Пильов В.О., Шеховцов А.Ф. Двигуни внутрішнього згоряння: Серія підручників. Том 4. Основи САПР ДВЗ

Подождите немного. Документ загружается.

исунок 7.15 – Варіанти моделей головок циліндр

на рі

а – двоклапанної; б – чотириклапанної

ів

зних етапах їх синтезу (НТУ “ХПІ”):

330

моделі в певній графічній системі. Надалі ця інформація опрацьовується

спеціально створеним єдиним спецпроцесором – сітковим генератором.

Такі спецпроцесори функціонують безпосередньо в середовищі графічної

системи або поза її межами. При цьому програмний комплекс стає інваріа-

нтним до типу конструкції деталі. Приклади синтезу сіткових моделей

об’єкта проектування за допомогою сіткових генераторів було розглянуто

на рис.3.63; 3.64, б.

Ефект від використання другого методу зменшується в разі прове-

дення конструктивної оптимізації, тобто тоді, коли виникає необхідність в

багаторазовій перебудові вихідної інформації при зміні геометричних гра-

ничних умов. У даному випадку для підвищення ефективності САПР від-

повідно до рис.7.16 можна скористатись багаторівневим лінгвістичним за-

безпеченням.

ана

програма САПР

ДВЗ

Спеціалізов

Значення вектора

конструктивних

параметрів деталі

(внутрішня мова роз-

рахункового

блоку САПР)

Спеціалізований

конвертор

Геометрична

модель деталі

(проміжна мова графі-

чної підсистеми)

Графічна

підсистема

Внутрішня

мова графічної

підсистеми

Сітковий

генератор

Сіткова

топологічна

модель деталі

До інваріантної

підсистеми аналізу

об’єктів проектування

исунок 7.16 – Схема автоматизованої побудови сіткової

моделі об’єкту проектування

З цього рисунку видно, що значення вектора конструктивних пара-

метрів

об’єкта проектування визначається в спеціалізованій програмі

331

(блок 1). Надалі ця інформація обробляється спеціалізованим конвертором

(блок 2). Його структура відповідає схемі рис.7.3. Створена тут геометрич-

на модель передається до системи машинної графіки (блок 3), де подається

мовою, зрозумілою сітковому генератору. Тоді універсальний сітковий ге-

нератор (блок 4) на основі отриманої інформації генерує сіткову модель

об’єкта проектування. Остання використовується в інваріантній

підсистемі

аналізу. Тут важливо, що для виконання процедур синтезу й аналізу певної

деталі потребує розробки тільки конвертор блока 2 за рис.7.16. З його до-

помогою здійснюється лише генерація нарисно-графічної інформації, що

було розглянуто раніше.

Звернемо увагу також на те, що відповідно до схеми рис.7.16 можли-

во виконання геометричної моделі оригінальної

деталі безпосередньо в си-

стемі машинної графіки (блок 3), тобто минаючі блоки 1 і 2 автоматизова-

ного синтезу типових конструкцій. Тепер зрозуміло, що за допомогою уні-

версального сіткового генератора може бути утворено сіткову модель ори-

гінальної деталі. В останньому випадку потрібним є використання інтерак-

тивного режиму роботи графічного редактора.

Третій підхід дозволяє формувати сіткову

модель деталей складної

геометричної форми при довільному варіюванні її геометричними і фізич-

ними характеристиками. В основу методу закладено табличний спосіб вве-

дення даних. Це дозволяє формувати сіткові моделі оригінальних деталей

навіть минаючи процедуру будови геометричної моделі в системі машин-

ної графіки. Можливість багаторазової перебудови моделі об’єкта проек-

тування тут

реалізовано за рахунок коригування його інформаційної гео-

метричної моделі.

Вказана модель потребує наявності трьох систем координат. Перша

з них, декартова система

, є основною і служить для визначення

фізичних координат вузлових точок сіткової моделі, що розробляється.

Друга,

, сіткова прямокутна система, призначена для задання сіт-

кових координат базових вузлів. Тут під сітковою координатою розумієть-

ся порядковий номер розглянутого вузла уздовж відповідної осі сіткової

системи, а базовими вузлами є ті, на основі яких надалі будується вся мо-

дель.

Базові вузли кожного перетину деталі встановлюються користувачем

системи і подаються їм

у координатах x

і x

; координата z

при цьому

332

визначає порядковий номер розглянутого перетину в загальній нумерації

всіх перетинів.

