этой функции; третья производная – производная от второй и т. д.)
Mathcad позволяет дифференцировать не только численно, но и сим-вольно. Символьными называют такие вычисления, результаты которых представляются в аналитическом виде, то есть в виде формул. В частном случае результат может быть и числом. Вычисления в символьном виде отличаются большей общностью и позволяют судить о математических, физических и иных закономерностях решаемых задач.
Для нахождения дифференциала функции необходимо: задать функцию f(x) при этом использовать знак «Определение». На панели инструментов выбрать кнопку «Математический анализ», далее оператора «Производная». На экране появится знак дифференциала с двумя местами для ввода данных. В числителе вводим функцию f(x), а в знаменателе переменную, по которой дифференцируется функция, то есть х. Далее ставим знак «вычислить аналитически».
Упражнение 3.10 (4г) рис. 9:
Рисунок
Функция F(x) называется первообразной для функции f(x) на проме-жутке X, если для любого x ∈ X функция F(x) дифференцируема и выпол-няется равенство F'(x) = f(x).
Операция нахождения первообразной по её производной или неоп-ределённого интеграла по заданной подынтегральной функции называется интегрированием этой функции. Интегрирование является операцией, об-ратной дифференцированию. Для проверки правильности выполнения ин тегрирования нужно продифференцировать результат и получить при этом подынтегральную функцию.
Чтобы проинтегрировать функцию надо, в панели инструментов выбрать кнопку «Математический анализ», затем выбрать оператора «Неопределенный интеграл». На экране появится знак неопределенного интеграла и два места для ввода данных: первое для интегрируемой функции, второе – для переменной, по которой интегрируют. После ставится знак «Вычислить аналитически».
Упражнение 3.10 (6г) рис 10:
Рисунок
1.6 Разложение на правильные дроби
Разложение сложного алгебраического выражения на правильные дроби позволяет проанализировать поведение исследуемой величины в зависимости от каждой из составляющих. При этом возможно нагляднее представить влияние особенных точек на поведение исследуемой величины, выявить существенные и несущественные составляющие. Эта операция позволяет упростить интегрирование рациональных выражений.
Для разложения на правильную дробь нужно в веденном выражении выделить переменную, в строке меню выбрать вкладку «Символьные операции», далее пункт «Переменная», затем «Преобразовать к дробно-рациональному виду». На экране сразу появится результат.
Упражнение 3.10 (7г) рис. 11:
Рисунок
Для вычисления определенного интеграла надо в панели инструментов выбрать кнопку «Математический анализ», затем выбрать оператора «Определенный интеграл». На экране появится значок интеграла и четыре места для ввода данных: два для ввода начала и конца интервала, по которому идет интегрирование, далее место для ввода интегрируемой функции, затем для переменной, по которой интегрируют. После ввода всех данных ставится знак «Рассчитать численно».
Упражнение 310 (9г) рис. 12:
Рисунок
Для представления физических закономерностей, а также при проведении научно-технических расчётов часто используются зависимости вида y(x), причём число заданных точек этих зависимостей ограничено. Неизбежно возникает задача приближённого вычисления значений функций в промежутках между узловыми точками и за их пределами. Эта задача решается аппроксимацией исходной зависимости, то есть её подменой какой-либо достаточно простой функцией.
При кусочно-линейной интерполяции вычисления дополнительных точек выполняются по линейной зависимости, для чего используется функция linterp(VX, VY, x). Для заданных векторов узловых точек VX и VY и заданного аргумента x функция возвращает значение функции при её линейной аппроксимации (интерполяции).
Для выполнения кусочно-линейной интерполяции нужно:
Задать переменную (например, i) для этого мы присваиваем переменной матрицу, задаем её начало, конец и шаг. «Панель инструментов» → «Матрица» → «Переменная-диапазон». На экране появится два места для ввода начала и конца диапазона, между ними две точки. Автоматически шаг берется за единицу. Чтобы поставить свой шаг надо после начала диапазона поставить запятую и написать следующее число.
Задать вектор VXi, то есть присвоить ему значение функций x(i).
Задать вектор VYi, то есть присвоить ему значение y(x). Причем для того, чтобы программа брала переменные значения вектора VXi нужно использовать функцию rnd(1). Данная функция используется для вставки функций генерации случайных чисел.
