Нанософт

Оптимальная расчетная конечно-элементная модель какая она? такой чаще всего не проговоренный вслух, а порою даже и неосознанный вопрос непременно рождается (как минимум в подсознании) у каждого инженера-расчетчика при получении ТЗ на решение задачи методом конечных элементов. Каковы критерии этой самой расчетной модели-мечты? Пожалуй, здесь стоит отталкиваться от известного философского принципа Всё следует упрощать до тех пор, пока это возможно, но не более того. Вот только как применить этот принцип к нашим научным и инженерным задачам?

Рисунок 1

Критерии оптимальной расчетной конечно-элементной модели

Поразмыслив, проанализировав свой практический опыт, я выделил три основных критерия оптимальной расчетной конечно-элементной модели: 1) физические допущения, адекватные целям расчета; 2) упрощения детализации геометрии, правильный выбор видов конечных элементов и способов их соединения; 3) качественная сетка КЭ. Эта статья является продолжением моего доклада Особенности использования различных видов конечных элементов в Femap с NX Nastran, прочитанного на Femap Symposium 2020. В докладе я обзорно рассказывал о применении этих трех критериев на примере конкретных проектов, а здесь я подробнее расскажу подробнее о втором критерии.

Чтобы определиться с концепцией рациональной расчетной схемы, в которую мы будем преобразовывать (чаще упрощать) исходную геометрическую модель, нужно в первую очередь хорошо понимать физику моделируемого процесса, осознавать факторы и параметры, изменение которых более всего влияет на результат. Необходимо разбираться в видах конечных элементов (линейные, поверхностные, объемные), способах соединения частей модели и в особенностях их совместного применения. Причем части модели могут состоять из конечных элементов разных видов. Да, и конечно же нужно знать возможности используемого вами расчетного комплекса. Расчетный комплекс Femap с NX Nastran поддерживает все виды конечных элементов и позволяет соединять области, состоящие из конечных элементов разных видов, всеми основными способами.

Способы соединения частей КЭ-модели

Существует три основных способа соединения (в более широком смысле слова взаимодействия) частей конечно-элементной модели, передачи нагрузки и внутренних усилий между частями модели. Эта классификация носит условный характер, и я ввел ее для удобства восприятия информации расчетчиками-практиками.
Первый способ соединение конечных элементов разных частей модели узел в узел. Это самый классический способ. При его использовании граница перехода между частями модели не оказывает никакого собственного влияния. Фактически решатель работает с единой сплошной моделью, а части модели существуют только для удобства работы пользователя в пре- и постпроцессоре.

Рисунок 2

Второй способ это применение MPC-связей (multiple point constraint). MPC соединяют узел с узлом (тогда это скорее SPC single point constraint) или узел с группой узлов с помощью жестких или интерполяционных элементов.

Рисунок 3

Третий способ применение контактных поверхностей различных типов (например, склейка или с трением). При использовании этого способа пользователь выбирает контактирующие поверхности, а препроцессор автоматически определяет взаимодействующие узлы.

Рисунок 4

Эти три способа соединения (взаимодействия) даже более чем различны. Например, целые классы задач (штамповка, соударение тел) просто невозможно решить без применения контактных поверхностей. При решении же более простых задач (линейная статика, модальный анализ), как правило, есть возможность выбрать, как именно упрощать геометрию и какой способ соединения частей модели применить.

Практические примеры

Разберем и проанализируем по вышеописанным критериям модель радиобашни, изображенную на рис.3. Расчетная модель радиобашни используется для определения собственных форм и частот колебаний металлоконструкции башни, потому точный учет жесткости силовых элементов исключительно важен. Это очень ответственная задача собственные частоты колебаний необходимы для определения динамической составляющей ветровой нагрузки (см. Руководство по расчету зданий и сооружений на действие ветра к СП 20.13330.2010 Нагрузки и воздействия).

Модель радиобашни состоит из конечных элементов трех видов: 1) несущие вертикальные круглые трубы и связи соединяющих их (также из круглых труб) смоделированы балочными конечными элементами; 2) ребра жесткости, соединяющие трубы и опорную плиту, смоделированы поверхностными КЭ; 3) опорная плита смоделирована солидами (объемными КЭ).

В модели также применены три основных способа соединения частей конечно-элементной модели:
а) узел в узел соединены части модели (линейные), между которыми нет зазоров;
б) с помощью MPC-связей соединены линейные элементы (имитирующие трубы), между которыми есть зазоры. Кроме того, посредством MPC-связей соединены элементы ребер жесткости и вертикальных труб;
в) контакты заданы между нижней гранью ребер жесткости и поверхностью опорной плиты.

Я считаю эту расчётную модель очень грамотным результатом преобразования геометрической модели в расчетную, так как модель достаточно проста, но при этом в ней учтены основные конструктивные элементы, определяющие жесткость конструкции. Как правило, в простых строительных САПР отсутствуют инструменты, позволяющие соединять конечные элементы различных видов (в случае радиобашни не было бы возможности смоделировать опорные элементы). То есть в простой строительной САПР конструкцию радиобашни удалось бы смоделировать лишь из одних труб, разбив их балочными конечными элементами. В этом случае податливость основания не учитывается и собственные частоты колебаний конструкции оказываются завышены.

Далее на примере расчетного комплекса Simcenter Femap c NX Nastran я подробнее расскажу о втором способе соединения частей модели, а точнее о применении MPC-связей. Элементы типа R математически эквивалентны многоточечному уравнению связи (Multipoint Constraints Equations, MPC). Они накладывают постоянные ограничения на компоненты перемещения соединяемых узлов. Каждое уравнение связи выражает зависимую степень свободы как функцию независимой степени свободы.
Элементы RROD, RBAR, RBE1, RBE2 и RTRPLT это жесткие элементы. Элементы RBE3 и RSPLINE интерполяционные элементы, они не являются жесткими.

Рисунок 5

Элемент RBE2 использует уравнения связи, чтобы связывать степени свободы зависимых узлов со степенями свободы независимого узла. Относительные деформации между зависимыми узлами отсутствуют, то есть соответствующие элементы не деформируются. Варьируя настройки степеней свободы RBE2 в поле DEPENDENT (Зависимый), можно получить WELD сварное соединение (активируя шесть степеней свободы TX, TY, TZ, RX, RY, RZ) или BOLT болтовое соединение (активируя TX, TY, TZ, вращения остаются свободными).

В отличие от элементов RBE2, элемент RBE3 не добавляет конструкции дополнительную жесткость, то есть RBE3 это интерполяционный элемент. RBE3 можно использовать как инструмент распределения нагрузки и массы в КЭ-модели, аналогичный грузовым площадям в строительных системах автоматизированного проектирования. Нагрузки в виде сил и моментов, приложенные к зависимому узлу, распределяются в независимые узлы пропорционально весовым коэффициентам.

Рисунок 6

В большинстве случаев в настройках степеней свободы RBE3 в поле INDEPENDENT (Независимый) не рекомендуется активировать вращательные степени свободы.
Подробнее специфика применения RBE2 и RBE3 представлена в статье наших партнеров из компании КАДИС: RBE2 в сравнении с RBE3 в Femap c NX Nastran.

Рисунок 7

Но вернемся от теории к практике и разберем типовую задачу расчета кронштейна, на примере которой отлично видно, что, неправильно задав способ соединения частей модели, мы получим принципиально неверное решение. Кронштейн закреплен на П-образной пластине с помощью двух болтов. К отверстиям кронштейна приложена сила с направлением вдоль пластины. П-образная пластина разбита поверхностными конечными элементами, а кронштейн объемными КЭ. С учетом толщины пластины пластина и кронштейн соприкасаются.

Рисунок 8

Чтобы результат расчета был адекватен, способ соединения кронштейна с П-пластиной (модель передачи нагрузки) должен соответствовать реальной физике работы болтового соединения. Гайки закручены с некоторым усилием (моментом). Этот момент вызывает силу, прижимающую кронштейн к поверхности пластины. Силу трения в свою очередь определяют коэффициент трения и сила реакции. При приложении нагрузки к кронштейну часть его основания прижимается к пластине, а некоторая часть основания, напротив, стремится от него оторваться, вследствие чего при превышении определенной нагрузки происходит частичное раскрытие стыка.

С точки зрения математического моделирования нам необходимо: а) задать непосредственное соединение болтов и гаек с кронштейном и пластиной и б) задать взаимодействие изначально прижатых друг к другу поверхностей. На рис. 9 показаны напряженно-деформированные состояния кронштейна с пластиной при двух вариантах задания соединений. Составляющая а назовем ее имитация болтов в обоих вариантах задана одинаково: два паучка из RBE-элементов и болт из балочных конечных элементов созданы с помощью встроенной API-команды Hole to Hole Fastener.

Первый и второй варианты различаются настройками свойств контактной пары поверхностей составляющей б. В первом варианте настройки контакта соответствуют склейке двух поверхностей, что не отвечает физике работы болтового соединения. Этот вариант можно было бы использовать, если бы кронштейн был соединен с пластиной при помощи сварных швов по периметру и внутри. Адекватное решение (второй вариант расчета) получается при задании контакта с трением. Такой вид взаимодействия поверхностей позволяет учесть эффект частичного раскрытия стыка. Задача при этом становится нелинейной и решение занимает гораздо больше времени в связи с необходимостью обеспечить сходимость решения. Подробнее о нелинейном анализе и обеспечении сходимости можно прочитать в моей статье Просто о нелинейном анализе методом конечных элементов. На примере кронштейна.

Рисунок 9

Существует несколько способов моделирования болтового соединения. Представленный выше способ (балочный элемент + RBE + контакт с трением) относительно прост, однако он позволяет учесть передачу сдвиговых усилий. Есть более точный, но и гораздо более трудоемкий способ моделирования болтового соединения: непосредственное моделирование болтов, гаек, шайб объемными конечными элементами (рис. 10). Этот способ позволяет учесть все тонкости работы болтового соединения (даже контакт в резьбе) и в том числе производить нелинейный анализ с учетом пластичности.

Рисунок 10

Глобально-локальный анализ

Проанализируем теперь сложную конечно-элементную модель марсохода Кьюриосити (Curiosity). На примере марсохода я хочу познакомить читателя с понятием глобально-локального анализа (ГЛА). Глобально-локальный анализ это процесс изолированного рассмотрения отдельных частей конструкции, при котором выполняется условие равенства силовых факторов и перемещений, соответствующих поведению этой части в составе конструкции. Возможность применения ГЛА обоснована принципом Сен-Венана: в частях конструкции, достаточно удаленных от места приложения нагрузки, напряжения и деформации мало зависят от способа приложения нагрузки. Потому часть модели можно вырезать и выполнить анализ только для этой части при условии, что значения силовых факторов на границах выреза заданы правильно.

Рисунок 11

Но вернемся к марсоходу и его модели. Весит марсоход около тонны, его габариты: длина 4,5 метра, ширина 2,5 метра, высота 2,1 метра. В процессе проектирования было проведено множество расчетов средствами Simcenter Femap, в том числе линейный статический анализ, анализ потери устойчивости, нелинейный анализ; рассчитаны отклики на воздействие случайной вибрации, выполнен анализ переходных процессов.

