Технологический процесс производства рабочей лопатки турбины ТНА ЖРД РД-180

Для поддержания уровня колебаний постоянными в процессе испытаний применяются специальные индукционный датчик обратной связи 4 и регулятор 5. Для подсчета числа циклов используется частотомер 8.

Воздушный вибростенд.

Воздушный вибростенд применяется для усталостных испытаний лопаток при колебаниях по собственным формам с высокими частотами до 20 000 Гц.

Схема воздушного вибростенда приведена в графической части проекта. Лопатка 1, закрепленная в специальном зажиме 2, устанавливается на неподвижном столе. Колебания лопатки возбуждаются воздухом, подаваемым регулятором 16 в сопло 15 на лопатку через вращающийся диск 3 с прорезями. Перемещение прорезей между соплом и лопаткой приводит к пульсирующему воздействию воздуха на лопатку с частотой, пропорциональной частоте вращения диска и числу прорезей в диске. При совпадении частоты пульсаций воздуха с частотой собственных колебаний лопатки ее колебания резко усиливаются и приводят к усталостному разрушению.

Диск вращается с помощью основного 8 и стабилизирующего 9 электродвигателей, обороты которых управляются от генератора переменных напряжений 7 через усилитель мощности 6 и регулятор 5 с помощью специального индукционного датчика обратной связи 4.

Контроль уровня механических переменных напряжений в лопатке производится с помощью приклеенного тензорезистора 10 и специальной тензоаппаратуры 11. Сигнал и частота колебаний лопатки выводятся на экраны осциллографа 12, вольтметра 13 и частотомера 14.

3.4.5 Исследование распределения относительных напряжений

На лопатках с минимальной, средней и максимальной частотами первой изгибной формы резонансных колебаний проводится исследование распределения относительных напряжений на данной форме колебаний.

Тензорезисторы с базой 5мм и шагом 10мм наклеиваются вдоль входной и выходной кромок со стороны корыта и вдоль спинки в местах наибольших толщин профиля. Схема препарирования лопаток турбиныТНА тензорезисторами приведена в графической части проекта.

По результатам исследования первой лопатки допускается ограничить число тензорезисторов за счет сечений, где относительные напряжения составляют менее 40% от максимальных напряжений.

Полученные эпюры распределения относительных напряжений по трем лопаткам усредняются и по средним значениям строятся кривые распределения относительных напряжений. При построении эпюр распределения относительных напряжений за единицу отсчета принимается максимальное значение напряжений.

На рисунке 2.1 приведены эпюры распределения относительных напряжений на исследованных рабочих лопатках турбиныТНА на частоте первой изгибной формы колебаний.

Из результатов тензометрирования следует, что нагруженной зоной лопаток, где действующие напряжения составляют свыше 95% от максимального напряжения, является входная и выходная кромки на расстоянии от 60 до 70мм от основания хвостовика.

В дальнейшем исследуемые лопатки препарировались тензорезисторами №№ 2, 3, 2", 3", расположенными в зоне действия наибольших напряжений.



Размещено на http://www.allbest.ru/

3.4.6 Метод испытаний на усталость

Целью испытания на усталость является определения предела выносливости и параметров кривой усталости лопаток.

Испытания лопаток на усталость проводится при резонансных колебаниях по первой изгибной форме при температуре 20+5 С.

Уровень нагружения лопаток задается с учетом модуля упругости, указанного в паспорте материала, из которого изготовлены лопатки. Для лопаток из сплава ЦНК-7П по справочным данным модуль упругости был принят равным 2,1 10 МПа.

База испытания лопаток составляет 2x10 циклов.

За критерий разрушения принимается снижение собственной частоты лопаток на 1% относительно исходного значения и наличие трещины по результатам ЛЮМ контроля.

За предел выносливости принимается наибольшая амплитуда максимальных переменных напряжений, при которой выдерживают базу испытаний три лопатки.

Лопатки турбиныс хвостовиком елочного типа испытываются при консольном креплении при опирании по верхнему зубу и по ролику, установленному в нижнем пазу хвостовика. При данной схеме крепления лопаток турбины, исследуется сопротивление усталости всей лопатки как пера, так и хвостовика.

Перед проведением испытания каждая лопатка препарируется тензорезисторами в зоне действия наибольших напряжений. Уровень нагружения задается по тензорезистору с максимальными показаниями. Начальный уровень нагружения первой лопатки составляет около 120... 150% от предполагаемого предела выносливости.

Среднеквадратичная погрешность измерения не превышает 2%. Калибровка измерительных устройств проводится в соответствии с методикой калибровки измерительных устройств на режимах, охватывающих режимы испытаний лопаток.

Испытание ведется с наработкой базы испытаний. Каждая последующая лопатка испытывается на уровне на 2-4 кгс/мм2 ниже уровня нагружения, на котором разрушилась предыдущая лопатка, или на том же уровне нагружения в случае прохождения предыдущей лопаткой базы испытаний.

При прохождении базы испытаний тремя лопатками, оставшиеся лопатки испытываются на уровне, выше определенного предела выносливости.

Лопатки, прошедшие базу испытаний, для получения дополнительной информации могут испытываться на более высоких уровнях нагружения. Полученные экспериментальные данные служат для построения кривой усталости.

Данная методика позволяет на ограниченном количестве лопаток 12шт. определить предел выносливости и построить кривую усталости.

3.4.7 Метод обработки результатов испытаний

По результатам испытаний лопаток на усталость определяется предел выносливости, равный наибольшей амплитуде максимальных переменных напряжений, при которой выдерживают базу испытаний три лопатки. Дополнительно по результатам испытаний может проводится регрессионный анализ для расчета предела выносливости и циклической долговечности заданной вероятности разрушения и построения кривой усталости по параметру вероятностного разрушения.

Уравнение эмпирической линии регрессии, устанавливающей связь между логарифмом амплитуды напряжений и логарифмом циклической долговечности, имеет вид:

Y = А + Bх,

где Y -- оценка условного математического ожидания величины y=lgN для заданного значения x;

А=а - Bх.