Построить график. «Панель инструментов» → «График» → «График X-Y». На экране появится квадрат, в котором будет располагаться график и два места для ввода данных слева и снизу от него. Снизу мы вводим заданный аргумент x. Слева вводи функцию linterp(VX,VY,x). Эта функция соединяет точки данных отрезками прямых, создавая таким образом ломаную. Интерполируемое значение для конкретного x есть ордината y соответствующей точки ломаной. Функция использует векторы данных vx и vy, чтобы возвратить линейно интерполируемое значение y, соответствующее третьему аргументу x. Аргументы vx и vy должны быть векторами одинаковой длины. Вектор vx должен содержать вещественные значения, расположенные в порядке возрастания. Для получения наилучших результатов значение x должно находиться между самым большим и самым маленьким значениями в векторе vx — маловероятно, что будут полезны значения, вычисленные для x вне этого диапазона.
Упражнение 6.6 (1г) рис. 13:
Рисунок
сплайн-интерполяция.
При ней исходная функция заменяется отрезками кубических полиномов, проходящих через три смежные узловые точки. Коэффициенты полиномов рассчитываются так, чтобы непрерывными были первая и вторая производные.
Для того, чтобы получить сплайн-интерполированное значение таблично заданной функции, нужно воспользоваться функцией
interp(S,X,Y,x),
где S– вектор вторых производных таблично заданной функции,
X и Y – вектора узловых точек.
Для получения вектора S по заданным узловым точкам служат сле-дующие три функции:
cspline(X,Y) – для кубической кривой в узловых точках;
pspline(X,Y) – для параболической кривой в узловых точках;
lspline(X,Y) – для линейной в узловых точках функции.
Упражнение 6.6 (2г) рис. 14:
Рисунок
Рассмотрим пример подробнее:
На панели стандартная выбираем кнопку «Вставить таблицу»
Задаем ей название и вводим значения x в столбик «0», а у – в столбик «1».
Х присваиваем значения первого столбика таблицы. У присваиваем значения второго столбика. «Панель инструментов». → «Матрица» → «Столбец матрицы». На экране появляется два места для ввода. В первое вводите название таблицы, а во второе столбик таблицы (0 или 1).
S присваиваем значение lspline(X,Y), функции y(x) присваиваем значение interp(S,X,Y,x).
Строим график. «Панель инструментов» → «График» → «График X-Y». На экране появится квадрат, в котором будет располагаться график и два места для ввода данных слева и снизу от него. Снизу мы вводим заданный аргумент x. Слева вводи функцию interp(S,X,Y,x). Чтобы отметить заданные точки на графике нужно дважды щелкнуть по графику правой кнопкой мыши. Выбрать закладку «Трассировка» и для «кривой 1» в столбце «Символ» выбрать какой-либо из значков.
SolidWorks – система автоматизированного проектирования, инженерного анализа и подготовки производства изделий любой сложности и назначения. Она представляет собой инструментальную среду, предназначенную для автоматизации проектирования сложных изделий в машиностроении и в других областях промышленности.
SolidWorks является системой гибридного (твердотельного и поверхностного) параметрического моделирования, она предназначена для проектирования деталей и сборок в трёхмерном пространстве (3-D проектирования), а также для оформления конструкторской документации.
При открытии SolidWorks вы можете создать новую деталь или сборку либо открыть уже имеющуюся деталь или сборку.
В данной программе любая деталь начинается с эскиза. Для того чтобы начать чертить в эскизе необходимо задать плоскость, в которой вы будете чертить. Для этого нужно во вкладке «Дерево конструирования» выбрать плоскость «справа», «верху» или «спереди». Далее желательно выбрать в «Ориентации видов» вид, с которого мы будем видеть выбранную плоскость (оптимальный вариант «перпендикулярно»). Затем мы начинаем чертить. Для этого открываем вкладку «Эскиз» и выбираем нужный элемент.
Линия позволяет строить линии. Если выбрать осевую, то строятся осевые линии. На экране появляется изображение карандаша, щелкая правой кнопкой мыши мы определяем точки, соединяемые прямыми в выбранной плоскости.