Конечно-элементная модель марсохода, изображенная на рис. 11, это глобальная конечно-элементная модель (ГКЭМ). С ее помощью можно подобрать сечения труб и толщины оболочек, вычислить нагрузки реакции в узлах конструкции. В модели применены линейные, поверхностные и объемные КЭ, части модели соединяются как узел в узел, так и посредством MPC-связей и контактов. Для такой сложной конструкции как марсоход рационально использовать глобальную модель как нагрузочную, а узлы считать отдельно с помощью подробных локальных конечно-элементных моделей (ЛКЭМ) то есть применять алгоритм глобально-локального анализа (рис. 12).

Для расчета узлов в ЛКЭМ очень важно правильно задать граничные условия, силовые факторы. Существует три способа переноса граничных условий из ГКЭМ в локальную конечно-элементную модель: перенос перемещений, перенос силовых факторов, комбинированный способ. Для осуществления этих операций в Femap есть удобный инструмент FreeBody. Чтобы более подробно узнать о ГЛА и о применении FreeBody, рекомендую ознакомиться с докладом Алексея Патая из компании Центр Технических Проектов: Возможности Femap для глобально-локального анализа авиационных конструкций.

Рисунок 12

Заключение

Подведем итоги, опираясь на вышеприведенные результаты анализа трех расчетных моделей: радиобашни, кронштейна и марсохода. Какая она все-таки оптимальная расчетная конечно-элементная модель, и насколько простой модель может быть? Ответ для каждой конкретной задачи индивидуален, но есть общие критерии.

Что касается понимания физики процесса: например, нам не нужно моделировать каждый крепежный элемент радиобашни, чтобы определить собственные формы и частоты колебаний конструкции, требуется учитывать лишь элементы, в целом определяющие распределение масс и жесткость конструкции.

Для подбора сечений в строительных расчетах (металлоконструкции, деревянные конструкции и даже часть железобетонных), где чаще всего можно ограничиться использованием только линейных конечных элементов, достаточно понимать, является ли узел условно жестким или условно шарнирным. Условно потому как в любом шарнирном узле есть трение, а любой жесткий узел все равно имеет некоторую податливость. Для моделирования течений жидкости или газа, с точки зрения геометрической модели, и вовсе достаточно задать поверхность обтекаемого объекта. Так, например, геометрическая модель для определения буксировочного сопротивления судна это прямоугольный параллелепипед, из которого вычтен объем корпуса судна.

На примере расчета кронштейна, соединенного болтами с П-образной пластиной, мы увидели, что очень важно правильно задать способ передачи нагрузки, граничные условия. В противном случае мы получим результат, не соответствующий действительности. Да, в соответствии с принципом Сен-Венана, напряженно-деформированное состояние (НДС) конструкции в глобальной модели на достаточном удалении от неточно смоделированного узла практически не изменится. Но НДС элементов узла будет определено неверно, что может быть критичным, если это ответственный узел и он сильно нагружен. Особенно важно как для точности решения, так и для сходимости правильно задавать нелинейные контакты.

Для сложных же конструкций, таких как марсоход Кьюриосити, делать одну сложную и подробную конечно-элементную модель чаще всего нерационально. Целесообразнее использовать алгоритм глобально-локального анализа, то есть формировать глобальную нагрузочную конечно-элементную модель и локальные конечно-элементные модели для расчета ответственных узлов. Затем, после расчета узлов, при необходимости можно внести изменения-уточнения в ГКЭМ.

Конечно, тема оптимальной расчетной конечно-элементной модели не может быть исчерпана в рамках одной статьи. Но я надеюсь, что мой обобщенный практический опыт и теоретические знания будут полезны, и в следующий раз вы сможете быстрее найти свое оптимальное решение. При этом расчетная модель будет проще, а точность выше!

Филипп Титаренко,
специалист по расчетам на прочность,
продакт-менеджер по направлению Femap
АО Нанософт
E-mail: titarenko@nanocad.ru


Уважаемые читатели, приглашаю вас на бесплатный Профессиональный курс по расчетам методом конечных элементов (март-апрель 2021 г.). Чтобы зарегистрироваться на курс и ознакомиться с его программой, пройдите, пожалуйста, по ссылке здесь или щелкните на рисунок выше.

Профессиональный курс по расчетам МКЭ от АО Нанософт включает в себя как ценные теоретические знания и инженерные методики, ориентированные на прикладное применение, так и практические демонстрации, вокршопы по решению типовых инженерных задач в расчетном комплексе конечно-элементного моделирования Simcenter Femap c NX Nastran.

Курс состоит из трех вебинаров и предназначен для инженеров, технических работников и студентов, работающих в областях, где требуется проведение физических расчетов. В заключительной части каждого вебинара вы сможете задать вопрос ведущему, Филиппу Титаренко, и получить консультации по интересующим вас вопросам.

Даты и время проведения вебинаров:
Инженерный анализ методом конечных элементов в Simcenter Femap, обзор модулей 30 марта, 14:00
Импорт и преобразование геометрической модели в расчетную. Femap с NX Nastran 7 апреля, 11:00
Основные способы соединения частей КЭ-модели, передачи нагрузок в Femap с NX Nastran 15 апреля, 11:00

Бесплатную пробную версию Simcenter Femap с NX Nastran можно скачать здесь.

Привет, Хабр! Цель написания этой статьи как можно более понятно представить приемы конечно-элементного моделирования на примере такой непростой темы, как нелинейный анализ. Я более семи лет проработал в отделе динамической прочности АО ВПК НПО машиностроения, где занимался расчетно-экспериментальным сопровождением изделий ракетно-космической отрасли. Также около трех лет помогал строительным и нефтяным компаниям закрывать их самые сложные расчетные проблемы. Пришло время поделиться опытом.

Продакт-менеджер по направлению Femap АО Нанософт Филипп Титаренко

Введение, или Зачем и про что эта статья

Далеко не все инженеры умеют решать задачи нелинейного анализа. А многих, даже из числа тех, кто специализируется на расчетах в программах конечно-элементного анализа, словосочетание нелинейный анализ вводит в заблуждение или же вовсе пугает. Тем, кто мимоходом пробовал решать такие задачи, вспоминаются окна с большим количеством настроек и какие-то графики, которые куда-то движутся и при этом что-то не сходится (рис. 1). Однако не только научные задачи, но и современные инженерные нормы и стандарты зачастую требуют учитывать нелинейность в расчетных моделях. Причем эти требования существуют не только в космической, авиационной, машиностроительной отраслях. Так, например, свод правил СП 385.1325800.2018 Защита зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения при проведении расчетов требует учитывать геометрическую и физическую (пластичность, ползучесть и др.) нелинейности.


Рисунок 1

Статистика на сегодняшний день такова, что около 90% расчетов приходится на линейный анализ. С точки зрения экономики, линейный анализ это быстро, просто и дешево. Но если вам необходимо рассчитать отклик на воздействие ударов, учесть инерционные эффекты, проследить изменение температурных или других параметров во времени, учесть наличие поверхностей контакта, геометрические нелинейности или сложные механизмы поведения материалов, без нелинейного анализа и без умения правильно настроить решатель вам не обойтись. Основные виды нелинейности физическая геометрическая и обусловленная наличием поверхностей контакта.

В Рунете (да и в глобальной сети) на тему нелинейного анализа методом конечных элементов есть два условных типа образовательных материалов: 1) не слишком длинные инструкции, куда и в какой последовательности нажать в вашей САПР, чтобы рассчитать ваши балку, нагрев, кронштейн, течение, либо 2) толстые институтские учебники/научные работы или многостраничные руководства пользователя, которые можно и нужно долго изучать но в ближайшие дни и недели вряд ли получится что-то посчитать самостоятельно.

Данная статья это попытка автора на конкретном примере в конкретной САПР проиллюстрировать алгоритм проведения нелинейного статического анализа с нуля и до анализа решения, при этом предложив некоторые объяснения теоретическим основам, связанным с настройками решателя.

Задачу мы будем решать в пре-постпроцессоре Femap с решателем NX Nastran, еще с середины 70-х годов прошлого века многократно доказавшим свои надежность, точность и скорость. Я пользуюсь Femap 2020.2, но в целом алгоритм решения такого рода задач идентичен не только в предыдущих версиях Femap, но и в других КЭ расчетных комплексах.

На чем будем тренироваться? Нелинейный статический анализ

Нет, тренироваться, в отличие от героя старой кинокомедии (рис. 2), будем не на кошках.


Рисунок 2

Нам предстоит рассчитать Г-образный кронштейн за пределом текучести стали. Реальным прототипом кронштейна может быть альпинистский шлямбур, кронштейн на МКС или элемент навесного вентилируемого фасада. Я выбрал его потому что, с одной стороны, не хотел брать готовую модель, а с другой хорошо было бы не тратить много времени читателя на процесс создания геометрии. С точки зрения модели все будет максимально просто, больше внимания я уделю теории и настройкам решателя. При таком подходе у читателя будет возможность самостоятельно повторить весь процесс от создания модели до ее численного анализа. И даже провести натурный эксперимент.

В процессе подготовки статьи я обнаружил у себя дома подобный, но перфорированный кронштейн (рис. 3), ранее выведенный мною плоскогубцами за пределы текучести правда, при других граничных условиях закрепления. И в других целях не научно-экспериментальных, а в бытовых


Рисунок 3

Но при желании вы всегда сможете верифицировать свой численный эксперимент: такие кронштейны есть во всех строительных магазинах.

Немного теории: отличия линейного и нелинейного анализа

Для практики решения инженерных задач с точки зрения внутренних расчетных алгоритмов важно осознавать, что в нелинейном анализе нагрузки прикладываются постепенно и фактически решатель последовательно решает множество задач. При линейном статическом анализе всегда делается лишь один шаг: от начального состояния к конечному. При решении нелинейной задачи все заданные нагрузки будут приложены к телу не сразу.

Исходными данными для каждого последующего шага в нелинейном анализе является состояние модели на предыдущем шаге. Причем на каждом шаге внутренние и внешние силы (энергетические параметры) должны быть уравновешены с учетом некоторой погрешности (рис. 4). Величину допустимой погрешности определяет критерий сходимости (Convergence Tolerances). Обычно этот критерий задается в процентах от приложенной нагрузки, где под нагрузкой понимаются все приложенные к модели внешние силы или, в случае нагружения перемещением, силы реакции. Обилие настроек объясняется сложностью расчетных алгоритмов, сопутствующих нелинейному анализу. Типовое значение критерия сходимости по силам находится в диапазоне от 0,1 до 1% приложенной нагрузки. В поиске сходимости на шаге решения программа может выполнить множество итераций. По этим причинам решение нелинейных задач занимает намного больше машинного времени, чем решение линейных статических задач. Важно осознавать, что многошагового подхода могут по разным причинам (типам нелинейностей) требовать задачи, результат решения которых не зависит от времени.