Оценка параметров уравнения линии регрессии проводится по методу наименьших квадратов.

Доверительные интервалы для теоретической линии регрессии вычисляются для вероятности разрушения 0.1 и 0.9 с помощью критерия Стьюдента.

3.5 Результаты испытаний

Таблица 3.1. Результаты испытаний неупрочненных лопаток.

№№	Sa, МПа	N, циклы	Место разрушения
		исх
1	180	20000000	Без разрушения
2	180	20000000	Без разрушения
3	180	20000000	Без разрушения
4	200	20000000	Без разрушения
5	200	17100000	Ножка с корыта, спинки ошвы
6	220	15800000	Ножка с корыта
7	240	19900000	Ножка с корыта
8	240	7450000	Ножка с корыта, спинки
9	240	3870000	Ножка с корыта, спинки
10	280	2560000	Ножка с корыта, спинки
11	280	2050000	Ножка с корыта, спинки, вх.кромка 63 мм от подошвы
12	280	1430000	Вых.кромка 56 мм от подошвы

Предел выносливости неупрочненных лопаток турбиныТНА, определенный по ЕТУ составляет 18 кгс/мм2 , что является недостаточным. Испытанные лопатки турбиныТНА разрушались не только по перу, но и по хвостовику, причем на некоторых лопатках возникало несколько трещин. По верхней впадине хвостовика трещины образовывались со стороны корыта и со стороны спинки. Разрушение лопаток по перу происходило при напряжении значительно выше предела выносливости. Таким образом лопатки турбиныТНА имеют недостаточное сопротивление усталости по хвостовику.

Гидродробеструйное упрочнение хвостовика лопаток привело к повышению предела выносливости до 24 кгс/мм2 и удовлетворить требования Заказчика по усталостной прочности лопаток.

Глава 4. Часть по автоматизации

4.1 Описание программного пакета CATIA

4.1.1 Применение и возможности CATIA

CATIA является пакетом интегрированных модулей CAD/CAM/CAE. Данная система разработана французской компанией Dassault Systemes, чьё отделение Dassault Aviation является разработчиком истребителя “Мираж”.

Изначально CATIA была разработана в авиакосмической промышленности для автоматизации процесса числовой программной обработки на основе пространственных моделей. Будучи одним из первых продуктов в этой области промышленности, применяющих пространственное проектирование, CATIA стала на данный момент ведущим продуктом в области проектирования и производства. CATIA сейчас используется в широком диапазоне промышленностей. Продукты CATIA работают в авиакосмической, автомобильной, тяжелой промышленности, в медицине, строительстве, судостроении, архитектуре, в производстве электрооборудования, мебели и во многих других областях.

Программные продукты CATIA используются более чем 100 компаниями в мире, среди которых BMW, Mercedes, Volvo, Siemens, Electrolux, Nike и др. Ведущим потребителем программного обеспечения CATIA является корпорация Boeing Company. Почти все западные авиастроительные компании использовали CATIA при создании своей продукции, но Boeing был первой компанией, построивший аэробус 777 полностью в компьютерной трехмерной среде. Пакет CATIA способен обеспечить симуляцию всего жизненного цикла такого изделия, как аэробус, включая проектирование, анализ, производство, испытания и эксплуатацию. С помощью CATIA была разработана структура аэробуса, спроектированы все детали, узлы и агрегаты, проведены аэродинамические, прочностные, температурные расчеты, выбрано технологическое оборудование и инструменты, рассчитаны режимы обработки, спроектировано и создано новое технологическое оборудование, спроектированы оптимальные технологические процессы производства деталей и сборки. Продукты CATIA помогли провести различные испытания изделия. С помощью внутренней сети Boeing более 3 миллионов деталей производились в разных странах мира одновременно: CATIA позволила с помощью системы визуализации оптимизировать работу более 50 тысяч людей в мире, и многократно ускорила процесс создания изделия за счет практического исключения проблем связи и обмена информации между различными подразделениями корпорации. Также крупнейший автомобильный производитель Chrysler с помощью CATIA создал новою модель Neon всего за 31 месяц, что является на данный момент самым коротким циклом развития в автомобильной индустрии. Даже такая компания, как L'Oreal использовало программные продукты CATIA для снижения затрат производства за счет оптимизации и дизайна продукции.

На данных примерах можно увидеть, как с помощью систем CAD/CAM/CAE меняется подход к производству. За счет применения систем автоматизации на всех уровнях предприятия и этапах производства повышение эффективности производства очень высоко.

Чтобы подробнее описать возможности CATIA, ниже приводится краткое описание функций различных модулей данного пакета.

4.1.2 Описание модулей пакета программ CATIA

5626-DR2 2D Wireframe and Annotation

Двухмерное чертёжное геометрическое моделирование, нанесение размеров и надписей на чертежах. Данный модуль представляет собой набор инструментов быстрого и лёгкого создания и модификации двухмерной геометрии, её образмеривания и аннотирования одновременно с возможностью визуализации трёхмерной геометрии.

5626-DRA Drafting

Модуль Drafting представляет собой расширение возможностей модуля 2D Wireframe and Annotation и содержит настраиваемые чертёжные стандарты, использование трёхмерных моделей для создания чертёжных видов и сечений, плоскую параметризацию и проекционное черчение.

CATIA-CADAM Drafting

Интегрированный чертёжный пакет систем CATIA и CADAM, содержащий функциональные преимущества обеих систем: 2D и 2.5D проектирование и черчение, включая вариационные методы, которые позволяют автоматически вводить определяемые пользователем параметры, геометрические и функциональные ограничения. Содержит

Sketcher - средство быстрого интуитивного эскизирования с динамическим присвоением граничных условий.

5626-DXF DXF/DWG Interface

Специализированный интерфейс для прямого обмена графическими данными с РС- ориентированными программными продуктами. Позволяет рационально распределить компьютерные и кадровые ресурсы конструкторского подразделения в соответствии со сложностью решаемой задачи, сохраняя при этом единство представления данных.