Прямоугольник соответственно позволяет изображать прямоугольник. Команды построения прямоугольников отличаются по способу задания прямоугольника: задаются центр и одна из вершин прямоугольника, задаются две противолежащие вершины, задаются три вершины, задаются центр и две вершины. При этом два последних способа изображения прямоугольника позволяют начертить его под произвольным углом относительно горизонтальных и вертикальных линий. Также можно начертить параллелограмм, задав три его вершины.
3) Прорезь используется для задания прорезей в изделиях. Прорези отличаются по способу их задания:
а) «Прямая прорезь» задается с помощью начальной и конечной точек оси прорези, радиуса, который задается полуокружностям и на данном расстояние от оси чертятся прямые.
б) «Прямая прорезь через центральную точку» отличается от «Прямой прорези» тем, что мы задаем центральную и одну из конечных точек оси.
в) «Прорезь по дуге через три точки». Данная прорезь задается тремя точками, через которые проводят ось в виде дуги. Как и в предыдущих случаях задается радиус, он задает расстояние между осью и кривыми, образующими прорезь.
г) «Прорезь по дуге через центральную точку». Отличается от предыдущего типа прорези тем, что мы задаем ось с помощью её центра и двух точек, принадлежащих оси. А не трех точек, лежащих на оси.
4) Окружность. Есть два способа построения окружности:
а) «Окружность». Задается центральная точка и радиус окружности.
б) «Окружность по периметру». Строится с помощью указания трех точек на чертеже, но можно менять радиус такой окружности.
5) Дуга. По способу построения различаются:
а) «Центр дуги». Задается центр , начальная и конечная точки дуги.
б) «Касательная дуга». Задается с помощью точки какого-либо объекта ( прямая, окружность, дуга и др.) данная точка будет считаться началом нашей дуги, и с помощью конечной точки, которая ставится произвольно.
в) «Дуга через три точки». Задаются три точки, которые принадлежат дуге.
6) Многоугольник. Задается с помощью центра, с права на экране указывается число сторон, описана окружности или вписана окружность в многоугольник, радиус окружности и угол, на который повернуты вершины многоугольника относительно горизонтальной прямой, проведенной из центра многоугольника влево.
7) Сплайн. Различаются сплайны по способу построения:
а) «Сплайн». Задается неограниченным числом точек, через которые проходит в результате построения сплайн (кривая).
б) «Кривая управляемая уравнением». Задается с помощью уравнения у(х) и интервала, которому принадлежат х.
в) «Разместить сплайн». Для построения данного сплайна необходимо предварительно построить контур, который бы не содержал каких-либо пересекающихся линий, а также имел углы. Выбирается данная команда и выделяется заданный контур, в результате сплайн будет вписан в контур.
8) Эллипс задается с помощью центральной точки, и двух взаимно перпендикулярных радиусов. «Эллипс с указанием центра» задается с помощью центра, двух взаимно перпендикулярных радиусов и точки, заканчивающей эллипс. То есть мы чертим не полный эллипс. Парабола задается четырьмя точками: центром параболы, её вершиной и две крайние точки параболы, между которыми будет изображена часть параболы.
9) «Скругление» позволяет заменять вершины эскиза на закругления. Задается соответственно с помощью вершины (для этого можно указать линии, между которыми она находится, или указать вершину, щелкнув по ней правой кнопкой мыши.) и радиуса закругления. «Фаска» - отрезок, образованный путем срезания вершины эскиза. Сначала, как и в предыдущем случае необходимо указать вершину на эскизе. Далее мы задаем фаску либо указывая расстояния, на которые мы отступаем от выбранной вершины и срезаем её, либо мы указываем один из отступов от вершины и угол, под каким будет срезана вершина, между фаской и указанным отступом.
10) «Текст» позволяет печатать текст в эскизе, при чем текст вводится нами во вкладке, расположенной справа от эскиза. Также можно выбрать кривую или прямую, над которой будет печататься текст. Кнопки этой же вкладки позволяют размещать текст над или под кривой, расположить его по центру, смещенным вправо или влево, написать текст справа на лево или слева на право, его вращать, стандартные: полужирный, курсив, выбор шрифта.
11) «Точка» позволяет ставить точки. Задается координатами точки. Можно щелкнуть правой кнопкой мыши на чертеже, а потом корректировать координаты.
12) «Отсечь» позволяет отсекать часть линии. Задается указанием отсекаемой части и линией до которой отсекают. Противоположная функция «Удлинить» позволяет удлинять нужные линии. Задается удлиняемою частью и линией, до которой удлиняется исходная линия.