Рисунок 4

Самый простой пример, на котором можно понять это утверждение, нагружение упруго-пластичной конструкции нагрузкой, при которой напряжение превысит предел текучести. Решатель заранее не знает, при какой нагрузке напряжение в отдельных узлах модели превысит этот предел и, следовательно, принципиально изменятся параметры уравнений, описывающих напряженно-деформированное состояние тела. При этом на каждом шаге приращения силы нужно учитывать изменение зоны пластической деформации. Поэтому решение проходит множество шагов приращения нагрузки, а шаги в свою очередь при необходимости выполняются за определенное количество итераций. Вычисления матрицы жесткости могут повторно осуществляться на каждом шаге решения. Частота пересчета матрицы жесткости задается пользователем. Пластичность это физическая нелинейность.

В связи с многошаговостью и итерационностью процесса решения рекомендую освоить вкладку Nonlinear History (Нелинейная хронология решения), на которую можно перейти, запустив решатель. В ней вы сможете по графику в режиме реального времени отслеживать количество выполненных итераций и уровень достигнутой нагрузки (Load Factor). По этому графику можно анализировать скорость сходимости решения. Если что-то пошло не так, то решатель прервет процесс решения и выдаст сообщение, что решение не сходится.

Линейный анализ может использоваться только для анализа моделей с линейными материалами при условии, что нелинейностей других видов нет. Линейные материалы могут быть изотропными, ортотропными или анизотропными. Если материал в модели имеет нелинейные характеристики напряжение деформации под заданной нагрузкой, должен использоваться нелинейный анализ. В нелинейном анализе могут быть использованы различные типы моделей материалов.

При нелинейном статическом анализе динамические явления, подобные инерционным силам и силам демпфирования, не учитываются. Обработка нелинейного статического решения отличается от обработки линейного статического решения несколькими основными позициями, представленными в табл. 1.



Общей теории на этом достаточно, а о том, как настроить алгоритмы решения глобальной нелинейной системы алгебраических уравнений, порождаемой методом конечных элементов, я напишу ниже, когда мы дойдем до соответствующего места при разборе нашего практического примера с кронштейном. В Femap большая часть этих настроек находится в диалоговом окне Nastran Nonlinear Analysis, куда можно попасть из диалогового окна Analysis Set, установив 10..Nonlinear Static в поле Analysis Type и несколько раз нажав кнопку Next. Но всему свое время.

Приступим к практике: моделирование кронштейна и линейный анализ в Femap с NX Nastran

В командном меню открываем File Preferences вкладка Geometry/Model. В настройках Solid Geometry Scale Factor устанавливаем Meters, что соответствует системе СИ измерений физических величин.

Наш Г-образный кронштейн будет состоять из двух квадратных пластин со сторонами длиной 0,1 метра, расположенных в перпендикулярных плоскостях. В командном меню перейдем в Geometry Surface Corners и последовательно создадим две квадратные пластины.
1) Координаты вершин для первой пластины: 1) X = 0; Y = 0; Z = 0; 2) X = 0,1; Y = 0; Z = 0; 3) X = 0,1; Y = 0; Z = 0,1; 4) X = 0; Y = 0; Z = 0,1.
2) Для второй: 1) X = 0; Y = 0; Z = 0; 2) X = 0; Y = 0,1; Z = 0; 3) X = 0; Y = 0,1; Z = 0,1; 4) X = 0; Y = 0; Z = 0,1.

Последовательно забив эти точки в диалоговое окно Locate Enter Corner of Surface, получим нужную геометрию. Нажатием клавиш Ctrl+A мы можем отобразить нашу геометрию в центре видового экрана в удобном масштабе.

Далее создадим материал наших пластин (Сталь 3) и определим его свойства. Для этого в панели Model Info, расположенной в левой части экрана, раскроем вкладку Model, затем щелкнем правой кнопкой мыши на строке Materials и нажмем New. Откроется диалоговое окно Define Material ISOTROPIC. В поле Title введем наименование St3. В поле General зададим модуль Юнга (Youngs Modulus), E = 2e11, коэффициент Пуассона (Poissons Ratio), nu = 0,3, плотность (Mass Density) = 7850. На вкладку Nonlinear пока переходить не будем. Нажимаем ОК, а затем Cancel.

Создадим тип конечного элемента и укажем его свойства. Для этого во вкладке Model щелкнем правой кнопкой мыши на строке Properties и нажмем New. Откроется диалоговое окно Define Property Plate Element Type. В поле Title введем наименование Pl0005. Во вкладке Material выберем 1..St3. Затем нажмем кнопку Elem/Property Type и убедимся, что флажок стоит в нужном месте: Plane Elements Plate. То есть выбран плоский конечный элемент пластина. Зададим толщину пластины, для этого в поле Thicknesses установим TavgorT1 = 0,005. Нажимаем ОК, а затем Cancel.

Сохраним нашу модель, для чего нажмем File Save As, выберем путь для сохранения файла и имя файла. Я назову его KronNonlin.

Зададим свойства сетки конечно-элементной модели. Для этого в командном меню нажмем Mesh Mesh Control Size On Surface. В диалоговом окне Entity Selection Select Surface(s) to Set Mesh Size нажмем Select All, чтобы выбрать все поверхности. Нажав ОК, мы попадаем в диалоговое окно Automatic Mesh Sizing. В поле Element Size выставляем значение 0,005 и нажимаем ОК. Теперь характерный размер наших конечных элементов будет равен 5 мм. На линиях модели появились точки, дающие нам информацию о том, какого размера будут элементы после создания конечных элементов.

Теперь создадим конечно-элементную модель. В командном меню нажмем Mesh Geometry Surface. В диалоговом окне Entity Selection Select Surfaces to Mesh нажимаем Select All и ОК. В поле Property установим созданный нами тип КЭ 1..Pl0005, а в поле Mesher флажок Quad. Нажимаем OK. Конечно-элементная модель создана. Теперь закрепим кронштейн и нагрузим его внешними силами.

Крепить кронштейн мы будем за четыре узла (такое закрепление более всего соответствует креплению заклепками или точечной сварке) по шести степеням свободы, и по линии стыка двух пластин по трем степеням свободы (оставив возможность вращения вокруг линии).


Рисунок 5

Задаем граничные условия закрепления. Для этого щелкаем правой кнопкой мыши на Constraints, нажимаем New и вводим название Constr. Далее нажимаем правой кнопкой на Constraints Definitions и выбираем закрепление по узлам (Nodes). Выбрав четыре узла, как показано на рис. 5, закрепляем их по шести степеням свободы; нажимаем ОК. В поле Title диалогового окна Create Nodal Constraints/DOF пишем 4nodes и нажимаем на кнопку Fixed, чтобы ограничить перемещение-вращение. Нажимаем ОК. Вновь щелкаем правой кнопкой на Constraint Definitions и выбираем закрепление по линии (Curves). В поле Title диалогового окна Create Constraints on Geometry указываем Line и нажимаем кнопку Pinned No Translation, чтобы ограничить перемещение, оставив возможность вращения.

Зададим условия нагружения, для чего правой кнопкой мыши щелкнем на Loads New. Новый Set назовем Vert. Нажимаем правой кнопкой на Load Definitions Nodal и выбираем четыре узла, к которым будут приложены данные нагрузки. В диалоговом окне Create Loadson Nodal назовем нашу нагрузку Force600. Узловые силы направлены по оси Y в отрицательном направлении. Величина узловой нагрузки FY минус 600 Ньютон. Таким образом, к каждому из четырех узлов будет приложена нагрузка по 600 Ньютон (то есть 240 кг на все четыре узла).

Далее переходим к настройкам анализа. В командном меню выбираем Model Analyses. Нажимаем кнопку New, чтобы выбрать тип анализа и решатель. В поле Title вводим Linear. Выбираем Analysis Program 36..Simcenter Nastran и Analysis Type 1..Static. Затем нажатием на кнопку Analyze запускаем расчет. Решение занимает у меня меньше одной секунды (!). Femap показывает нам окно наблюдений за результатами анализа: Simcenter Nastran Analysis Monitor. Строка Analysis complete 0 означает, что анализ успешно завершен.

В Model Info щелкаем правой кнопкой мыши на Results All Results Deform. Теперь мы видим деформированное состояние нашего кронштейна в гиперболизированном виде. На мой взгляд, деформированное состояние визуально чрезмерно преувеличено, поэтому нажмем F6: откроется диалоговое окно View options. Перейдем во вкладку PostProcessing, Deformed Style в поле Scale установим 4%. Теперь визуализация деформированного состояния модели преувеличена меньше. Максимальные перемещения можно посмотреть в левом нижнем углу модели они составляют 0,0026 м.

Нажмем клавишу F5 и отобразим распределение напряжений по модели. В поле Contour Style установим флажок на Contour, затем нажмем кнопку Deformed and Contour Data. Во вкладке Contour выберем 7033 Plate Top Von Mises Stress, чтобы Femap отобразил напряжения в узлах. Наша модель стала разноцветной, цвета отображают уровень напряженности (рис. 6). В правой части экрана мы видим шкалу, отображающую, какому цвету какой уровень напряжений соответствует. Чтобы скрыть геометрическую исходную модель, нажмем на иконку View Surfaces Toggle. Максимальные напряжения достигают 332,4 МПа, что значительно выше предела текучести 210 МПа для стали Ст3.


Рисунок 6

Итак, напряжения в точках кронштейна значительно выше предела текучести. Линейный анализ не учитывает текучесть-пластичность материалов и связанный с этим явлением эффект перераспределения напряжений, поэтому данное распределение напряжений не соответствует реальности. Переходим к нелинейному анализу.

Практика: нелинейный статический анализ в Femap с NX Nastran

Чтобы перейти от линейной к нелинейной модели, нам нужно выполнить всего пару действий (разбиение, условия закрепления и нагрузки мы не меняем).

Изменим свойства материала, добавив пластические деформации; для этого во вкладке Materials щелкнем правой кнопкой мыши на нашем материале 1 St3 и нажмем Edit. Перейдем на вкладку Nonlinear и в поле Nonlinearity Type выберем Plastic. В поле Yield Criterion выберем 0..von Mises, в поле Initial Yield Stress вводим значение 210 000 000 (то есть 210 МПа). Жмем ОК.

NX Nastran поддерживает следующие критерии пластичности:

• Мизеса (von Mises) для пластичного материала используется в большинстве случаев;
• Треска (Tresca) для хрупких и некоторых пластичных материалов;
• Друкера-Прагера (Drucker-Prager) для материалов типа грунта и бетона с внутренним трением;
• Мора-Кулона (Mohr-Coulomb) для материалов типа камень с внутренним трением.
• Осталось настроить решатель.

В командном меню выбираем Model Analyses. Нажимаем кнопку New, чтобы выбрать тип анализа и решатель. В поле Title вводим Nonlinear1. Выбираем Analysis Program 36..Simcenter Nastran и Analysis Type 10..Nonlinear Static. Нажимаем кнопку Next. В окне Nastran Executive and Solution Options ставим галочку на Number of Processors и вводим число процессоров на нашем компьютере. Затем нажимаем кнопку Next шесть раз подряд, не меняя стандартные настройки в диалоговых окнах, пока не попадем в диалоговое окно Nastran Nonlinear Analysis. Это ключевое окно для настроек нелинейного анализа, потому остановимся на этом месте поподробнее и рассмотрим его поля-настройки (рис. 7).