5626-DRS Draw-Space (2D/3D) Integration

Продукт Draw-Space (2D/3D) Integration устанавливает и поддерживает взаимное соответствие между трехмерной геометрией и ее графическим представлением. Он полностью интегрирован с модулями 2D Wireframe and Annotation, 3D Parametric Variational Modeler и другими. С его помощью ранее разработанные двухмерные объекты могут быть использованы для создания трехмерных моделей.

5626- DYS Dynamic Sketcher

Модуль быстрого эскизирования, дающий возможность пользователю выполнять быстрые построения двухмерных объектов для их участия в создании трехмерной геометрии. С его помощью можно редактировать ранее построенные трехмерные модели. Модуль осуществляет постоянный контроль геометрии на предмет отсутствия внутренних конфликтов. Пользователь может присваивать элементам плоского контура управляемые редактируемые размеры, редактировать и вводить граничные условия. Полученная в 3D результирующая геометрия является логическим контуром и пригодна для 3 D-построений и параметризации.

5626-WF3 3D Wireframe

Модуль каркасного моделирования - продукт ядра геометрического моделирования в системе CATIA, дающий инструмент создания, модификации и анализа трехмерной каркасной геометрии. 3D Wireframe предоставляет наиболее широкий из всех CAD/CAM систем набор методов построения. Данный модуль может функционировать без других модулей. Модуль может работать в среде любых приложений СATIА.

5626-SOE Exact Solids

Модуль Exact Solids обеспечивает геометрическое моделирование точных объемных тел, пригодных для дальнейшего использования в приложениях анализа и подготовки производства. Уникальный инструмент редактирования древовидной структуры построения солида обеспечивает и возможность легкой возможности геометрии. Модуль Exact Solids плотно интегрирован с моделированием поверхностей, трехмерной параметризацией и чертежным режимом. Он поддерживает широкий спектр опций, таких как создания призм, тел вращения, галтелей, уклонов и др.

5626-РАЗ 3D Parametric Variational Modeler

Модуль трехмерного вариационного параметрического моделирования, позволяющий конструктору наделять геометрические объекты параметрическими данными для быстрого выполнения модификаций, ускоряя тем самым процесс построения. 3D Parametric Variational Modeler поддерживает все виды геометрических данных: каркасы, поверхности, солиды. Параметризации может подлежать как геометрия целиком, так и отдельная ее часть, как во время построения, так и после него, причем независимо от способа выполнения геометрии.

5626-FEA Feature-Based Design

Модуль предназначен для проектирования на основе типовых параметризованных конструктивных элементов. Feature-Based Design позволяет стандартизировать типовые параметризованные конструктивные элементы, как готовые схемы построения с открытыми для введения и модификации геометрическими параметрами. Модуль содержит всё многообразие способов пространственного позиционирования типового элемента в текущей детали.

5626-AS S Assembly Modeling

Продукт, позволяющий проектировать сборку. Предназначен для создания и управления комплексов сборочных единиц, используя геометрические данные и граничные условия. Сборка может выполняться из деталей, находящихся в разных моделях. Полученные в результате сборки данные пригодны для работы в модулях трехмерной параметризации, расчета допусков и посадок, черчения и кинематики. Логика механических связей

5626-SHE Sheet metal Design

Модуль проектирования листовых деталей обеспечивает задачи проектирования, анализа, управления и технологической подготовки производства деталей на основе листовых заготовок. Используя технологические и параметрические атрибуты, пользователь добавляет к геометрической интеллектуальную информацию, такую как свойства материала, пригодную для применения в последующих приложениях. Модуль автоматически строит развертку листа заготовки и проверяет деталь на конфликты типа “нахлеста при развертке”. Он (модуль) полностью интегрирован с модулями, Drafting, Exact Solids, Assembly Modeling.

5626-FDT 3D Functional Dimensioning and Tolerancing

Модуль расчета трехмерных допусков и посадок. Предназначен для присвоения, анализа и редактирования допусков и посадок, приложенных к функциональным поверхностям и кромкам солидов, поверхностям, граням и оболочкам. С его помощью выполняется анализ размерных цепей, анализ допуска на замыкающий размер и анализ собираемости сборки по признакам натягов. Производимые продуктом данные пригодны для их использования в технологической подготовке производства. 3D Functional Dimensioning and Tolerancing является ключевым продуктом в системе управления качеством. Модуль полностью интегрирован с модулями 2D Wireframe and Annotation, Drafting, Draw-Space (2D/3D) Integration, Exact Solids, 3D Parametric Variational Modeler, Assembly Modeling.

5626-SUD Surface Design

Модуль, позволяющий моделировать поверхности, предлагает пользователю инструмент быстрого и качественного построения и модифицирования поверхностной геометрии. Он работает как основной инструмент при манипулировании поверхностями, гранями, оболочками и замкнутыми объемами. В нем также присутствуют средства численного анализа поверхностной геометрии.

5626-ASU Advanced Surface Design

Модуль проектирования сложных поверхностей. Содержит большой выбор средств создания, модификации, анализа и выглаживания сложных поверхностей с воспроизводимой историей построения. С его помощью создаются поверхности класса А для стилевого дизайна, аэродинамики и других особо ответственных геометрических форм. В числе уникальных возможностей Advanced Surface Design содержит использование графических законов углов, радиусов, параметров масштабирования, параметров площадей. Среди граничных условий, накладываемых при построении, могут использоваться неявных законы углов касательных, считанных со встречных поверхностей. Модуль полностью интегрирован с DRS Draw-Space (2D/3D) Integration, 2D Wireframe and Annotation, Drafting, Exact Solids, 3D Parametric Variational Modeler.

5626-FRF Free Form Design

Модуль проектирования произвольных форм, представляющий собой расширение возможностей модулей Surface Design и Advanced Surface Design, предназначен для построения, анализа, выглаживания и модификации наиболее сложных “скульптурных” кривых и поверхностей. Он работает как в математике NURBS, так и в математике двухпараметрических полиномов Безье. Free Form Design содержит уникальный инструмент высокочувствительного численного анализа качества поверхностной геометрии с его графической визуализации в виде цветовых диаграмм, эпюр и многих других форм представления.