13) «Смещение объектов» позволяет копировать исходные объекты и относительно них перемещать на заданное расстояние копии этих объектов.
14) «Зеркальное отражение» отражает выбранные объекты относительно заданной оси или линии.
15) «Линейный массив эскиза» позволяет выбрав один исходный объект начертить его копии в несколько столбцов и рядков. Задается расстояние между соседними объектами, число объектов по горизонтали и по вертикали. «Круговой массив эскиза» позволят создавать копии выбранного объекта, размещая их по окружности. Задается точка, относительно которой будут расположены на равное расстояние тела. Радиус окружности, на которой будут располагаться объекты. Количество объектов, угол на который мы проворачиваем тела.
Так же тела можно поворачивать, растягивать, копировать. Создавать связи между ними или делать привязки их к другим объектам.
16) «Автоматическое нанесение размеров» позволяет поставить размеры объекта, щелкнув по нему правой кнопкой мыши. Эти размеры можно изменять, соответственно будет меняться и объект.
17) «Эскиз» позволяет начать новый эскиз или закрыть эскиз, в котором вы работаете.
С помощью выше перечисленных операторов строится изначальный эскиз. Далее мы переходим во вкладку «Элементы» и преобразуем наш эскиз в тело. Операторы вкладки «Элементы»:
«Вырез по траектории», «Вырез по сечениям» и «Вырез на границе» аналогичен операциям «Бобышка/основание по траектории», «Бобышка/основание по сечениям», «Бобышка/основание на границе» соответственно. Только вместо тел получаются вырезы.
Задание массивов во вкладке «Элементы» аналогично с созданием массивов во вкладке «Эскиз».
«Справочная геометрия» позволяет построить дополнительные плоскости, осевые линии, точки, ссылки на сопряжение.
Я перечислила основных операторов данной вкладки, потому что они используются чаще, чем остальные.
Выше описаны способы необходимые для построения детали.
Чтобы создать узел, состоящий из деталей необходимо нажать на кнопку «Создать новую сборку». В сборку мы вставляем уже готовые детали. Для этого на вкладке «Сборка» мы выбираем кнопку «Вставить компоненты». Далее нажимаем на кнопку «Обзор» и добавляем детали. После того как детали вставлены в сборку, нужно между ними установить связи. Для этого выбираем кнопку «Условия сопряжения» и определяем поверхности, грани, ребра, между которыми мы устанавливаем связь. Типы сопряжения:
«Стандартные сопряжения»:
«Дополнительные сопряжения»:
Точки, например, вершины или точки эскиза
Линии, например, кромки, оси или линии эскиза
Плоскости или плоские грани
Сферы с равными радиусами
Цилиндры с равными радиусами
Сопряжения "Симметричность" не выполняют зеркального отражения всего компонента относительно плоскости симметрии.
Сопряжения "Симметричность" только устанавливают связь между выбранными объектами.
Ширина канавки может включать следующие ссылки:
Две параллельные плоские грани
Две непараллельные плоские грани (с уклоном или без уклона)
Выступ может включать следующие ссылки:
Две параллельные плоские грани
Две непараллельные плоские грани (с уклоном или без уклона)
Одну цилиндрическую грань или ось
«Механические соединения»:
Преимущества использования шарнирных сопряжений:
Во время моделирования необходимо применить только одно сопряжение; во всех других случаях потребовалось бы два сопряжения.
При запуске любого анализа (например, с помощью SolidWorks Simulation) силы реакции и результаты будут напрямую зависеть от шарнирного сопряжения, а не от сопряжения концентричности или совпадения.
Можно выполнить сопряжение любых двух компонентов, для которых требуется выполнить вращение друг относительно друга. Не обязательно выполнять сопряжение двух зубчатых колес.
Используя выше приведенные способы сопряжения, мы из отдельных деталей получаем сборку.
Для создания гидродинамического расчета используется приложение Flow Simulation. Оно рассчитывает скорость потока, давление, завихрения и температуру потока при заданной 3D детали, скорости потока входящего в трубу, давлении, оказываемом на жидкость при выходе из детали. Также можно задавать температуру поверхности детали.