Рисунок 7

При необходимости учета эффекта ползучести нужно установить галочку в поле Creep.
В поле Basic устанавливаем количество шагов приращения нагрузки (Increments or Time Steps) и максимальное количество итераций на каждом шаге (Max Iterations / Steps). В случае нелинейного статического анализа Increments or Time Steps отражают уровень нагрузки. На графике Nonlinear History (Нелинейная хронология), иллюстрирующем в реальном времени количество выполненных итераций, уровень нагрузки отложен на вертикальной оси и называется Load Factor. Его величина лежит в диапазоне от 0 до 1. За заданное количество шагов нагрузка меняется от 0 до полной; при этом, если того требуют условия сходимости, в рамках одного шага выполняется несколько итераций. Эти два параметра очень важны, в каждой задаче нужно постараться выбрать золотую середину между слишком большим количеством шагов и итераций и слишком маленьким. Если их слишком мало, то решение не сойдется или будет оказано негативное влияние на точность. Если же их количество окажется чрезмерным, решение будет затрачивать очень много машинных мощностей, времени, и может быть оказано негативное влияние на сходимость. Чтобы исследовать влияние этих параметров, мы прорешаем нашу задачку с кронштейном несколько раз при различных сочетаниях количества шагов и итераций, наблюдая при этом за графиком нелинейной хронологии.

Для нелинейной статической задачи в поле Stiffness Updates можно выбрать один из трех методов (AUTO, ITER, SEMI) обновления матрицы жесткости тела, а также количество итераций (Iteration Before Update), через которое матрица будет обновляться. Если метод выбран неверно, то автоматически будет использоваться 0..Default (по умолчанию). В методе AUTO матрица жесткости обновляется исходя из оценок сходимости разных численных методов (квазиньютоновского, с линейной итерацией, половинного деления) и с выбором того из них, что даст минимальное количество обновлений матрицы жесткости. Метод SEMI подобен методу AUTO, но обновление матрицы жесткости обязательно проводится и на первой итерации после изменения нагрузки, что бывает эффективно для сильно нелинейных процессов. Метод ITER (в нелинейном анализе во времени ему подобен метод TSTEP) проводит обновление матрицы жесткости после указанного в поле Iteration Before Update количества итераций. Метод ITER эффективен для сильно нелинейных процессов, при которых геометрия тела в процессе деформирования резко изменяется (например, при потере устойчивости).

В поле Output Control задаются настройки вывода результатов на промежуточных шагах нагружения (временных шагах, если речь идет об анализе во времени). При проведении статического нелинейного анализа во вкладке Intermediate можно выбрать один из следующих вариантов: 0..Default (по умолчанию), YES (выводить), NO (не выводить), All (выводить на всех шагах). При нелинейном анализе во времени можно задать, через какое количество шагов следует выводить результат.

В поле Convergence Tolerance задаются допуски на удовлетворение условий сходимости для нагрузок (Load), перемещений (Displacement) и внутренней работы (Work). Влияние допуска по сходимости (Convergence Tolerances) на точность и время решения задачи рассмотрим на примере модели, изученной разработчиками Femap с NX Nastran из компании Siemens.
Очень большая нелинейная модель (950 000 DOFs) была тщательно исследована, чтобы определить влияние различных допусков критерия сходимости на время выполнения и точность расчета. В этой модели не было теплопередачи, зазоров или контактов. Результаты исследования показали, что приемлемая точность решения (в сравнении с решением, полученным при очень высоком уровне допуска по сходимости) может быть достигнута как для уровня допуска по сходимости высокий, так и для уровня инженерный. Уровень допуска по сходимости предварительная оценка дает результат с теми же общими тенденциями, что и более высокие уровни допуска, но ответы недостаточно точны для рабочего проекта. При уменьшении уровня допуска по сходимости расчет происходит значительно быстрее. В табл. 2 можно количественно оценить представленные тенденции.



В поле Solution Strategy Overrides устанавливаются настройки процесса решения глобальной нелинейной системы алгебраических уравнений, порождаемой методом конечных элементов. Для осознанного изменения этих настроек нужно обладать знаниями и опытом если их недостаточно, лучше оставить установки по умолчанию. Приведу некоторые разъяснения.
Arc-Length Method устанавливает величину временного шага (догрузки) с учетом информации о перемещении узлов тела его следует использовать, если задача связана с резкой деформацией (потерей устойчивости).

Полный метод Ньютона-Рафсона (Full Newton-Raphson) очень быстро сходится, но нуждается в дополнительном времени на создание дополнительной матрицы для полной матрицы системы алгебраических уравнений на каждой итерации.

Модифицированный метод Ньютона-Рафсона (Modified Newton-Raphson) не нуждается в таком действии, но сходится значительно медленнее, поэтому для его ускорения могут применяться дополнительные процедуры: Line Search (линейного поиска), Quasi-Newton (квазиньютоновского ускорения) и/или Bisection (половинного деления).

Таким образом, мы разобрали основные настройки для нелинейного статического анализа (настройки нелинейного анализа во времени им во многом подобны). Для расчета нашего кронштейна в окне Nastran Nonlinear Analysis установим следующие параметры: в поле Increments or Time Steps 50, Max Iterations / Step 5, Stiffness Updates Method 1..AUTO, Iterations Before Update 5, Intermediate 1..YES. Остальные настройки оставим без изменений. Нажимаем ОК и переходим в окно Analysis Set Manager. Чтобы запустить расчет, нажмем кнопку Analyze. Femap автоматически откроет окно Simcenter Nastran Analysis Monitor. Перейдем во вкладку Нелинейная хронология, переставив флажок с log на Nonlinear History (рис. 8).


Рисунок 8

Здесь отображается график, иллюстрирующий в реальном времени количество выполненных итераций и (в случае нашего нелинейного статического анализа) Load Factor, то есть фактор нагрузки от 0 до 1. В правом верхнем углу мы видим информацию о номере текущей итерации. Обращаю внимание, что это не номер шага приращения нагрузки, а именно номер текущей итерации. Каждый шаг приращения нагрузки может содержать в себе несколько итераций это необходимо для выполнения алгоритмов, реализующих сходимость решения. Если приращение не сходится, это означает, что изменение в нагрузке слишком велико, чтобы перейти к следующему шагу; нагрузка снижается выполняются дополнительные итерации внутри одного шага.

В окне Model Info откроем вкладку Results All Results. Двойной щелчок мыши на строчке решений открывает результаты при различных уровнях нагрузки от 0 до 100%. Проанализируем совместно график нелинейной хронологии и напряженно-деформированное состояние кронштейна при различных уровнях нагрузки.

При уровне нагрузки от 0 до 0,62 (Load Factor) напряжения меньше предела текучести 210 МПа, после начинается пластическая деформация стали кронштейна. Единице 1 соответствует полная приложенная нагрузка 240 кг на четыре узла. Максимальные напряжения выделены красным цветом они сконцентрированы возле линии пересечения поверхностей. При уровне нагрузки от 0,62 до 1 зона пластических деформаций растет максимальные напряжения (в отличие от линейного анализа) не увеличиваются. При факторе нагрузки 0,82 скорость роста кривой уменьшается это значит, что для удовлетворения условий сходимости на каждый шаг требуется большее количество итераций. Мы смогли достигнуть полной нагрузки 1 максимальные перемещения составили 0,00283 м. В некоторых случаях (например, если бы мы значительно увеличили нагрузку) геометрия деформированного тела искажается настолько, что при данной стратегии (настройках решателя) сходимости достичь не удастся. Как видим, результаты нелинейного анализа качественно и количественно отличаются от результатов линейного анализа.

Проведем еще три расчета, выставив разные настройки по количеству шагов приращений и итераций (рис. 9). В первом случае были выставлены Increments or Time Steps 50, Max Iterations / Step 5.


Рисунок 9

Условия сходимости были соблюдены в 1-м, 2-м и 4-м расчетных случаях. В 3-м расчетном случае фатальная ошибка с пояснением, что решение не сходится, появилась при уровне нагрузки 0,8. Обратим внимание, что во 2-м и 4-м расчетах решение было выполнено успешно (полная нагрузка 1) при значительно меньшем количестве шагов и итераций. Наша модель достаточно проста, и все расчеты были проведены менее чем за 5 секунд. На больших моделях благодаря правильному выбору числа шагов приращения нагрузки и итераций может быть сэкономлено много машинного времени.

Заключение

За рамками этой статьи осталось множество вопросов: многоступенчатое нагружение (применение Case и Subcase), применение нелинейных контактов, нелинейный анализ во времени, действия в случаях, когда решение разваливается. Но я надеюсь, что основная цель статьи достигнута у тех читателей, кто не имеет обширного опыта в решении нелинейных задач, теперь есть минимальный набор теоретических знаний и практических образов, чтобы начать работу с нелинейным анализом методом конечных элементов.

Литература

1. Basic Nonlinear Analysis Users Guide. Siemens.
2. Рудаков К.Н. Femap 10.2.0. Геометрическое и конечно-элементное моделирование конструкций. К.: КПИ, 2011. 317 с., ил.

Филипп Титаренко,
продакт-менеджер по направлению Femap
АО Нанософт
E-mail: titarenko@nanocad.ru

Уважаемые читатели, приглашаю вас на три интересные и полезные мероприятия, которые состоятся в ближайшее время:

1. 20 августа я провожу бесплатный вебинар Нелинейный анализ в Femap с NX Nastran.
2. 17 сентября жду вас на вебинаре Контактные задачи в Femap с NX Nastran. Ссылка на него появится в ближайшие дни в разделе мероприятий.
   
   На вебинарах я с удовольствием отвечу на ваши вопросы.
3. 9 и 10 сентября будет проходить Femap Симпозиум 2020, в ходе которого специалисты российских промышленных компаний и разработчики Femap из Siemens поделятся инженерным опытом и навыками в сфере конечно-элементного моделирования. Чтобы подробнее узнать о симпозиуме, пройдите по ссылке.

Гиперболоидная конструкция башен выдающегося русского инженера и конструктора прошлого века Владимира Григорьевича Шухова прорывная как для своего времени, так и для современности. Шуховские гиперболоиды вдохновляли лучших архитекторов мира Гауди, Ле Корбюзье, Нимейера, Нормана Фостера.

Однако работы замечательного инженера долго оставались без внимания на его родине, в России.

Мы решили привлечь внимание к уникальному архитектурному и инженерному наследию страны и воссоздали в программе nanoCAD Конструкторский BIM модель Шуховской башни на Оке, располагая лишь фотографиями и двумя чертежами.


Шуховская башня на Оке, спроектированная в nanoCAD Конструкторский BIM

Реализацией проекта занялся Сергей Стромков, инженер первой категории отдела технической поддержки компании Арксофт, официального партнера Нанософт.