5626-GSD Global Shape Deformation

Данный модуль является набором программных средств деформирования по сложным трехмерным законам поверхностей, граней, оболочек, замкнутых объемов и солидов. При этом сохраняется внутренняя гладкость и непрерывность деформированных форм и элементов их построения. С его помощью можно воспроизводить поведение сложных деталей при ударе, изгибе, обратном пружинении при штамповке, усадке при литье и других физических процессах; можно создавать технологическую геометрию на основе конструктивной. Пользователь может контролировать такие критические контекстуальные параметры, как допуск позиционирования, разделение поверхностей на порции и их степени полиномов.

5626-DEV Develop

Модуль Develop позволяет инженерам быстро создавать плоскую развертку из трехмерной поверхностной геометрии (одинарной и двойной кривизны, изотропических и анизотропических ), проецировать геометрию из 2D в 3D и обратно, создавать на кривых развертываемые поверхности и анализировать параметры деформации геометрии при развертывании. Продукт является важнейшим инструментом технологической подготовки производства листовых штамповок.

5626-GEO Geodesic

Модуль построения лежащих на поверхности кривых. Представляет собой аппарат построения “геодезических” кривых на сложных поверхностях, необходимых для создания точных разметок на листовых деталях, масок, шаблонов раскроя и другой геометрии. В нем встроены инструменты построения на сложных поверхностях параллельных, нормальных, эквидистантных и других кривых, а так же скруглений углов и сеток.

5626-ENG Engraving/Embossing

Модуль гравировки и теснения. Предназначен для создания рельефной геометрии на сложных поверхностях маппированием TIFF-файлов. С его помощью на поверхность детали наносятся элементы маркировки и клеймения, логотипы и другие виды рельефного изображения.

5626-CGO Cloud То Geometry

Модуль использования массивов точек при создании сложной поверхностной геометрии. Предназначен для обеспечении моста между геометрией физического прототипа в виде массива сосканированных точек и математической моделью этого объекта. Он содержит функции фильтрования шумовых точек, переупорядочивания оцифровок, их выглаживания и восстановления поверхностной геометрии. Предусмотрено двухстороннее преобразование геометрии между массивами точек и геометрией CATIA и поддерживается несколько нейтральных форматов записи массивов для обмена данными.

5626-GPS Generative Part Stress Analysis

Модуль оценочного конструкторского расчета на прочность. Модуль не требует специальных знаний в области прочностного анализа. Он позволяет выбрать анализируемый объект, присвоить ему свойства материала из таблицы, место и тип заделки, внешнюю нагрузку. Автоматически строится и оптимизируется сетка конечных элементов и запускается решающая программа. В результате расчета пользователь имеет диаграммы напряжений, перемещений и вероятных ошибок. Для повышения точности расчета предусмотрена адаптация сетки конечных элементов в зонах наибольших вероятных ошибок и повторная калькуляция. Сетка конечных элементов ассоциативно связана с исходной геометрией и имеется прямой доступ к изменению параметрических размеров детали. Поэтому возможен одновременный расчет и доработка геометрии в режиме итерации.

5626-NCB Manufacturing Infrastructure

Модуль производственной инфраструктуры. Инфраструктура технологической подсистемы включает в себя технологическую базу данных станков, режущего инструмента, материалов и режимов резания. Позволяет осуществить визуальный контроль траектории режущего инструмента и строк фрезерования, а также графическое редактирование траектории инструмента. Обеспечивает возможность создания описаний вспомогательных перемещений фрезы и управление синтаксисом команд постпроцессора.

5626-РРВ Postprocessor Builder

Генератор постпроцессоров для станков с ЧПУ. Формирование постпроцессора не требует от технолога знаний в области алгоритмического программирования, так как эта процедура сводится к заполнению табличных форм. В стандартную конфигурацию модуля входят наиболее распространенные постпроцессоры для 3-,5-координатных станков с ЧПУ.

5626-МАА Milling analysis

Модуль анализа процессов машинного фрезерования. С помощью данного модуля производится рациональный выбор необходимого пакета фрез, а также правильное позиционирование заготовки на станке. В результате работы этого модуля формируются вспомогательные геометрические элементы - зоны детали, не обработанные данной фрезой при определенном положении оси фрезы. Эти элементы затем могут быть доработаны меньшим инструментом. Предварительный совместный анализ системы “деталь-фреза”

Значительно повышает эффективность обработки.

5626-NCR Rough Cutting

Модуль черновой обработки. Позволяет формировать управляющие программы, оптимизирующие процесс черновой обработки (обдирки) заготовки детали.

5626-NC3 Fixed Axis Milling

Модуль трехкоординатной фрезерной обработки. Предназначен для формирования программ для электроэрозионных, шлифовальных и фрезерных трехкоординатных станков с ЧПУ. Предлагается широкий спектр стратегий управления перемещениями инструмента при обработке, как всей детали, так и выделенных зон.

5626-NC5 Multiple Axis Milling

Модуль пятикоординатной фрезерной обработки. Продукт обеспечивает подготовку программ обработки деталей на трех-, пяти-координатных станках с ЧПУ. Осуществляет оптимизацию управления углом опережения инструмента для обеспечения бесподрезного многоосевого фрезерования деталей с нерегулярной поверхностью.

5626-ELD Electrical Device and Support Modeling

Модуль моделирования агрегатов электросистем и их опорных элементов. Продукт, позволяющий моделировать геометрические и функциональные характеристики коммутационных узлов, разъемов, фиксаторов для электрооборудования автомобилей. Входит в состав конфигурации ЕЕМ (3D Electrical Systems Engineering).

5626-ELW Electrical Wire Bundle Installation

Продукт для моделирования электрокоммуникаций. Модуль реализует трассировку сети электрооборудования с учетом механических характеристик кабеля. Формируется схема компоновки жгутов и расчет фактических длин кабелей с учетом провисания. Входит в состав конфигурации ЕЕМ (3D Electrical Systems Engineering).