Этапы создания расчета:
Сделать заглушки во всех сквозных отверстиях сборки рис. 15. Для этого во вкладке «Flow Simulation» выбираем кнопку «Create Lids». Затем выбираем грани, на которых есть вырезы. Если вырез сделан на цилиндрической поверхности или сферической поверхности, то эта команда не сработает. Нужно будет дополнительно вычерчивать бобышки нужного диаметра и добавлять их в сборку как компоненты сборки. При этом сопрягая их с поверхностью выреза как совпадение.
Рисунок
На вкладке «Flow Simulations» выбираем «Project», а затем «New». В результате наша сборка берется в параллелепипед рис. 16.
Рисунок
Опять «Flow Simulations» выбираем «Project», а затем «Wizard». Перед нами появляется окно, в котором мы можем задать название нашему проекту расчета рис. 17,
Рисунок
выбрать систему исчисления, вместо Кельвинов поставить привычные градусы Цельсия (то есть задать единицы измерения). Можем задать какие-нибудь не стандартные условия, в которых находится сборка рис. 18. 
Рисунок
Выбрать жидкость либо газ, которые будут проходить через нашу сборку. Я поставлю воду. Задать температуру среды, в которой находится сборка или задать параметр при котором температура внешней среды не влияет на температуру сборки рис. 19.
Рисунок
Устанавливаем давление, температуру и другое для нашего потока. Устанавливаем точность вычислений. И нажимаем «Finish».
Делаем разрез детали. Для этого нажимаем на кнопку «Разрез» и выбираем плоскость, которой мы будем рассекать нашу сборку. Получаем сборку в разрезе рис. 20.
Рисунок
Рисунок
Рисунок
Идем по пути «Flow Simulation»→ «Solve»→ «Run». В появившемся окне снова нажимаем «Run». И ждем пока программа выполнит расчет. Когда программа заканчивает расчет возникает такое окно рис. 23. 
Результаты расчета можно представить в виде режущих плоскостей, или изображений потоков с распределением температуры, скорости или давления рис. 24 - 26.
Рисунок . а – распределение давления, б – распределение скорости.
Рисунок , а – распределение температуры, б – траектории потоков с распределением давления.
Рисунок , траектории движения потоков с распределением а – температуры, б – скорости.
Выбрать вкладку «Simulation» и нажать кнопку «Новое исследование». Слева появляется окно, в котором вам предлагают выбрать тип исследования и задать имя своему исследованию рис. 27
Нам нужно выполнить два исследования: первое на исследование распределения температуры по детали «Термический», второе – «Статическое», определяет распределение нагрузки на детали и возможные изменения детали..
Выбираем значок «Термические нагрузки», из раскрывающегося списка можно выбрать «Температура», «Конвекция», «Тепловая мощность», «Тепловой поток» и «Излучение». При выборе любой из этих тепловых нагрузок требуется задать грань, на которую воздействует данная нагрузка, и численное значение нагрузки (иногда требуется задать температуру окружающей среды). Когда уже заданы термические нагрузки на деталь, выбираем «Запуск» и ждем пока программа сделает расчёт. Затем выбираем кнопку «Отчет», в результате программа составляет вот такой отчет (таблицы 1 – 8)
Рисунок
Симуляция корпус. Создатель: Solidworks. Имя исследования: Исследование 2. Тип анализа: Термический(Устойчивое состояние).
|
Таблица 1 – Информации о модели.