Стремящаяся ввысь, легкая и воздушная Шуховская башня на Оке считается даже более совершенной, чем аналогичное строение в Москве. Башня, которая расположилась недалеко от Дзержинска на берегу реки, признана объектом культурного наследия федерального значения и рекомендована к включению в список Всемирного наследия ЮНЕСКО.

Нам, коренным дзержинцам, показалось очень символичным воспроизвести знаменитую гиперболоидную конструкцию, расположенную рядом с нашим городом, разработанную и построенную выдающимся русским инженером. И сделать это в отечественном программном продукте.


Шуховская башня на Оке (фото взято из открытых источников интернета. Профиль DedushkaMPS)

Почему из шести башен на Оке осталась одна

Пятисекционная 128-метровая башня недалеко от Дзержинска единственная в мире гиперболоидная многосекционная опора линии электропередач. Это лишь одна, последняя из шести ажурных сетчатых конструкций, которые возвышались по обоим берегам Оки на протяжении XX века.

Четыре парные башни высотой 128 и 68 метров на низком берегу и две поменьше по 20 метров на высоком служили опорами линии электропередач и помогали освещать Нижегородскую область. Башни были построены с 1927 по 1929 год по проекту и под руководством Владимира Шухова, творца Шуховской теле- и радиобашни в Москве.

Кстати, именно под впечатлением ее постройки Алексей Толстой написал фантастический роман Гиперболоид инженера Гарина.

Вообще количество изобретений Шухова поражает воображение: от создания первых в мире гиперболоидных конструкций и металлических сетчатых оболочек строительных конструкций до установки термического крекинга нефти, создания морских мин, а также трубчатых паровых котлов, и это далеко не полный список.

Но вернемся к башням. До нашего времени дожила лишь одна из них, героиня нашего проекта: четыре башни демонтировали после изменения маршрута ЛЭП, предпоследнюю сдали на металлолом, несмотря на статус объекта культурного наследия. Тем важнее было обратить внимание на чудом оставшуюся в живых конструкцию памятник советского конструктивизма.

Сейчас ею занялись и региональные власти: ведутся работы по укреплению береговой линии (башня стоит на кольцевом бетонном фундаменте диаметром 30 метров непосредственно на берегу Оки, так что течение подтачивает песчаный берег, создавая угрозу повреждения фундамента и обрушения конструкции) и превращению башни в туристическую достопримечательность Нижегородской области.


Процесс воссоздания Шуховской башни в nanoCAD Конструкторский BIM

Чем уникальны гиперболоидные конструкции

Гиперболоидные конструкции несмотря на свою видимую кривизну строятся из прямых балок. Это сооружения в форме однополостного гиперболоида или гиперболического параболоида, то есть дважды линейчатых поверхностей: через любую их точку можно провести две пересекающиеся прямые, которые будут целиком принадлежать поверхности.

Вдоль этих прямых и устанавливаются балки, образующие характерную решетку. Такая конструкция является жесткой: если балки соединить шарнирно, она все равно будет сохранять свою форму под действием внешних сил.

Шуховская башня на Оке состоит из пяти 25-метровых секций, по форме являющихся однополостными гиперболоидами вращения. Секции опоры сделаны из прямых профилей, упирающихся концами в кольцевые основания. На верхней секции установлена опорная конструкция с горизонтальной стальной траверсой длиной 18 метров для крепления трех высоковольтных проводов.

Придуманная и впервые разработанная Шуховым, такая конструкция предполагает малое количество материала для постройки, но при этом дает низкую ветровую нагрузку при высокой прочности и большой высоте.

Шуховская башня на Оке не только памятник архитектуры, но и памятник смелости инженерной мысли, история и память, запечатленные в стали.

Как шла работа над воссозданием башни в nanoCAD Конструкторский BIM

Работа в nanoCAD Конструкторский BIM позволила осмыслить наследие прошлого, понять, как проектировалось и воплощалось уникальное сооружение.

Фотографии и два чертежа

Нам удалось найти всего два чертежа. Один чертеж нашей башни. В нем содержалась вся информация, достаточная для построения предварительного каркаса и основных элементов конструкции: размеры секций, размеры и количество профилей.

Но не было ничего о верхней конструкции и траверсе. Эту информацию мы нашли на втором чертеже, который относился к не сохранившейся 68-метровой башне. Конструкцию колец основания секций пришлось строить по фотографиям с учетом некоторых данных из чертежа. Также по фотографиям создавались узлы крепления конструкции и другие элементы, которых нет на чертеже общего вида.


Сохранившиеся чертежи Шуховской башни на Оке

Как построить одну секцию башни...

Очень хотелось прикоснуться к этому чуду инженерной мысли. Поначалу меня просто пугала сложность конструкции башни Шухова. Но, приступив к работе, я разбил проект на небольшие понятные задачи и, последовательно решая одну за другой, постепенно пришел к поставленной цели. nanoCAD Конструкторский BIM показал себя как надежный и умный помощник.

Главной задачей проекта стало построение модели, которая максимально соответствовала бы реальной конструкции в принципиально важных моментах в конструкции секции, а точнее в проработке наклонных образующих профилей.

Наиболее сложным и интересным было построить одну секцию, а значит понять все особенности профилей секций, образующих гиперболоидную конструкцию. При построении скелета конструкции использовались простые примитивы наподобие отрезков и окружностей с нулевой толщиной. Это простая задача, которая сразу позволила визуализировать гиперболоидную конструкцию и уже на этом этапе дала довольно впечатляющий результат.




Процесс создания каркаса секции

Однако дальше надо было задать отрезкам форму, учитывая, что эта форма уголок с определенным положением в пространстве и ориентацией граней. Оказалось, что простая балка не может быть положена на отрезок так, чтобы в обоих основаниях получился требуемый узел. Более того, визуально пересекающиеся отрезки в каркасной модели имеют идеальное касание в одной точке, но в объемной модели уголки образуют жесткие коллизии друг с другом.

После детального изучения вопроса подтвердились догадки о том, что каждый профиль, являясь прямым, тем не менее торсионно завинчивается вдоль оси. Это позволяет полке профиля подходить к обоим основаниям по касательной, а с пересекающимися профилями соприкасаться полками между пересекающимися профилями дополнительно вставлена пластина, компенсирующая незначительную взаимную непараллельность соприкасающихся полок.


Построение соединительных профилей

В результате решено было использовать два способа: выдавливание по спиральной траектории и выдавливание с переходом. Первый способ потребовал довольно трудоемкой подготовки: следовало правильно расположить сечение выдавливания относительно начала профиля, что довольно нетривиально, и задать спираль выдавливания, которая имеет большую длину, но при этом в ней нет даже четверти витка. Второй способ дал практически моментальный результат: указываешь начальный профиль сечения у нижнего основания, конечный профиль у верхнего основания и вуаля, профиль завинчен. Построение остальных секций дело техники.

и как соединить секции между собой

Второй важной задачей стало построение узлов соединений, для чего требовалось обеспечить точные количественные показатели: метраж, крепеж и другие.

При кажущейся простоте конструкции в ней достаточно много необычных элементов.

Это гнутые профили в кольцах оснований, завинчивающиеся профили, образующие гиперболическую конструкцию, составные профили.


Моделирование образующего профиля

При моделировании верхней конструкции с траверсой приходилось часто менять ПСК и внимательно следить за многочисленными элементами конструкции, образующими паутину. Сама траверса требовала пристального внимания буквально к каждому профилю.

В работе над моделью башни такие, казалось бы, нехитрые инструменты, как сетка осей, круговой массив, деление отрезка на равные части позволили за считанные минуты отстроить каркас. А база данных элементов, конструктор оборудования и выдавливание по криволинейной траектории так же быстро превратили каркас в объемную конструкцию, позволив в подробностях увидеть каждый элемент сопряжения, проработать десяток черновых вариантов, рассмотреть свои ошибки и практически сразу исправить их. Имея в руках такой удобный инструмент, как nanoCAD Конструкторский BIM, сложно представить, как инженеры начала прошлого века создавали подобные проекты на бумаге.




Сборка конструкции

Что дальше

Этот проект дал импульс развитию и оптимизации самой программы nanoCAD Конструкторский BIM. Все задачи, которые были поставлены на первом этапе создания модели Шуховской башни, решены. Сейчас в модели еще нет некоторых узлов крепления элементов конструкций между собой, но работа над ее созданием продолжается и будет доведена до конца.

Часть этих задач дала разработчикам понимание, в каком направлении нужно вести работы над улучшением инструментов nanoCAD Конструкторский BIM и расширением его функциональности. Например, обратили внимание на завинчивание прямолинейных элементов из базы данных.

Работа в nanoCAD Конструкторский BIM это возможность развивать и поддерживать инновационные решения в проектировании, изучать, хранить и применять опыт предшественников уже на новом уровне. Полет инженерной мысли соединяет времена и вдохновляет на творчество, а потенциала Шуховских конструкций хватит еще на много лет вперед.



А если вы хотите узнать подробнее про все этапы построения Шуховской башни на Оке в программе nanoCAD Конструкторский BIM, то смотрите наш плейлист на Youtube.



Сергей Стромков,
инженер первой категории
отдела технической поддержки
компании Арксофт

Приглашаем 6 октября принять участие в вебинаре, посвященном выходу новой версии nanoCAD Конструкторский BIM 2.0. Регистрируйтесь и приходите!

Здравствуйте, дорогие читатели! В этой статье, открывающей цикл материалов, посвященных возможностям программного решения nanoCAD Механика с модулем 3D и зависимости, мы рассмотрим создание 3D-модели детали на основе чертежа в формате PDF.

Распознавание PDF-файла

Запустите программу nanoCAD Механика. Создайте новый файл, для чего вызовите команду НОВЙ (new): либо нажмите в левом верхнем углу экрана на логотип nanoCAD и в открывшемся выпадающем меню укажите Файл Создать,либо используйте соответствующую кнопку на главной панели (рис. 1).


Рис. 1. Главная панель

Для создания эскиза необходимо загрузить PDF-файл Ложемент.pdf, расположенный в папке с архивом. Для загрузки следует вызвать команду ПДФИМПОРТ (pdfimport) либо в классическом интерфейсе(Файл Импорт pdf), либо в ленточном (Вставка Импорт Импорт PDF) и выбрать файл Ложемент.pdf. В диалоговом окне Импорт PDF выберите всё, что показано на рис. 2, и нажмите ОК.


Рис. 2. Диалоговое окно Импорт PDF


После этого файл Ложемент.pdf загрузится в чертеж.

Добавление плоского эскиза и блокирование слоя

Чтобы приступить к отрисовке контура, необходимо сначала заблокировать слой и добавить плоский эскиз. Для блокирования слоя следует вызвать команду СЛОЙ (layers) либо в классическом интерфейсе(Формат Слой), либо в ленточном(Главная Слои) (рис. 3).


Рис. 3. Вызов команды СЛОЙ в ленточном интерфейсе(Главная Слои)

После вызова команды СЛОЙ откроется диалоговое окно Слои, в котором есть слой PDF_Геометрия (рис. 4). Его нужно заблокировать, щелкнув левой кнопкой мыши (ЛКМ) на пиктограмме, изображающей замочек. После этого слой заблокируется, а пиктограмма изменит цвет на серый (рис. 5).