5626-SPD System Pathway Definition

Модуль определения маршрутов прокладки коммуникаций. Позволяет конструктору производить размещение коммуникационных систем в среде геометрической модели изделия с учетом расположения агрегатов и узлов. Работа этого продукта определяет во многом эффективность модуля Electrical Wire Bundle Installation. Входит в состав конфигурации ЕЕМ (3D Electrical Systems Engineering).

5626-ANI Analysis Infrastructure

Инфраструктура анализа на прочность. Организация инфраструктуры подсистемы конечно-элементного моделирования. Продукт осуществляет настройку на терминологию и библиотеки выбранного пользователем расчетного пакета (CATIA ELFINI, ANSYS, NASTRAN), обеспечивает управление данными и графическими параметрами объектов анализа. Входит в состав конфигурации FAN (Finite Element Analysis).

5626-SPM Scientific Presentation Modeler

Модуль обработки результатов анализа на прочность. Предназначен для отображения на экране и вывода на внешние устройства результатов выполненных расчетов. Любые требуемые характеристики могут быть представлены в текстовом, графическом или реестровом формате. Входит в состав конфигурации FAN (Finite Element Analysis).

5626-FEM Finite Element Modeler

Моделирование конечных элементов. Генератор сеток конечных элементов предоставляет инженеру широкий выбор способов, алгоритмов и степени автоматизации процедур создания моделей: от ручного топологического метода до полностью автоматического режима разбиения на одно-, двух- и трехмерные конечные элементы. В модуле представлены практически все способы задания граничных условий и нагружения. Диалог с пользователем ведется в терминах выбранного расчетного пакета. Осуществляется анализ качества создаваемой сетки по критериям, определенных пользователем. Входит в состав конфигурации FAN (Finite Element Analysis).

5626-ANS ANSYS Interface

Прямой двусторонний интерфейс с расчетной системой ANSYS.

5626-PBG Publishing

Подсистема выпуска текстовых и графических документов, которые могут быть использованы как для производственных, так и для маркетинговых целей.

5626-VST Visualization Studio

Продукт позволяет дизайнеру оценить эстетические характеристики изделия, а работникам маркетинговых служб предприятия - помочь проанализировать спрос на изделие. Модуль располагает огромным набором редактируемых 2D- и 3D- текстур материалов и сред, разнообразными средствами задания условий освещенности; вычислительный алгоритм позволяет формировать многократные зеркальные отражения от кузовных поверхностей, моделировать преломление светового луча на границе двух сред (в том числе и нестационарных - тепловые потоки воздуха или волнение жидкости ). Может быть создана последовательность изображений с изменением направления линии взгляда (аналог мультфильма).

5626-IGS IGES Integrated Interface

Стандартный двусторонний интерфейс для обмена геометрической информацией с другими САПР.

4.2 Основные функции построение модели и чертежа деталей в САПР CATIA

В современном проектировании деталей газотурбинных силовых установок системы автоматизации играют очень важную роль. На этапе проектирования и конструирования особо важную роль играет построение трехмерной модели детали (солида). Электронная модель является основой для всех видов расчетов. Для газотурбинных силовых установок модель детали, для которой требуются сложные расчеты, передается в отдел прочностных, аэродинамических и термодинамических расчетов. Далее модель, либо передается в модуль CATIA, способный сделать требуемые расчеты (разные модули для разных типов расчетов), либо, как это часто встречается на предприятиях, не способных закупить весь пакет программ CATIA, через интерфейс, основанный на Motif, переводится в определенный формат, и далее идут расчеты в других программах (п. 3.1.2). Есть также и обратный процесс: например, рассчитанный в аэродинамическом отделе профиль пера лопатки переводится в формат CATIA, и далее идет уже работа по созданию модели от этого пера. Построение конструкторских чертежей является уже функцией контроля правильности построения модели.

В данном разделе рассмотрены основные функции CATIA построения модели и чертежа детали. В пункте 4.2.1 рассмотрен интерфейс пользователя, в пункте 4.2.2 описаны функции создания двухмерной геометрии и образмеривания, В пункте 4.2.3 построение трехмерной модели детали (на элементарных примерах) и получение двухмерных видов на основе построенного солида.

4.2.1 Интерфейс пользователя

Работа в системе автоматизированного проектирования CATIA идет в диалоговом режиме. Экран состоит из панели меню (файл, сервис, формат, справка и т.д.), из командной строки (где также задаются параметры геометрии), из панели наиболее часто используемых операций (нижняя панель) и из панели функций.

На панели наиболее часто используемых операций находятся следующие кнопки: выбор основного вида, переход от трехмерного режима к двумерному и обратно, запоминание модели или чертежа для последующей передачи в другой файл, выбор вида представления солида, кнопка вывода набора функций, выбор окна, обновление вида (при увеличении или уменьшении объекта). Также на денной панели находится кнопка перехода к режиму “No show”. Данный режим нужен для хранения ненужной на данный момент геометрической информации. Причем информация может свободно переносится из рабочего вида в режим “No show”.Также на этой панели расположены вспомогательные функции YES и NO(аннулирование предыдущего действия), часто используемые в работе с совершенно разными функциями.

Панель функций состоит из панели собственно функций и панели, в которой содержатся подфункции и опции рабочей в данной момент функции. На вспомогательной панели подфункции и опции расположены в вертикальном порядке следующим образом: первый столбец - подфункции, следующий столбец - опции данной подфункции (которая используется в данный момент), следующий - подопции данной опции и т.д. Функции на панели также расположены вертикально. Существуют два списка функций: первый - для работы в двухмерном пространстве, второй - для работы в трехмерном. Подробнее о работе с функциями и их подфункциями будет описано в следующих разделах. Помимо функций создания и взаимообмена между 2D- и 3D- режимами геометрической информации, в списке присутствуют функции работы с файлом, создания чертежного листа и вывода его на печать (для 2D), анализа геометрии (количественного и сравнительного), настройки рабочих окон, функция передачи геометрической информации из одного файла в другой и другие, реже используемые функции.