Через велику різноманітність створюваних на практиці перетинів пе-

редбачають присвоєння єдиної фізичної координати різним базовим вуз-

лам у системі

. При цьому відбиток системи OX

у системі

у загальному випадку буде являти собою криволінійну сітку нере-

гулярної структури. Це дозволяє вносити в модель відомості про конфігу-

рацію деталей практично будь-якої складності.

Як приклад на рис.7.17,

а, б подано фігуру простої геометричної

форми (плоский диск) у зазначених вище системах координат.

исунок 7.17 – Геометрична модель плоского диска в сіткових і фізичній

системах координат:

а – у сітковій системі OX

при розмірі базової сітки 5x5;

б – у фізичній системі OX

при розмірі загальної сітки у системі OX

в – у сі

x5;

тковій системі OX

при

розмірі загальної сітки 7x7 і базової 5х5;

ми OX

;

слідок симетрії фігури

г – у фізичній системі OX

при розмірі загальної

сітки у системі OX

7x7;

– задані базові вузли систе

– програмно добудовані базові вузли вна

333

Для варіювання кількістю сіткових вузлів моделі, задання областей з

граничними умовами, що відрізняються, та областей з різними фізико-

механічними властивостями матеріалів використовується сіткова прямоку-

тна система

. У ній задаються сіткові координати ліній, що прохо-

дять між сусідніми координатними лініями системи

, а також закон

апроксимації фізичних координат вузлів, одержуваних у системі

Геометрична інтерпретація використання системи

наведена на

рис.7.17,

в, г.

Увесь набір даних, необхідних для формування сіткової моделі мож-

на скласти з атрибутів 21 виду. Ці відомості розміщуються в табличному

вигляді, наприклад, у трьох окремих файлах. Основними з атрибутів є на-

ступні:

I. Файл опису зв'язків між системами OX

і OX

кількість вузлів базової моделі уздовж координат системи

;

•

номер перетину деталі уздовж осі

, якому відповідає поточна

інформація з даного файла;

кількість заданих базових вузлів каркаса даного перетину;

ознака симетрії для даного перетину деталі в площині

;

фізичні координати базових вузлів кожного з перетинів у його

локальній системі координат, масштаб і кути повороту перетину

щодо основної системи координат

II. Файл опису зв’язків між системами OX

і OX

розміри сіткової області в системі координат

і сіткові

координати базових вузлових точок у системі

;

закони інтерполяції фізичних координат шуканих вузлів сітки, у

загальному випадку різні по кожній з осей сіткової системи

III. Файл опису топології конструкції, тобто меж області моделі і

відповідності фізико-механічних властивостей складовим її

елементів для складених конструкцій:

відомості про підобласті, які відповідають різнорідним матері-

алам;

334

відомості про підобласті, які складають фізично однорідну час-

тину моделі;

•

• опис порожнин і вирізів синтезованої конструкції в системі

окремо для кожної з фізично-однорідних частин моде-

лі.

Структуру зазначених файлів, що містять інформацію про геометри-

чну модель поршня швидкохідного дизеля подано в додатку 4, схему фун-

кціонування програмного комплексу – на рис.7.18.

I. Файл опису зв’язків між си-

стемами OX

і OX

III. Файл опису зв’язків між

системами OX

і OX

Синтез базової

моделі

Визначені координати

програмно-добудованих

базових вузлів у системі

Синтез геометричної моделі

конструкції

III. Файл опису топології

конструкції

До підсистем

функціонального

аналізу

Геометрична модель

об’єкта проектування

До підсистеми

машинної

графіки

Рисунок 7.18 – Структурна схема функціонування програмного

комплексу з автоматизованого синтезу сіткової моделі об’єкта

проектування

Результати генерації сіткової моделі поршня по наведеним у додат-

ку 4 вихідним даним подано на рис.7.19,

а. При цьому повинно бути ясно,

що зміна значення довільного з атрибутів вхідних даних дозволяє одержа-

ти нову конструкцію досліджуваного об’єкта з геометричними або (і) фі-

335

зичними параметрами, що відрізняються від вихідної моделі. Так на

рис.7.19,

б подано модель поршня зі зміненою конфігурацією КЗ та в разі

згущення сітки в зоні її кромки. При цьому для першого поршня модель

визначено шляхом завдання 83 базових вузлів, а другого – 160. Водночас

відтворення конфігурації КЗ у першому випадку потребує задання коорди-

нат 18 вузлів, у другому – 25.