Рис. 4. Слой PDF_Геометрия



Рис. 5. Заблокированный слой

Когда слой заблокирован, можно приступать к добавлению плоского эскиза. Создайте новый эскиз, для чего вызовите команду НАЧАТЬЭСКИЗ (psadd) либо в классическом интерфейсе (3D 2D эскиз Добавить плоский эскиз), либо в ленточном (3D-инструменты 2D эскиз Добавить эскиз) (рис. 6).




Рис. 6. Панель Вкладка 3D. Кнопка Добавить эскиз. Неактивный режим эскиза

После этого в командной строке появится возможность выбора плоскости мировой системы координат, в которой будет происходить черчение. Выберите плоскость XY (рис. 7).



Рис. 7. Выбор плоскости эскиза

Дальнейшее черчение выполняется в режиме эскиза.

Черчение контура с использованием привязок

Для более удобной отрисовки контура следует включить привязки с помощью горячей клавиши F3. Выбор необходимых привязок, показанных синей рамкой (рис. 8), осуществляется щелчком правой кнопкой мыши (ПКМ) по кнопке оПРИВЯЗКА в нижней панели.


Рис. 8. Всплывающее меню кнопки оПривязка

После того как все привязки выбраны, можно переходить к отрисовке эскиза по контуру ложемента. Отрисовка эскиза будет происходить при помощи отрезков, дуг и окружностей. Для данной модели планируется отрисовать один целостный контур это делается для простоты и удобства, так как при последующем преобразовании контура в 3D-модель потребуется выполнить всего лишь одну операцию. Также отметим, что существует возможность создания нескольких эскизов, которые могут быть удобны при создании более сложных 3D-моделей. Эскиз ложемента должен выглядеть так, как показано на рис. 9.


Рис. 9. Эскиз ложемента

Проектируете в nanoCAD Механика? Примите участие в конкурсе проектов www.nanocad.ru/information/events/21362426.

После создания эскиза необходимо сделать контур замкнутым, для чего следует выделить весь эскиз секущей рамкой (нажать ЛКМв свободном месте пространства модели вести курсор справа налево снова нажать ЛКМв свободном месте пространства модели) и вызвать команду СОЕДИНЕНИЕ либо в классическом интерфейсе(Редактирование Соединение), либо в ленточном(Построение Соединение)(рис. 10). После этого нужно щелкнуть ЛКМ по контуру и проверить замкнутость контура в свойствах.



Рис. 10. Соединение контура и проверка его замкнутости

Для редактирования эскиза необходимо открыть панель История 3D Построений и дважды щелкнуть ЛКМ по созданному эскизу либо нажать ПКМ и выбрать в открывшемся меню команду Редактировать. Открыть панель История 3D Построений можно с помощью команды ВКЛАДКА_ИСТОРИЯ_3D_ПОСТРОЕНИЙ (showtab3dhistorynet) в классическом интерфейсе(3D История 3D Построений)или в ленточном (3D-инструменты Моделирование История построений)(рис. 11).


Рис. 11. Открытие панели История 3D Построений

После отрисовки контура следует зайти в диалоговое окно Слои и отключить слой PDF_Геометрия, нажав ЛКМ на пиктограмме горящей лампочки. Лампочка погаснет и слой будет отключен (рис. 12).



Рис. 12. Отключение слоя

Масштабирование отрисованных эскизов к исходному масштабу

Для ложемента на чертеже указан масштаб 1:5, масштаб эскиза пока что этому соответствует. Для приведения масштаба эскиза к необходимому (1:1) его нужно увеличить в пять раз при помощи команды МАСШТАБ. Чтобы обеспечить корректность масштабирования, заходим в редактирование эскиза через панель История 3D Построений, выделяем контур и вызываем команду МАСШТАБ (scale) либо в классическом интерфейсе(Редактирование Масштаб), либо в ленточном(Построение Масштаб). В командной строке будет предложено выбрать базовую точку (вводим 0,0,0 и нажимаем Enter), а затем масштаб (вводим цифру 5 и снова нажимаем Enter). В результате относительно координат 0,0,0 эскиз увеличится в пять раз (рис. 13).




Рис. 13. Масштабирование

Результат проделанных действий можно видеть на рис. 14, а в интернете еще и при открытии прилагаемого к данному материалу файла Создание эскиза.dwg.


Рис. 14. Эскиз ложемента в масштабе

Создание 3D-модели детали

После приведения эскиза к исходному масштабу можно перейти к созданию 3D-модели. Для этого мы воспользуемся командой Выдавливание (3dextrude), вызвав ее либо в классическом интерфейсе(3D 3D элементы 3D Выдавливание), либо в ленточном (3D-инструменты Выдавливание) (рис. 15).


Рис. 15. Вызов команды Выдавливание

После вызова функции будет предложено выбрать эскиз (рис. 16). Выбираем эскиз и проставляем значения согласно рис. 17.


Рис. 16. Выбор эскиза


Рис. 17. Диалоговое окно 3D Выдавливание

Проставив все значения, нажимаем ОК. 3D-модель создана, теперь нужно ее переименовать и преобразовать в деталь. Для этого заходим в панель История 3D Построений, щелкаем ПКМпо объекту Тело(1) и выбираем Переименовать. Вводим слово Ложемент и нажимаем Enter. Снова щелкаем ПКМ по объекту Ложемент и выбираем Создать деталь. После выполнения этой операции тело преобразуется в деталь (рис. 18). Создание именованной детали выполнено.


Рис. 18. Деталь Ложемент в панели История 3D Построений

Во избежание проблем, связанных с некорректной привязкой при дальнейшем создании сборки 3D-модели, деталь Ложемент необходимо зафиксировать. Для этого в панели История 3D Построений щелкаем ПКМ по детали Ложемент и в открывшемся меню выбираем Фиксация. В правом нижнем углу иконки детали появляется значок якоря (рис. 19).



Рис. 19. Фиксация детали

После фиксации детали необходимо создать новую пользовательскую систему координат (ПСК) с началом в нижнем левом углу относительно детали Ложемент. Это можно сделать с помощью команды ПСКНАЧАЛО (SetUCSByPoint). Вызываем ее либо в классическом интерфейсе(Сервис Новая ПСК Начало), либо в ленточном(Вид Координаты ПСК, Начало)(рис. 20).


Рис. 20. Вызов команды ПСК, Начало в ленточном интерфейсе

После вызова команды выбираем точку в левом нижнем углу детали Ложемент (рис. 21) и нажимаем ЛКМ. Таким образом создается новая система координат, связанная с деталью.


Рис. 21. Новая ПСК

Для удобства дальнейшей работы можно изменить цвет детали. В панели История 3D Построений дважды щелкаем ЛКМ по детали Ложемент, в открывшейся вкладке Редактор блоков с помощью ЛКМ выбираем Ложемент в пространстве модели, переходим в панель Свойства и в выпадающем списке выбираем опцию Цвет Выбор цвета (рис. 22). В диалоговом окне Выбор цвета определяем цвет с помощью палитры или номера цвета (рис. 23) после чего нажимаем ОК, Сохранить блок и Закрыть редактор блоков (рис. 24). Подобные действия можно выполнять и с другими деталями.


Рис. 22. Выбор цвета в панели Свойства



Рис. 23. Диалоговое окно Выбор цвета



Рис. 24. Сохранение и закрытие редактора блоков

Результат выполнения действий, представленных в этой главе, можно видеть на рис. 25, а в интернете еще и при открытии прилагаемого к данному материалу файла Создание 3D модели детали.dwg.


Рис. 25. Деталь Ложемент

В следующей статье мы рассмотрим создание 3D-модели сборки на основе созданной 3D-модели детали.

Георгий Глазков,

Константин Минаев

АО СиСофт

E-mail: glazkov.georgiy@csoft.ru,

minaev.konstantin@csoft.ru

Продолжаем цикл материалов, посвященных возможностям программного решения nanoCAD Механика с модулем 3D и зависимости.

В предыдущей статье мы говорили о создании 3D-модели детали на основе чертежа в формате PDF. Рассмотрим теперь создание 3D-модели сборки с использованием ранее созданной трехмерной модели детали.

Загрузка сборки крепежных элементов в модель

Когда 3D-деталь создана, в чертеж необходимо добавить детали сборки. Для этого в файлах, прилагаемых к этому материалу, откройте 3D-модели с названиями Крепеж 1.dwg, Крепеж 2.dwg и Втулка.dwg. После открытия файлов следует выделить все детали и скопировать их в чертеж с 3D-моделью ложемента. Для этого в открытом чертеже с 3D-моделями деталей сборки выделите все модели секущей рамкой и нажмите Ctrl+C. Затем перейдите в чертеж с 3D-деталью Ложемент и, нажав Ctrl+V, вставьте их в пространство модели.

Вставка деталей на примере файла Крепеж 1.dwg показана на рис. 1.




Рис. 1. Вставка деталей

Аналогичные действия производим и с остальными деталями. После выполнения всех операций в панели История 3D Построений должна отобразиться структура, показанная на рис. 2.


Рис. 2. Панель История 3D Построений

Вставка 3D-элементов из базы

После вставки всех деталей в модель необходимо добавить элементы из базы. Для этого следует либо вызвать панель База элементов командой ВКЛАДКА_БАЗА_ЭЛЕМЕНТОВ (showtablibrary), либо открыть ее в классическом интерфейсе (Щелчок правой кнопкой мыши (ПКМ) на свободном пространстве закрепленных вкладок Функциональные панели База элементов) (рис. 3).



Рис. 3. Функциональная панель База элементов

Далее в панели База элементов щелкаем левой кнопкой мыши (ЛКМ) по кнопке 3D модели (рис. 4), чтобы элементы базы вставлялись именно как 3D-модели.


Рис. 4. Кнопка 3D модели

После этого вставляем в пространство модели следующие элементы: Штифт ГОСТ 3128-70 8х35 2 исполнение (шесть штук), Штифт ГОСТ 3128-70 8х45 2 исполнение (две штуки), Болт М10х50 ГОСТ 15590-70 (две штуки), Гайка М10 ГОСТ 15523-70 (две штуки). Для этого переходим в панель База элементов, открываем Детали крепления Общее машиностроение Штифты Цилиндрические ГОСТ 3128-70, выбираем нужный элемент и вставляем его с помощью ЛКМ. Либо нажимаем кнопку Панель поиска по базе (рис. 5), в появившейся строке вводим ГОСТ 3128-70 и нажимаем Enter. Затем в окне поиска выбираем интересующую нас деталь, которая отобразится в панели База элементов, и вставляем элемент в чертеж. В открывшемся диалоговом окне выбираем значения в соответствии с рис. 6. Аналогичные операции проводим с остальными элементами.


