ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СРЕДСТВ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛЕЙ

​USING DESIGN RESEARCH TOOLS TO OPTIMISING COMPONENT DESIGN

Vladimir Chervyakov

master's student, Department of Mechanical Engineering Technology, Arzamas Polytechnic Institute (branch) of the R.E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University,

Russia, Arzamas

Vyacheslav Puchkov

scientific director, PhD in Technical Sciences, professor, Arzamas Polytechnic Institute (branch) of the R.E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University,

Russia, Arzamas

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается методика оптимизации конструкции детали «Кронштейн верхний» с использованием средств исследования проектирования в программном обеспечении SolidSimulation.

ABSTRACT

This article discusses the design optimization methodology for the Upper Bracket part using design research tools in the SolidSimulation software.

Ключевые слова: исследование, оптимизация конструкции, проектирование, SolidSimulation.

Keywords: research, design optimization, engineering, SolidSimulation.

Исследование проектирования применяется в том случае, когда в конструкции необходимо подобрать определенные параметры элементов, которые будут удовлетворять условиям и заданной цели.

Для проведения исследования проектирования целесообразно использовать различные типы проведенных ранее исследований. В нашем случае, исследование проектирования будут основано на статическом исследовании детали «Кронштейн верхний», изготовленный из АЛ2 ГОСТ 1583-93. В качестве изменяемых параметров будут использоваться: ширина центрального ребра жесткости, ширина крайнего ребра жесткости, радиус перехода (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Изменяемые элементы при проведении исследования проектирования

Для создания исследования проектирования необходимо на статическом исследовании выбрать параметр (см. рисунок 2).

Рисунок 2. Создать новое исследование проектирования

Интерфейс исследования проектирования состоит из нескольких блоков (см. рисунок 3).

Рисунок 3. Интерфейс исследования проектирования

В качестве переменных используется три параметра (см. рисунок 4).

Рисунок 4.  Добавление переменных для исследования проектирования

Как видно из рисунка 4, базовые значения переменных имеют следующие параметры: радиус – 3,5 мм, толщина центрального ребра жесткости – 3 мм, толщина торцового ребра жесткости – 3 мм. Эти параметры взяты в качестве начальных с базовой конструкции детали.

На основе данных начальных параметров сконфигурированы диапазоны и шаги для поиска оптимального решения (см. рисунок 5).

Рисунок 5. Диапазон изменения заданных переменных

Таким образом, толщина торцового ребра жесткости изменяется в диапазоне от 1 до 7 мм с шагом 2 мм, толщина центрального ребра жесткости – в диапазоне от 1 мм до 7 мм с шагом 2 мм, радиус – в диапазоне от 1,5 до 4,5 мм с шагом 1,5 мм.

На исследование проектирования наложено единственное ограничение – напряжение в конструкции не должны превышать 120 МПа (см. рисунок 6).

Рисунок 6.  Ограничение для исследования проектирования

Цель исследования – поиск конструкции с минимальной массой изделия (см. рисунок 7).

Рисунок 7.  Цель исследования – минимизация массы

В результате проведения подготовки, система сгенерирует таблицу всевозможных вариантов конструкции при изменении заданных параметров (см. рисунок 2.18). В нашем случае, таких вариантов – 48 (сценарии проектирования).

Рисунок 8. Просмотр таблицы сценариев

После генерации и расчета всех возможных сценариев проектирования система подберет оптимальный (см. рисунок 9).

Рисунок 9. Оптимальный вариант конструкции

Как видно из рисунка 9 оптимальный вариант конструкции имеет следующие значения: толщина торцового ребра жесткости – 3 мм (осталась неизменной по сравнению с базовой конструкцией), толщина центрального ребра жесткости – 4,5 мм (увеличение на 1,5 мм по сравнению с базовой конструкцией), радиус – 5 мм (увеличение на 1,5 мм по сравнению с базовой конструкцией). Как видно из рисунка, напряжения в этом случае равны 113,6 МПа (сто меньше ограничения в 120 МПа), масса детали – 0,747753 кг (минимальна).

Эпюра напряжений для данного варианта представлена на рисунке 10.

Рисунок 10. Эпюра напряжений

В результате проведения исследования проектирования были подобраны оптимальные параметры ребер жесткости и радиуса перехода для детали «Кронштейн верхний» при заданных ограничениях и цели. Оптимальный вариант конструкции имеет следующие значения: толщина торцового ребра жесткости – 3 мм (осталась неизменной по сравнению с базовой конструкцией), толщина центрального ребра жесткости – 4,5 мм (увеличение на 1,5 мм по сравнению с базовой конструкцией), радиус – 5 мм (увеличение на 1,5 мм по сравнению с базовой конструкцией). Как видно из рисунка, напряжения в этом случае равны 113,6 МПа (сто меньше ограничения в 120 МПа), масса детали – 0,747753 кг (минимальна).

Таким образом, при переходе на литьевой материал АЛ2 ГОСТ 1583-93 необходимо использовать именно эти параметры ребер жесткости.

Использование средств исследования проектировании для поиска оптимальных параметров конструкции деталей является важнейшим моментов для разработки эргономичных, сбалансированных изделий на современном этапе развития промышленности. Данная статья может быть полезна студентам, магистрантам, инженерам, технологам.

Список литературы:

1. https://help.solidworks.com/2020/RUSSIAN/SolidWorks/sldworks/IDC_HELP_HELPTOPICS.htm. (дата обращения: 15.09.2024)