Рисунок 7.19 – Приклади

синтезованих в САПР

сіткових моделей

поршнів (НТУ “ХПІ”):

а – з регулярною сіткою;

б – з нерегулярною

В цілому подане дозволяє розглядати наведений підхід для будови

сіткових моделей оригінальних деталей в разі необхідності подальшого ре-

дагування розробленої інформаційної моделі об’єкта проектування.

Іншим прикладом отримання машинного уявлення про досліджува-

ний об’єкт може служити задача формування геометричної моделі газопо-

вітряного каналу головки циліндрів двигуна по його кресленню. Вона

пов’язана з необхідністю виконання аналізу можливостей прототипів, у

число котрих, безумовно, повинні входити і конструкції, отримані в ре-

зультаті “ручного” проектування. Результати розв’язання поставленої за-

дачі з залученням вищеописаного методу і програмного комплексу наведе-

ні на рис.7.20, 7.21.

336

исунок 7.20 – Результати формування ряду перетинів

озгалуженого впускного канала:

а – до розгалуження;

б – в місці розгалуження; в – після розгалуження;

г – відносне розміщення перетинів

исунок 7.21 – Каркасна модель

впускного канала (НТУ “ХПІ”)

337

Таким чином, третій підхід може бути використано для одержання

плоских, вісьосиметричних і об’ємних моделей деталей та їх візуального

контролю. Далі до системи функціонального аналізу інформація переда-

ється у вигляді таблиць координат вузлів сітки в системі

і даних

про код матеріалу певної підобласті.

7.4.4. Синтез суцільної моделі об’єкта проектування

Розглянемо типову узагальнену схему нероз’ємної конструкції

поршня швидкохідного дизеля. Таку схему подано на рис.7.22, з якого ви-

дно, що цю конструкцію можна розподілити на власно тіло поршня 1 та

елементи, що підвищують міцність зони кромки КЗ 2 і

області ПК 3, кіль-

цеву порожнину для масляного охолодження 4, кільцеві вставки 5 – 7, ни-

зькотеплопровідні покриття 8, 9. У цілому конструкція поршня може мати

довільне сполучення і кількість елементів 2 – 9, що її доповнюють. Мож-

ливі варіанти контакту цих елементів між собою.

Ω

б а

Ω

Рисунок 7.22 – Типова узагальнена конструкція поршня

швидкохідного дизеля (а) і її логічна схема (б)

Зрозуміло, що одержання типового математичного опису для такої

конструкції представляє суттєві труднощі.

З іншого боку

ясно, що одержання шуканого рішення на основі опи-

338

су власне області тіла поршня 1 і окремо для областей кожного з його еле-

ментів 2 – 9 є менш складною задачею. Таке рішення має наступний алгеб-

рологічний вигляд

(

)

921

,...,,

Ω

Ω F

),...,,...,(

,,2,1, kijiiiii

Ω

Ω=Ω

, (7.17)

()

≥σ=

Ω

jiji

, i=1,2,...,9 , j=1,2,...,k ,

де

– елементарні підобласті, що утворюють область ; –

набір аналітичних функцій, що дозволяють окреслити область

ji,

Ω

(

)

Ω

Тут обрано вісьосиметричний підхід до опису геометрії областей, що

досліджуються. З точки зору визначення термонапруженого стану поршня

такий підхід може являтися методичною основою подальшої тривимірної

постановки задачі.

Області

та елементарні підобласті

Ω

ji,

Ω

краще розглядати як

множину точок, що утворюють даний елемент. Будемо додержуватись на-

ступних знаків логічних операцій, які дозволяють за допомогою наданих

множин точок будувати нові множини:

1) сума (об’єднання)

– множина усіх елементів (точок), які

якнайменше належать

A або B;

BA U

2) добуток (перетин)

– множина усіх елементів (точок), які

одночасно належать

A і B;

BA I

3) різниця

A /B – множина усіх елементів (точок) множини A, які не

належать

4) протилежність (доповнення)

– множина, що має усі точки уні-

тарного простору, які не належать до

Тоді, маючи типові рішення для складових конструкції поршня еле-

ментів відповідно до рис.7.22,

б можна записати логічну формулу всієї

моделі:

94321

Ω

ΩΩ=

Ω

UUIUU ...

. (7.18)

Зупинимося детальніше на логічній формулі власно тіла поршня,

розподіляючи її на зони камери згоряння

1,1

Ω

, бокової поверхні та

внутрішніх поверхонь днища й юбки

2,1

Ω

3,1

Ω

339