Рис. 5. Кнопка поиска по базе


Рис. 6. Значения штифта

Создание 3D-резьбы

Создадим 3D-резьбу для таких элементов базы, как Болт М10х50 ГОСТ 15590-70 и Гайка М10 ГОСТ 15523-70 (начиная с версии nanoCAD Механика 21.0 стандартные элементы имеют собственную резьбу). Для этого мы воспользуемся функцией 3D резьба, вызвать которую можно или с помощью команды 3-РЕЗЬБА (3dthread), или в классическом интерфейсе (3D 3D элементы 3D резьба), или в ленточном (вкладка 3D-инструменты 3D резьба) (рис. 7).


Рис. 7. Вызов функции 3D резьба

После появления диалогового окна 3D Резьба выделяем последнюю грань болта, и резьба на нем создается автоматически. Параметры резьбы отобразятся в окне 3D Резьба (рис. 8).


Рис. 8. Диалоговое окно 3D Резьба

Такие же действия выполняем с остальными элементами, после чего преобразуем все элементы в детали аналогично тому, как это было сделано в случае с деталью Ложемент.

Простановка 3D-зависимостей

Когда все детали вставлены в пространство модели, необходимо привязать их друг к другу, для чего мы воспользуемся функциями 3D Вставка и Угловая 3D Зависимость. Вызвать функцию 3D Вставка можно либо при помощи команды 3ЗАВ-ВСТАВКА (3dinsert), либо в классическом интерфейсе (3D 3D Элементы Зависимость 3D вставка), либо в ленточном (3D-Инструменты 3D зависимости 3D вставка). Функция Угловая 3D Зависимость вызывается или с помощью команды 3ЗАВ-УГЛОВАЯ (3dangle), или в классическом интерфейсе (3D 3D Элементы Угловая 3D Зависимость), или в ленточном (3D-Инструменты 3D зависимости Угловая 3D Зависимость) (рис. 9).


Рис. 9. Вызов функций 3D Вставка и Угловая 3D Зависимость

Привязка деталей осуществляется посредством привязки граней. После вызова функции 3D Вставка или Угловая 3D Зависимость предлагается выбрать две грани деталей, которые либо должны соприкасаться друг с другом, либо относительно которых производится привязка деталей. После выбора граней детали будут автоматически связаны друг с другом. В командной строке появится предложение выбрать направление привязки, а также расстояние, на которое детали следует разнести между собой относительно привязанных граней. После привязки, если потребуется внести изменения в зависимость, дважды щелкните ЛКМ в панели История 3D Построений на созданной привязке в командной строке появится возможность указать нужные параметры. Если возникнет необходимость изменить расстояние привязки детали, то отредактировать привязку можно напрямую из панели История 3D Построений. Щелкните ЛКМ по значению привязки станет доступным поле для редактирования ее расстояния. Как осуществляется 3D-привязка, мы продемонстрируем ниже (на примерах деталей Большая пластина 1 и Ручка крепежа). Чтобы при использовании 3D Вставки детали разносились в правильном направлении относительно привязки к ложементу, необходимо выбирать первой геометрией грань ложемента, а второй грань привязываемой детали. В случае, если требуется разнесение деталей в противоположную сторону, существует возможность вводить отрицательные значения привязки. После вызова функции будет предложено выбрать первую геометрию (рис. 10).



Рис. 10. Выбор первой геометрии

Для начала на примере детали Большая пластина 1 рассмотрим 3D Вставку. Вызываем команду и выбираем грань отверстия в ложементе. Она подсветится желтым цветом (рис. 11).


Рис. 11. Грань отверстия детали Ложемент

После этого будет предложено выбрать вторую геометрию (рис. 12).


Рис. 12. Выбор второй геометрии

Выбираем отверстие детали Большая пластина 1 (рис. 13).


Рис. 13. Отверстие детали Большая пластина 1

Нажимаем Enter, детали совместились и привязались. Если деталь нужно будет отнести в сторону, зайдите в панель История 3D Построений, разверните историю построения детали Большая пластина 1 и двойным щелчком ЛКМ по вставке (рис. 14) войдите в режим редактирования. После этого введите в командной строке новое значение (например, 100) и нажмите Enter.


Рис. 14. Редактирование 3D-вставки

Деталь сместится на указанное расстояние (рис. 15).


Рис. 15. Смещенная деталь

Теперь рассмотрим Угловую 3D Зависимость на примере детали Ручка крепежа, уже привязанной с помощью 3D Вставки к детали Большая пластина. После вызова команды выбираем ближайшее к детали Ручка крепежа ребро верхней грани детали Ложемент оно подсветится желтым цветом, стрелка будет указывать направление движения грани (рис. 16). После этого программа предложит выбрать вторую геометрию (рис. 17).


Рис. 16. Ребро верхней грани детали Ложемент


Рис. 17. Выбор второй геометрии

Выбираем ребро на ручке крепежа (рис. 18).


Рис. 18. Ребро детали Ручка крепежа

Поскольку мы выбрали разнонаправленные грани, деталь Ручка крепежа была автоматически повернута для соответствия направлению движения грани детали Ложемент (рис. 18). Чтобы сохранить необходимое нам положение, следует изменить значение привязки, выраженное в градусах. Вводим в командную строку значение 180 и нажимаем Enter, после чего будет создана нужная угловая зависимость. Если требуется сохранить нулевые значения угловых привязок (например, для удобства работы с ними), вы можете выбрать сонаправленные грани в таком случае при предпросмотре направления их стрелок будут совпадать. Если деталь необходимо повернуть, зайдите в панель История 3D Построений, разверните историю построения детали Ручка крепежа и двойным щелчком ЛКМ по угловой зависимости (рис. 19) войдите в режим редактирования. После этого введите необходимое значение и нажмите Enter. Отметим, что при повороте детали поворачиваются и другие, непосредственно привязанные к ней.


Рис. 19. Поворот детали

Аналогичные действия выполняем с остальными деталями. Результат привязки показан на рис. 20.




Рис. 20. Привязка деталей

Для удобства простановки стандартных значений привязки можно ориентироваться на файл Создание 3D модели сборки.dwg, прилагаемый к этому материалу и доступный в интернете. Итоговый результат сборки представлен на рис. 21.




Рис. 21. Сборка Ложемент

В следующей статье мы рассмотрим оформление сборочного чертежа.



Георгий Глазков,

Константин Минаев

АО СиСофт

E-mail: glazkov.georgiy@csoft.ru,

minaev.konstantin@csoft.ru

Предлагаем вашему вниманию третий материал цикла, посвященного возможностям программного решения nanoCAD Механика с модулем 3D-моделирование и зависимости.

В предыдущей статье мы подробно изучили порядок создания 3D-модели сборки. Рассмотрим теперь оформление сборочного чертежа на основе ранее созданной 3D-модели.

Создание 2D-видов модели

Для оформления чертежа требуется создать проекцию 3D-модели. Воспользуемся функцией 2D Вид, вызвать которую можно либо с помощью команды drawingview, либо средствами классического (3D 2D Виды 2D Вид) или ленточного (3D-инструменты 2D Виды 2D Вид) интерфейса (рис. 1).


Рис. 1. Команда 2D Вид

После вызова команды в командной строке появится предложение выбрать модель для создания видов (рис. 2).


Рис. 2. Командная строка

Для этого необходимо выделить всю сборку секущей рамкой и нажать Enter, а затем разместить вид в пространстве модели, вставив его с помощью левой кнопки мыши (ЛКМ). Вид, который требуется вставить, показан на рис. 3.


Рис. 3. Вид сборки Ложемент

Простановка размеров на виде модели

Перед тем как приступить к этому разделу, производим настройку размерных стилей. Чтобы открыть диалоговое окно Размерные стили, воспользуемся командой ДИАЛРАЗМ (РЗМСТИЛЬ, РСТ, DIMSTYLE), вызвав ее либо в классическом интерфейсе (Размеры Размерные стили...), либо в ленточном (Оформление Размеры кнопка вызова окна Размерные стили). В окне Размерные стили выбираем с помощью ЛКМ стиль ЕСКД и нажимаем кнопку Изменить... (рис. 4).


Рис. 4. Кнопка вызова и вид окна Размерные стили

Откроется окно Изменение размерного стиля. Переходим в раздел Символы и стрелки и вводим значения, показанные на рис. 5.


Рис. 5. Раздел Символы и стрелки

Следующим шагом открываем раздел Текст и вводим значения, представленные на рис. 6.


Рис. 6. Раздел Текст

Далее в разделе Размещение вводим значения, показанные на рис. 7.


Рис. 7. Раздел Размещение

Переходим в раздел Основные единицы, вводим значения, показанные на рис. 8, нажимаем кнопку ОК и закрываем окно Размерные стили, воспользовавшись кнопкой Закрыть.


Рис. 8. Раздел Основные единицы

После настройки размерных стилей необходимо проставить размеры. Отметим, что проставлять их можно на ранее созданном 2D-виде как в пространстве модели, так и внутри видового экрана (ВЭ) после создания форматки с ВЭ, которую мы рассмотрим чуть позже. Чтобы проставить размеры, требуется вызвать соответствующую функцию командой РАЗМЕР либо в классическом интерфейсе (Размеры Авто), либо в ленточном (Оформление Размеры Авто) рис. 9.


Рис. 9. Размеры

После вызова команды указываем две точки, по которым нужно вычислить и указать размер. Для примера укажем расстояние между центрами осей втулок. Вызываем команду, поочередно с помощью ЛКМ указываем оси втулок и выносим размерную линию на небольшое расстояние (рис. 10).


Рис. 10. Размерная линия

Если размер понадобится редактировать, дважды щелкните ЛКМ по выносной линии размера после чего выставьте или добавьте необходимые значения в окне Редактировать размер (рис. 11). В нашем случае отредактируем размер для соответствия тому, что мы можем видеть в PDF-файле.


Рис. 11. Значение размера

Аналогичным образом проставляем остальные размеры. Итоговый 2D-вид с размерами показан на рис. 12.


Рис. 12. Размеры сборки

Оформление чертежа

Следующий этап создание и оформление чертежа. Наш чертеж выполнен в формате А1, поэтому переходим в лист А1 (рис. 13). Для начала необходимо вставить форматку, вызвав ее командой МСФОРМАТ (mcformat) либо в классическом интерфейсе (Механика Форматы кнопка Форматы), либо в ленточном (Механика Форматы) рис. 14.


Рис. 13. Выбор листа А1


Рис. 14. Форматы

Далее в диалоговом окне Формат надо выбрать значения, показанные на рис. 15.


Рис. 15. Значения формата

Когда эти значения выбраны, форматку необходимо разместить на чертеже с помощью ЛКМ. После размещения форматки в ней автоматически создаетсямногоугольный видовой экран. Если требуется создать ВЭ, не связанный с форматкой, можно вызвать функцию Многоугольный ВЭ командой ВЭКРАНМНОГОУГ (ADDPOLYGONVIEWPORT) либо в классическом интерфейсе (Вид Видовые экраны Многоугольный ВЭ), либо в ленточном (Вид Границы Многоугольный ВЭ) рис. 16.


Рис. 16. Создание многоугольного видового экрана

Границы многоугольного ВЭ форматки выделяются жирным контуром (рис. 17).