Имя модели: корпус Активная конфигурация: По умолчанию Твердые тела Имя и ссылки документа Рассматривается как Объемные свойства Путь документа/Дата изменения Скругление3
Твердое тело Масса:0.323185 kg Объем:0.000119698 m^3 Плотность:2700 kg/m^3 Масса:3.16721 N C:\Users\Lena\Desktop\Солид\корпус.SLDPRT Jul 18 21:49:22 2014 |
|
Таблица 2 – Свойства исследования. Имя исследования Исследование 2 Тип анализа Термический(Устойчивое состояние) Тип сетки Сетка на твердом теле Тип решающей программы FFEPlus Тип решения Устойчивое состояние Сопротивление контакта было определено? Нет Папка результатов Документ SolidWorks (C:\Users\Lena\Desktop\Солид) |
|
Таблица 3 – Единицы измерения. Система единиц измерения: СИ (MKS) Длина/Перемещение mm Температура Kelvin Угловая скорость Рад/сек Давление/Напряжение N/m^2 |
|
Таблица 4 – Свойства материала. Ссылка на модель Свойства Компоненты
Имя: 1060 Сплав Тип модели: Линейный Упругий Изотропный Критерий прочности по умолчанию: Неизвестно Теплопроводность: 200 W/(m.K) Удельная теплоемкость: 900 J/(kg.K) Массовая плотность: 2700 kg/m^3 Твердое тело 1(Скругление3)(корпус) Данные кривой:N/A |
|
Таблица 5 – Термические нагрузки. Имя нагрузки Загрузить изображение Загрузить данные Температура-1
Объекты: 1 грани Температура: 60 Celsius Температура-2
Объекты: 1 грани Температура: 25 Celsius Температура-3
Объекты: 1 грани Температура: 35 Celsius |
|
Таблица 6 – Информация о сетке. Тип сетки Сетка на твердом теле Используемое разбиение: Стандартная сетка Автоматическое уплотнение сетки: Выкл Включить автоциклы сетки: Выкл Точки Якобиана 4 Точки Размер элемента 4.92981 mm Допуск 0.246491 mm Качество сетки Высокая Таблица 7 – Информация о сетке – Подробности. Всего узлов 18110 Всего элементов 11014 Максимальное соотношение сторон 10.342 % элементов с соотношением сторон < 3 94.7 % элементов с соотношением сторон > 10 0.00908 % искаженных элементов (Якобиан) 0 Время для завершения сетки (hh;mm;ss): 00:00:02 Имя компьютера: HOSTEL2
|
|
Таблица 8 – Результаты исследования. Имя Тип Мин Макс Термический1 TEMP: Температура 298.15 Kelvin Узел: 429 333.15 Kelvin Узел: 211
корпус-Исследование 2-Термический-Термический1 |
Выбираем кнопку «Консультант по внешним нагрузкам», из раскрывающегося списка можно выбрать «Сила», «Вращающий момент», «Давление», «Сила тяжести», «Центробежная сила», «Рабочая нагрузка», «Удаленная нагрузка/масса», «Распределенная масса», температура», «Эффекты потока», «Тепловые эффекты». При выборе любой из данных операций вам нужно будет задать грань, к которой приложена сила, и численное значение этой силы. Только при выборе «Эффекты потока» и «Тепловые эффекты» нужно будет указать объект Solidworks Flow Simulation. Для статистического исследования нужно, чтобы исследуемая деталь была закреплена. Для этого нажимаем кнопку «Консультант по креплениям» и выбираем из раскрывающегося списка нужное крепление: «Фиксированная геометрия», «Ролик/скольжение», «Фиксированный шарнир», «Поддержка упругости» или «Дополнительные крепления». Как правило эти функции запрашивают грань, которая будет закреплена, и иногда смещение. После того как деталь закреплена и к ней приложены различные силы, выбираем кнопку «Запуск» и ждем пока программа считает. Затем выбираем кнопку «Отчет» и получаем вот такой отчет (таблицы 9 – 19).