Подробнее опишем настройку рабочих окон. В системе CATIA выводится на экран до четырех окон одновременно. Одно из них будет рабочим. Выбор рабочего окна производится нажатием левой кнопкой мыши (далее Ml) на пустой кружок в верхнем левом углу окна (при переходе окна в рабочий режим кружок окрашивается в красный цвет). Виды окон бывают следующие: двухмерный чертеж (drawing), трехмерный изометрический вид(хуг), проекции трехмерной геометрии по плоскостям xz, ху, zy. В командной строке указываются параметры создаваемой геометрии, а также разные коды для обозначения выбираемых объектов. Допустим, требуется перейти от одного окна к другому (от двухмерного к XYZ). Ml выбираем на нижней панели функцию WI (вида), затем в командной строке указываем код XYZ. Над командной строкой находится строка, в которой описаны действия, которые требуются для создания данного вида геометрии. Слева указывается действие для левой кнопки мыши, затем через две наклонных черты - для правой кнопки; справа указывается информация, которая может быть введена в командной строке. Слева от командной строки указываются параметры, которые будут приняты системой, если они устраивают пользователя. Они называются стандартными (standard) и принимаются путем выбора на нижней панели вспомогательной функции YES. Подробнее о работе выше описанных элементов пользовательского интерфейса будет рассказано в следующих разделах.

4.2.2 Создание двухмерной геометрии, образмеривание и нанесение надписей

Для начала работы следует выбрать на нижней панели режим Drawing нажатием кнопки DR, затем также на нижней панели или в функции FILE выбирается соответствующая настройка панели функций (настройка DRW), и наконец, выбирается в функции IMAGE вид окна следующим образом: Ml указывается на панели IMAGE, затем на панели подфункций (далее обозначение перехода к следующему действию будет “+”) указывается SCREEN+DEFINE. Появляется временное окно, где указаны виды наборов окон и виды самих окон. Выбирается Ml “одно окно” и вид окна “DR”. Далее +YES. Можно начинать работу.

Создание двухмерной геометрии осуществляется с помощью функций построения основных примитивов. В СATIА есть следующие такие функции: LINE (построение линий и отрезков), POINT (построение точек), CURVE (построение кривых, кругов и эллипсов). Рассмотрим подробнее данные функции.

Функция POINT имеет следующие подфункции (виды задания точек): точка пересечения двух элементов (в случае отсутствия пересечения система указывает ближайшую точку на первом указанном элементе), окончание отрезков, точка касания двух элементов, путем указания координат (координаты задаются в командной строке). Для наглядности приведем пример. Рассмотрим алгоритм получения точки пересечения двух отрезков:

POINT + PROJ INT + указание Ml первого отрезка + указание Ml

второго отрезка. Полученная точка указывается крестом. Примечание: любой выделяемый объект загорается красным цветом.

Функция LINE применяется для построения прямых, лучей и отрезков. Подфункции LINE обеспечивают построение следующих видов линий: из точки в точку, параллельных, горизонтальных, вертикальных, медиан, перпендикулярных, касательных, наклонных, путем задания уравнения прямой. В каждой из этих подфункций имеются три одинаковые опции: TWO LIM (построение прямой), ONE LIM (построение луча), NO LIM (построение отрезка). Рассмотрим алгоритм построения параллельного определенному линейному элементу отрезка:

LINE + PARALLEL + указывается Ml исходный элемент + указывается область, в которой будет построен параллельный отрезок + в командной строке указывается расстояние между параллельными элементами (или при наличии рядом с командной строкой нужного стандартного значения - YES (далее альтернативное действие будет обозначатся “//”) + в командной строке указывается длина отрезка (начальная точка указывается либо автоматически, как начальная точка равного параллельного элемента исходному, либо нажатием правой кнопки мыши (далее М2)) // YES (при совпадении стандартных значений с нужными пользователю) // указание М2 на экране конечной точки отрезка.

Примечание: далее в приведении примеров построения двухмерной геометрии не будет указываться альтернативное действие введения стандартных параметров, так как такие параметры присутствуют при любом вводе в командную строку. Эти параметры выбираются системой автоматически из предыдущей подобной операции.

Также в функции LINE имеется подфункция MODIFY, в которой есть опции переноса и дубликации линии.

Функция CURVE используется для построения окружностей, эллипсов, кривых (SPLINE). Окружности строятся следующими способами: указанием центра и радиуса, касательным к двум элементам и указанием радиуса, касательным к трем элементам, указанием трех точек окружности; кривые строятся путем указания точек данной кривой, заданием уравнения.

Рассмотрим алгоритм построения окружности, касательного к двум элементам: CURVE + CIRCLE + MLT TGT + Ml указывается первый элемент + Ml указывается второй элемент + М2 указывается область нахождения центра окружности + в командной строке вводится значение радиуса.

Для тримирования, создания фасок, скруглений используется функция LIMIT. Данная функция имеет следующие подфункции: функция изменения конечных точек элементов (RELIMIT), функция разбивки элементов на составляюгцие(ЕЖЕАК), функция скругления (CORNER), функция создания фасок (CHAMFER). Рассмотрим выше перечисленные подфункции подробнее.

Подфункция RELIMIT используется для изменения граничных параметров ранее построенной геометрии. В данной подфункции имеются следующие опции: переограничение по обоим элементам и ограничение указываемого первым элемента. В качестве ограничивающих элементов могут выступать любые двухмерные элементы. Рассмотрим алгоритм переограничения линии:

LIMIT + RELIMIT + TRIM ELI + указывается переограничиваемый элемент (линия) Ml + указывается ограничивающий элемент Ml // указывается произвольная точка на экране М2.

Подфункция CORNER позволяет скруглять внутренние или выступающие углы. При этом есть три режима скругления: скругления без переограничения обоих составляющих угла скруглением (NO TRIM), с переограничением указываемой первой составляющей скругляемого yraa(TRIM ELI), без переограничением обеих составляющих yrna(TRIM ALL).

Пример: скруглеиие угла с иереограничеиием обеих составляющих угла:

LIMIT + CORNER + TRIM ALL + в командной строке указывается радиус скругления + указывается первая составляющая угла Ml + указывается вторая составляющая угла М1.