Рис. 17. Границы многоугольного видового экрана

В командной строке будет предложено выбрать границы показа оставляем значения по умолчанию, нажав Enter. Чтобы переключаться между пространствами листа и модели, нужно дважды щелкнуть ЛКМ либо в пространстве листа, либо в пространстве ВЭ. Также можно воспользоваться расположенной в нижней части экрана кнопкой Пространство (модели или листа) рис. 18. Переходим в пространство ВЭ и выставляем проекцию модели так, как это показано на рис. 19.


Рис. 18. Кнопка Пространство (переключение между пространствами модели и листа)


Рис. 19. Проекция модели в ВЭ

Оформление штампа чертежа

Приступаем к оформлению штампа чертежа. Для этого следует двойным щелчком ЛКМ по листу А1 зайти в Редактор штампа. В окне Штамп вводим значения, показанные на рис. 20, и нажимаем ОК.


Рис. 20. Оформленный штамп чертежа

Отметим, что некоторые значения, такие как Сборочный чертеж, можно вставить с помощью контекстного меню, вызываемого посредством правой кнопки мыши. Для этого следует щелкнуть правой кнопкой в поле и выбрать Часто используемые Сборочный чертеж (рис. 21).


Рис. 21. Контекстное меню

С результатами действий, представленных в этой статье, можно ознакомиться в интернете, открыв прилагаемый к данному материалу файл Оформление сборочного чертежа.dwg.


Темой нашего следующего материала станет оформление спецификации и технических требований.

Георгий Глазков,
Константин Минаев
АО СиСофт
E-mail: glazkov.georgiy@csoft.ru,
minaev.konstantin@csoft.ru

Продолжаем изучать возможности программного решения nanoCAD Механика с модулем 3D-моделирование и зависимости. В предыдущей статье мы рассмотрели порядок оформления сборочного чертежа. На очереди оформление спецификации и технических требований.

Оформление спецификации

Для оформления спецификации сборки необходимо проставить позиции деталей. Сначала настроим размерный стиль позиционных выносок. Для этого воспользуемся командой MCPARAMS, вызвав ее средствами классического или ленточного интерфейса (путь в обоих случаях одинаков: Механика Настройки). В диалоговом окне Настройки nanoCAD Механика переходим в раздел Символы, раскрываем список параметров Выноска спецификации и вложенный в него список Текст, после чего в поле Высота текста изменяем значение согласно рис. 1 и нажимаем кнопку ОК.


Рис. 1. Диалоговое окно Настройки nanoCAD Механика

Завершив настройку размерного стиля, переходим к простановке позиций. Для этого нам понадобится команда МСПОЗИЦИЯ (mcposition); вызываем ее средствами классического интерфейса (Механика Спецификация Позиция) или ленточного (Механика Позиция) рис. 2.


Рис. 2. Вызов команды МСПОЗИЦИЯ средствами классического интерфейса

После вызова команды программа предложит выбрать начальную точку ее необходимо указать на одном из объектов в сборке (например, указываем точку на детали Ручка крепежа в 2D-виде рис. 3). Далее потребуется выбрать конечную точку там, где разместится полка выноски (рис. 4). Полку позиционной выноски можно будет видеть после закрытия диалогового окна Редактор позиций.


Рис. 3. Позиция детали Ручка крепежа


Рис. 4. Полка позиционной выноски

После выполнения этих действий откроется диалоговое окно Редактор позиций. Здесь нужно будет проставить значения в полях Раздел спецификации и Наименование, как показано на рис. 5. Дальнейшее заполнение полей позиций выполняется в диалоговом окне Редактор спецификаций.


Рис. 5. Диалоговое окно Редактор позиций

Когда значения проставлены, закрываем окно и проводим аналогичные действия с остальными деталями сборки. Для элементов из базы (штифты, болты и гайки) следует выбирать раздел Стандартные изделия.

Выравниваем позиционные выноски. Для этого воспользуемся функцией Выровнять выноски спецификации (команда mcposalign), вызвать которую можно в классическом или в ленточном интерфейсе. И в том и в другом случае потребуется пройти один и тот же путь: Механика Спецификация Выровнять выноски спецификации (рис. 6).


Рис. 6. Выравнивание выносок спецификации

После вызова функции в командной строке появится предложение указать объекты (рис. 7). Выделяем секущей рамкой необходимые позиционные выноски и нажимаем Enter. Далее программа предложит выбрать один из методов выравнивания (рис. 8) в нашем случае щелкаем левой кнопкой мыши (ЛКМ) на опции L-Линия. С помощью ЛКМ указываем начальную и конечную точки линии (рис. 9), позиционные выноски выравниваются согласно указанной линии. Проделываем данную операцию для всех выносок. При необходимости расположение выносок можно подкорректировать вручную с помощью их ручек. Результат выравнивания можно видеть на рис. 10.


Рис. 7. Указание объектов


Рис. 8. Выбор метода выравнивания



Рис. 9. Указание начальной и конечной точек линии выравнивания


Рис. 10. Выровненные позиционные выноски

Следующим шагом необходимо открыть панель Спецификация. Для этого воспользуемся командой showtabspec, вызвав ее в классическом интерфейсе (щелчок правой кнопкой мыши (ПКМ) на пустом пространстве закрепленных вкладок Функциональные панели Спецификация) рис. 11.



Рис. 11. Функциональная панель Спецификация

Привяжем формат к спецификации. Для этого переходим в лист А1 с чертежом и в панели Спецификация щелкаем ПКМпо строке Сборочная единица. В контекстном меню выбираем Формат Привязать формат (рис. 12) и с помощью ЛКМ выбираем штамп форматки. Формат привяжется к спецификации, что позволит сэкономить время при ее последующем заполнении. Результат привязки можно видеть на рис. 13.


Рис. 12. Привязка формата


Рис. 13. Спецификация с привязанным форматом

Далее следует войти в Редактор спецификации. Вызвать его можно командой МССПЕЦФ (mcspecification) либо в классическом интерфейсе (Механика Спецификация Редактор спецификации), либо в ленточном(Механика Редактор спецификации) рис. 14.


Рис. 14. Редактор спецификации

В диалоговом окне Редактор спецификаций можно редактировать данные позиционных выносок. Для выбора спецификации щелкнем ЛКМ по ДП 24.05.07.001.500-19СБ Ложемент в левой части окна, после чего откроется список позиций, привязанных к формату (рис. 15).


Рис. 15. Диалоговое окно Редактор спецификаций

Заполняем поля позиций, как это показано на рис. 16.


Рис. 16. Заполненные позиции

Далее необходимо расставить номера позиций и отсортировать их по алфавиту воспользуемся для этого функциями Сортировать (рис. 17) и Расставить позиции (рис. 18).


Рис. 17. Расстановка позиций по алфавиту


Рис. 18. Расстановка номеров позиций

Добавим запись в Сборочные единицы. Для этого щелкаем ПКМпо графе Сборочные единицы и выбираем опцию Добавить запись. После этого нажимаем на появившийся слева значок + и заполняем поля в соответствии с рис. 19.


Рис. 19. Сборочная единица

Теперь спецификацию необходимо вставить в пространство листа А4. Закрываем диалоговое окно Редактор спецификаций и щелкаем ЛКМ по вкладке А4 (рис. 20).


Рис. 20. Вкладка А4

Снова открыв диалоговое окно Редактор спецификаций, выбираем спецификацию, указанную слева, и вызываем функцию Экспорт в чертеж (рис. 21).


Рис. 21. Экспорт в чертеж

После вызова появится диалоговое окно Заголовок чертежа, в котором можно выбирать позиции основной, справочной и инвентарной надписей (рис. 22). Поскольку мы привязали формат к спецификации, необходимые поля заполнились автоматически. Нажимаем ОК, после чего спецификация отобразится в пространстве листа и нужно будет выбрать точку вставки. Результат вставки спецификации показан на рис. 23.


Рис. 22. Диалоговое окно Заголовок чертежа



Рис. 23. Спецификация после вставки в пространство листа

Осталось лишь отредактировать значение поля Лист в штампе спецификации. Этот штамп открывается, как и штамп чертежа, двойным нажатием ЛКМ. В диалоговом окне Редактирование таблицы вписываем в поле Лист значение 2 и закрываем окно (рис. 24). Оформленная спецификация представлена на рис. 25.


Рис. 24. Редактирование значения поля в диалоговом окне Редактирование таблицы



Рис. 25. Полностью оформленная спецификация

Оформление технических требований

Создаем технические требования (ТТ) сборки. Для этого переходим в Модель и вызываем команду МСТЕХТРЕБ (MCTT) либо в классическом интерфейсе, либо в ленточном (в обоих случаях понадобится пройти один и тот же путь: Механика Форматы Тех. Требования) рис. 26.


Рис. 26. Технические требования

Для начала настраиваем высоту текста ТТ. Нажимаем кнопку Настройки в окне Технические требования, в открывшемся окне Настройки nanoCAD Механика изменяем на 40 значение в поле Высота текста и нажимаем ОК (рис. 27).


Рис. 27. Настройка высоты текста технических требований

Далее в окне Технические требования вносим данные, представленные на рис. 28. Для вставки часто используемых требований (например, Размеры для справок) можно воспользоваться Записной книжкой и ее полем поиска (рис. 29), а для вставки спецсимволов кнопкой Вставить спецсимволы (рис. 30). Чтобы создать ссылку на позицию 6, в поле ввода нажимаем ПКМ Взять с чертежа, в окне Выбор значения выбираем Взять из свойства (В), с помощью ЛКМ выбираем в пространстве модели позиционную выноску 6. Нажимаем Enter, в окне Свойства выбираем Позиция 1-6 и нажимаем ОК. Ссылка на выбранную позицию, выделенная синим цветом, появляется в ТТ (рис. 31).


Рис. 28. Заполненные технические требования


Рис. 29. Записная книжка и поле поиска


Рис. 30. Вставка спецсимволов





Рис. 31. Создание ссылки на позицию в технических требованиях с помощью функции Взять с чертежа

После заполнения ТТ нажимаем кнопку Разместить (рис. 32) и с помощью ЛКМпоследовательно выбираем левый верхний и правый нижний углы границ их вставки как это показано на рис. 33. При необходимости границы вставленных ТТ можно изменить с помощью ручек.


Рис. 32. Кнопка Разместить



Рис. 33. Границы вставки технических требований

Перемещаемся в лист А1, двойным нажатием ЛКМзаходим в видовой экран и корректируем расположение ТТ с помощью ручек. Оформленный чертеж с ТТ в листе А1 представлен на рис. 34.


Рис. 34. Оформленный чертеж с техническими требованиями

Чтобы рассмотреть окончательный вариант оформленного чертежа с эскизом, 3D-моделью сборки, привязками, спецификацией и техническими требованиями, откройте файл Оформление спецификации и технических требований.dwg, прилагаемый к данному материалу.

На этом мы завершаем обзор функционала 3D-моделирования, зависимостей и оформления конструкторской документации nanoCAD Механика. До скорых встреч!



Георгий Глазков,

Константин Минаев

АО СиСофт

E-mail: glazkov.georgiy@csoft.ru,

minaev.konstantin@csoft.ru