Симуляция корпус. Создатель:: Solidworks. Имя исследования: Исследование 1. Тип анализа: Статическое
|
Таблица 9 – Информация о модели
Имя модели: корпус Активная конфигурация: По умолчанию Твердые тела Имя и ссылки документа Рассматривается как Объемные свойства Путь документа/Дата изменения Скругление3
Твердое тело Масса:0.323185 kg Объем:0.000119698 m^3 Плотность:2700 kg/m^3 Масса:3.16721 N C:\Users\Lena\Desktop\Солид\корпус.SLDPRT Jul 25 21:52:17 2014 |
|
Таблица 10 – Свойства исследования Имя исследования Исследование 1 Тип анализа Статическое Тип сетки Сетка на твердом теле Тепловой эффект: Вкл Термический параметр Включить тепловые нагрузки Температура при нулевом напряжении 298 Kelvin Включают эффекты давления жидкости из SolidWorks Flow Simulation Выкл Тип решающей программы FFEPlus Влияние нагрузок на собственные частоты: Выкл Мягкая пружина: Выкл Инерционная разгрузка: Выкл Несовместимые параметры связи Автоматические Большие перемещения Выкл Вычислить силы свободных тел Вкл Трение Выкл Использовать адаптивный метод: Выкл Папка результатов Документ SolidWorks (C:\Users\Lena\Desktop\Солид) |
|
Таблица 11 – Единицы измерения Система единиц измерения: СИ (MKS) Длина/Перемещение mm Температура Kelvin Угловая скорость Рад/сек Давление/Напряжение N/m^2 |
|
Таблица 12 – Свойства материала Ссылка на модель Свойства Компоненты
Имя: 1060 Сплав Тип модели: Линейный Упругий Изотропный Критерий прочности по умолчанию: Неизвестно Предел текучести: 2.75742e+007 N/m^2 Предел прочности при растяжении: 6.89356e+007 N/m^2 Модуль упругости: 6.9e+010 N/m^2 Коэффициент Пуассона: 0.33 Массовая плотность: 2700 kg/m^3 Модуль сдвига: 2.7e+010 N/m^2 Коэффициент теплового расширения: 2.4e-005 /Kelvin Твердое тело 1(Скругление3)(корпус) Данные кривой:N/A |
|
Таблица 13 – крепления. Имя крепления Изображение крепления Данные крепления Зафиксированный-1
Объекты: 1 кромки, 5 грани Тип: Зафиксированная геометрия Результирующие силы Компоненты X Y Z Результирующая Сила реакции(N) -0.0116059 6.96324e-005 -3.87128 3.87129 Реактивный момент(N-m) 0 0 0 0
Таблица 14 – нагрузки. Имя нагрузки Загрузить изображение Загрузить данные Сила-1
Объекты: 1 грани Тип: Приложить нормальную силу Значение: 40 N Сила-2
Объекты: 1 грани Тип: Приложить нормальную силу Значение: 36 N Давление-1
Объекты: 1 грани Тип: Перпендикулярно выбранной грани Значение: 25 Единицы измерения: N/m^2 |
|
Таблица 15 – Информация о сетке Тип сетки Сетка на твердом теле Используемое разбиение: Сетка на основе кривизны Точки Якобиана 4 Точки Максимальный размер элемента 0 mm Минимальный размер элемента 0 mm Качество сетки Высокая Таблица 16 – Информация о сетке - Подробности Всего узлов 18110 Всего элементов 11014 Максимальное соотношение сторон 10.342 % элементов с соотношением сторон < 3 94.7 % элементов с соотношением сторон > 10 0.00908 % искаженных элементов (Якобиан) 0 Время для завершения сетки (hh;mm;ss): 00:00:03 Имя компьютера: HOSTEL2
|
|
Результирующие силы Таблица 17 – Силы реакции Выбранный набор Сумма по X Сумма по Y Сумма по Z Результирующая всей модели -0.0116059 6.96324e-005 -3.87128 3.87129 Таблица 18 – Моменты реакции Выбранный набор Сумма по X Сумма по Y Сумма по Z Результирующая всей модели 0 0 0 0 |
|
Таблица 19 – Результаты исследования Имя Тип Мин Макс Напряжение1 VON: Напряжение Von Mises 12.0053 N/m^2 Узел: 17367 116945 N/m^2 Узел: 7833
корпус-Исследование 1-Напряжение-Напряжение1 Имя Тип Мин Макс Перемещение1 URES: Результирующее перемещение 0 mm Узел: 88 5.57484e-005 mm Узел: 757
корпус-Исследование 1-Перемещение-Перемещение1 Имя Тип Мин Макс Деформация1 ESTRN: Эквивалентная деформация 3.3564e-009 Элемент: 8202 1.17989e-006 Элемент: 10532
корпус-Исследование 1-Деформация-Деформация1 Имя Тип Перемещение1{1} Деформированная форма
корпус-Исследование 1-Перемещение-Перемещение1{1} |
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
Данилин Г.А. – Математические методы с Mathcad: Учебное пособие: Лабораторный практикум для студентов всех специальностей/ Данилин Г.А., Курзин П.А., Курзина В.М. – М.: МГУЛ, 2003. ⎯ 152 с.
Основные принципы SolidWorks 2012. Справка по SolidWorks 2012. – http://help.solidworks.com/2012/russian/SolidWorks/sldworks/Help.htm
СТО ЮУрГУ 17-2008 Стандарт организации. Учебные рефераты. Общие требования к построению, содержанию и оформлению. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. – 40 с.