Подфункция CHAMFER обеспечивает построение фасок. При этом в опциях данной подфункции существует два режима задания параметров фаски: 1)когда в командной строке через запятую вводятся размеры фаски по горизонтали и вертикали; 2) в командной строке через запятую вводятся длина и угол наклона фаски относительно указываемого первым элемента стачиваемого угла.

Для создания видов по плоскостям используется функция COMBIVU.

Данная функция позволяет создавать вспомогательные линии проекций с одного вида на другой. Рассмотрим как создать проекцию с вида XY на ZY:

На нижней панели Ml нажимается кнопка основного вида (на ней изображено несколько осей) + Ml указывается на любой элемент вида ZY + COMBIVU + указывается на элемент вида XY, на который нужно создать проекцию. Строится вспомогательная линия на виде ZY.

Функция AUXIVIEW используется для модификации параметров определенного вида (подфункция MODIFY) и для переноса элементов одного вида в другой (подфункция TRANSFOR). Подфункция MODIFY выполняет перенос вида на экране, его вращение, изменение масштаба на виде, изменение цены деления на осях вида.

Рассмотрим алгоритм изменения масштаба чертежа на виде:

Убедиться в том, что изменяемый вид - основной (см. работу функции COMBIVU) + AUXIVIEW + VIEW + SCALE + в командной строке вводится новый масштаб (масштаб 2:1 пишется “2”, масштаб 1:2 пишется ”0.5“), при этом слева от командной строки пишется старый масштаб вида.

Образмеривание чертежей осуществляется с помощью функции DIMENS2. Создание размеров обеспечивает подфункция CREATE. Данная подфункция обеспечивает создание следующих типов размеров: расстояние между двумя элементами, длина элемента, радиус, диаметр, угол, фаска. При создании размера на экране появляется временное окно, в котором находятся параметры образмеривания. В данном окне пользователь может задавать допуск на размер, вставлять в размерный текст символы и надписи, изменять шрифт размерного текста, задавать последний знак после запятой размера, изменять тип, расположение и параметры размерных и выносных надписей. При создании размера на диаметр, равно как и на радиус, можно задавать тип образмериваемого элемента: цилиндр или окружность.

Подфункция MODIFY обеспечивает изменение свойств уже созданного размера. Данная подфункция обеспечивает изменение следующих элементов размера: числового значения размера, выносных линий, размерных линий.

Текст и символы на чертеже создаются с помощью функции TEXTD2. Так же, как и в функции DIMENS2, в данной функции имеются две основные подфункции: CREATE и MODIFY. С помощью CREATE можно наносить текст, символы шероховатости, базовых поверхностей, отклонений.

MODIFY позволяет изменять содержание, положение и параметры наносимых обозначений и текста.

4.2.3 Создание трехмерной модели детали и построение на ее основе двухмерной геометрии

Для работы в трехмерном виде сначала нужно на нижней панели нажать кнопку SP. Затем также на нижней панели выбрать настройку панели функций для работы в трехмерном пространстве. Затем, используя алгоритм IMAGE + SCREEN + DEFINE, выбрать в появившемся временном окне режим “два окна” и указать: для первого окна - вид DR, для второго - вид XYZ. Можно приступать к созданию модели детали.

Первой стадией построения трехмерной модели любой детали является построение двухмерных контуров в трехмерном пространстве. Существуют два пути создания контуров в системе CATIA. Первый заключается в переносе созданных в двухмерном пространстве геометрических объектов в трехмерный вид. Для этого используется функция DRW >SPC. Алгоритм переноса геометрии из двухмерного окна в трехмерное следующий:

DRW » SPC + в командной строке указывается плоскость, в которой находится исходные построения (например, XY) + в двухмерном виде Ml указываются все геометрические объекты, подлежащие переносу + YES (означает конец операции переноса в данной плоскости) + указываем следующую плоскость, если требуется + повторяется алгоритм переноса.

Вторым способом создания двухмерной геометрии является построение таких объектов напрямую в трехмерном пространстве. Для этого используются следующие функции : POINT, LINE, CURVE, PLANE, LIMIT. Разница между такими же функциями из двухмерного режима заключается в подфункциях и способах задачи параметров, причем для функций POINT и LIMIT разница отсутствует вообще.

Для функции LINE существуют следующие подфункции: из точки в точку, параллельная, перпендикулярная, средняя, задание уравнением и касательная. Рассмотрим алгоритм построения перпендикулярного отрезка:

LINE + NORMAL + указывается Ml плоскость или два образующих плоскость элемента, к которой должен быть перпендикулярен отрезок + Ml указывается начало отрезка, если есть заранее построенная точка // в командной строке указываются три координаты точки начала отрезка + Ml указывается конец отрезка // в командной строке указываются координаты конца отрезка // в командной строке указывается длина отрезка.

Для функции CURVE разница заключается в том, что основным способом задания окружностей, эллипсов и кривых является указание координат точек, определяющих строимый объект: для окружности - три точки, для кривой -- все точки.

Важной функцией в трехмерном режиме является функция построения плоскостей PLANE. Существуют следующие подфункции задания параметров плоскости: указанием образующих плоскость элементов, параллельная данной, перпендикулярная данной, заданием уравнения плоскости, вращением данной относительно оси. Рассмотрим алгоритм построения плоскости, параллельной относительно плоскости XY:

PLANE + PARALLEL + Ml указывается сначала одна ось плоскости, затем другая // в командной строке вводится XY + на экране появляется стрелка, указывающая направление, в котором относительно XY будет построена новая плоскость - Ml нажать на стрелку для ее поворота в обратное направление (если нужно) + в командной строке указывается расстояние, на котором находится новая плоскость относительно XY.

Неудобство задания параметров геометрии в трехмерном режиме в системе CATIA ликвидируется использованием временных рабочих плоскостей в трехмерном пространстве. Поясним эту возможность CATIA подробнее. На нижней кнопке существует кнопка, на которой стоит при обычном режиме работы надпись “3D”. Нажатием на нее Ml на кнопке появляется “2D”. Далее указываются два элемента, образующие плоскость или заранее построенная плоскость. В случае, если пользователь хочет работать в одной из главных плоскостей (XY,XZ,ZY), следует указать ту ось, которая не образует нужную плоскость. Например, если пользователь собирается работать в плоскости XY, нужно указать ось Z. Для возвращения в обычный режим, следует Ml указать на нижней панели кнопку “2D” и затем нажать Ml YES.

