Гибридное моделирование и динамические испытания технических систем

Известно, что свойства любой конструкции закладываются в неё на этапе проектирования. В этот момент требуется провести оценку принимаемых конструкторских решений по степени и их влияния на требуемые показатели качества разрабатываемого изделия. Если этот этап выполнен на ненадлежащем уровне, то вероятность грубых ошибок высока, а исправить их на поздних этапах если можно, то дорого, а зачастую просто невозможно. Наиболее эффективным инструментом для анализа проектируемой конструкции, когда ещё отсутствует ее реализация в виде опытного образца, является математическое моделирование. С его помощью можно выполнить оценку качества конструкции по различным критериям (статика, динамика, термическая стабильность и т.п.).

Гибридное моделирование

Концепция «гибридного моделирования»
Современная технология проектирования машиностроительных конструкций основывается на концепции «гибридного моделирования», под которой понимается возможность одновременного использования различных моделей конструкции, различающиеся:  
- функционально (статические, динамические, тепловые и т.п.);  
- по области существования (временные, частотные);  
- по происхождению (теоретические, экспериментальные).  

Экспериментальные статические и динамические модели получают в результате проведения модальных испытаний и проведения экспериментального модального анализа (ЭМА). В результате могут быть получены модели во временной, либо в частотных областях. Гибридная модель конструкции становится окончательно завершенной после ее уточнения по результатам ЭМА или в результате объединения расчетной и экспериментальной моделей в единой процедуре моделирования. Гибридные модели открывают широкие возможности по поиску и принятию «тонких» конструкторских решений как на этапе проектирования, так и на этапе доводки конструкции. Таким образом, концепцию гибридного моделирования конструкций можно представить в виде схемы:
01 / 01
На схеме выше дана наиболее полная концепция гибридного моделирования. Каждый из приведённых выше блоков при определённых условиях может быть реализован самостоятельно.

Статический анализ  
Важность анализа жесткости конструкции станков общепризнана. Весьма эффективным методом анализа конструкций является метод конечных элементов, получивший широкое распространение и ставший де факто мировым стандартом для решения задач этого класса. Метод позволяет получать результаты с погрешностью в пределах 5-8% для конструкций сложной геометрической формы и учесть большинство конструктивных особенностей, таких как сочетание разных материалов в конструкции, сложное пространственное нагружение, в том числе нагрузок разной физической природы, повышенную податливость направляющих, винтов и ШВП приводов подач, податливость фундамента и т.д.  
На базе статического анализа путём построения баланса перемещений удаётся выявить наименее жесткие элементы конструкции, предложить рекомендации и оперативно оценить эффективность конструктивных изменений.  
Статический анализ содержит исходные данные для выполнения последующего модального (динамического) анализа.

Тепловой анализ
Тепловой анализ конструкции позволяет оценить уровень температур (тепловое поле) и тепловых деформаций, а также изменение их во времени в ответственных элементах конструкции при заданном тепловом нагружении. Есть возможность оценить чувствительность теплового поля конструкции к возможным изменениям ее параметров.

Модальный анализ
Одним из наиболее эффективных методов, направленных на исследование динамики механических конструкций, в последние годы признан модальный анализ. Модальный анализ представляет собой совокупность расчетных и экспериментальных методов исследования механических систем и основан на определении и использовании их собственных характеристик. Иногда в литературе совокупность собственных частот (как комплексных величин) и форм колебаний называют модами колебаний, но чаще всего собственными характеристиками механической системы (конструкции). Отсюда и название метода. Анализ мод колебаний представляет собой процесс определения модальных параметров конструкции для всех мод в определенном частотном диапазоне. Модальные параметры могут быть использованы для сравнительной оценки вариантов компоновок конструкции по критериям динамического качества. 

Модальные испытания
Модальные испытания конструкции проводятся с целью получения исходной информации для процедуры идентификации. Модальные испытания могут проводится как на реальной конструкции, так и на его физической модели путем приложения управляемых внешних воздействий (гармонических или импульсных) или в процессе эксплуатации и фиксации откликов в заранее выбранных точках конструкции.

Экспериментальный модальный анализ
Экспериментальный модальный анализ – процедура получения оценок собственных характеристик конструкции (собственные частоты, модальные коэффициенты демпфирования и собственные формы колебаний) по результатам модальных испытаний и использование их в целях идентификации моделей конструкций, а также анализа конструкций. Под идентификацией понимается процедура построения модели по экспериментальным данным, включая уточнение конечно-элементной модели конструкции или получение моделей в виде комплекта частотных или временных характеристик. Процедура идентификации по результатам модальных испытаний носит название экспериментальный модальный анализ.  

Предмет исследований

Гибридное моделирование — универсальный инструмент, который можно использовать как к оценке качества компоновки станка любого типа, так и для проверки его узлов, подсистем, оснастки. В то же время, универсальность инструментария позволяет нам не ограничиваться станочной тематикой, а применять его для моделирования любых технических систем.

Контакты

Юр. адрес
115172, г. Москва, Краснохолмская наб., дом 1/15, пом. 5, офис 3Г
Время работы
Пн-Пт: 09:00—18:00
Сб-Вс: выходной
Свяжитесь с нами
+7 (495) 118-00-00
info@insycorp.ru