При выборе временной рабочей плоскости функции построения двухмерной геометрии переходят в двухмерный режим, то есть геометрия строится по алгоритмам, описанным в предыдущем разделе.

Основной функцией построения трехмерной геометрии является функция SOLIDE.

Данная функция фактически является единственной, отвечающей за построение и обработку модели детали. Первой подфункцией SOLIDE, отвечающей за построение твердых тел является CREATE. В этой подфункции существуют следующие опции по типам строимых твердых тел: призма (PRISM); тело вращения (REVOLUTION); цилиндр (CYLINDER); параллелограмм (CUBOID); сфера (SPHERE); труба (PIPE); тело, создаваемое вытягиванием контура (SWEEP); 11 и рами д a(PYR Л М ID).

Все вышеперечисленные тела, кроме куба и сферы, и задание их параметров приведены на листе № 10 графической части. Рассмотрим подробнее алгоритмы их построения. При указании типа твердого тела на экране появляется три временных окна: окно задания параметров данного солида, окно с иллюстрацией солида и чем являются задаваемые параметры и окно редактирования контура (об использовании этого окна будет рассказано позднее).

Построение призмы: SOLIDE + CREATE + PRISM + во временном окне задаются два параметра: OFFSET 1 (расстояние до первой границы призмы по нормали к контуру от плоскости контура, 40 мм) и OFFSET2 (расстояние до второй границы, -40 мм) + Ml указываются элементы контура (для всех твердых тел, когда строится контур, появляется временное окно с надписью “Auto search”; при нажатии Ml на это окно система автоматически определяет контур + YES, если выделенный контур является требуемым + YES (призма строится).

Построение тела вращения: SOLIDE + CREATE + REVOLUTION + Ml указывается ось вращения для создаваемого тела + указывается контур тела вращения + YES + YES

Построение цилиндра: SOLIDE + CREATE + CYLINDER + указывается плоскость, перпендикулярно которой строятся образующие цилиндра + во временном окне задаются следующие параметры: расстояние от исходной плоскости до начала образующих цилиндра (0 мм), расстояние от исходной плоскости до конца образующих цилиндра (85 мм), радиус начальной окружности цилиндра (23 мм), радиус конечной окружности цилиндра (33 мм). + YES.

Построение пирамиды: SOLIDE + CREATE + PYRAMID + в командной строке указываются координаты вершины пирамиды //Ml указывается заранее построенная точка вершины пирамиды + указывается контур пирамиды + YES + YES.

Построение тела, образуемого вытягиванием контура: SOLIDE + CREATE + SWEEP + указывается контур тела + указывается траектория, по которой будет осуществляться вытягивание + YES + YES.

Построение трубы: SOLIDE + CREATE + PIPE + указывается плоскость, в которой располагается начало трубы + указывается траектория вытягивания трубы + во временном окне задается радиус трубы (20 мм) + YES.

Построение параллелограмма: SOLIDE + CREATE + CUBOID + указывается базовая точка в командной строке или указанием Ml заранее построенной точки + указывается базовая плоскость + указываются во временном окне длины граней (по вертикали, по горизонтали и по нормали к базовой плоскости) + YES.

Построение сферы: SOLIDE + CREATE + SPHERE + указывается окружность, по которой будет строится сфера //(указывается точка центра сферы + во временном окне указывается радиус сферы) + YES.

Второй подфункцией SOLIDE является OPERATN. Данная подфункция осуществляет следующие операции с ранее построенными твердыми телами: сложение, вычитание, разделение солида, скругление ребра, образование фасок.

Для наглядности на листе № 11 графической части приведены примеры данных операций. На листе изображены две исходные модели (два тела вращения). Вторая исходная модель размножается вращением вокруг оси X (эта операция будет описана позже). Операция сложения имеет следующий алгоритм:

SOLIDE + OPERATN + UNION + Ml указывается первое тело + М2 указывается второе тело + YES.

Операция вычитания: SOLIDE + OPERATN + SUBSTRACT + Ml указывается тело, из которого производится вычитание + М2 указывается вычитаемое тело + YES.

Следующая операция - скругление ребер и граней: SOLIDE + OPERATN + FILLET + Ml указывается скругляемая грань (можно несколько граней) + в командной строке указывается радиус скругления (на листе радиус равен 3 мм) + YES.

Операция рассечения модели: SOLIDE + OPERATN + SPLIT + Ml указывается поверхность, плоскость (на листе это плоскость XY) + Ml указывается рассекаемый солид + YES.

Операция образования фасок: SOLIDE + OPERATN + CHAMFER + Ml указывается стачиваемая грань + задаются параметры фаски так же, как и в двухмерном пространстве (см. пункт 4.2.2) + YES.

Следующая описываемая подфункция - TRANSFOR - подфункция размножения солидов. Солиды размножаются переносом, вращением и зеркальным отображением относительно плоскости или оси. Опишем алгоритм размножения исходной модели №2:

SOLIDE + TRANSFOR + ROTATE + во временном окне указывается угол вращения (90°) и количество новых копий (3) + Ml указывается размножаемый солид (модель №2) и ось вращения (X) + YES. Размноженные копии и исходный солид являются единым со ли дом.

Следующая подфункция - это подфункция модифицирования модели MODIFY. Данная подфункция имеет две следующие опции: изменение геометрических параметров модели или ее частей, изменение взаимоотношений частей модели. Стоит подробнее рассказать об одной уникальной возможности CATIA - о древесной структуре модели (см. лист № 11 графической части). Древесная структура отражает историю создания модели. Ветвями являются части модели (в прямоугольниках написан тип солида и кодовый номер). На пересечениях ветвей стоит тип операции, которая была произведена с двумя пересекающимися солидами.