CC BY
98. Орлов Б. Н. Физические основы и уровень надежности деталей машин и механизмов / Орлов Б. Н. «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования в водном хозяйстве» / Б. Н. Орлов; МГАУ им. Костякова А. Н. М, 2008. С. 127.
Концепция проблемы механики при проектировании конструкций машин
Бондарева Г. И.1, Орлов Б. Н.2
'Бондарева Галина Ивановна /Bondareva Galina Ivanovna - профессор, кафедра метрологии, стандартизации и управление качеством, факультет «Процессы и машины в агробизнесе»;
2Орлов Борис Намсынович / Orlov Boris Namsynovich - профессор, кафедра эксплуатации, электрификации и автоматизации технических средств и систем природообустройства и
защиты в чрезвычайных ситуациях, факультет техносферной безопасности, экологии и природопользования, Российский государственный аграрный университет, Московская сельскохозяйственная академия имени К. А. Тимирязева, г. Москва
Аннотация: в статье описаны анализ и концепция проблемы механики сплошной среды по МКЭ, которые имеют огромное практическое значение для использования ЭВМ в целях эффективного расчета. С помощью вариационных принципов на основе принятой геометрии элементов и соответствующих интерполяционных функций вычисляют: характеристики элементов, матрицы жесткости, векторы нагружения и другое. Расчеты производятся с применением способа численной интеграции.
Ключевые слова: механика, проблема, проект, ЭВМ, элемент.
В процессе «шаг за шагом», который можно представить как простой алгоритм, выделяют следующие шесть важнейших шагов [1]:
• дискретизацию сплошной среды;
• выбор интерполяционных функций;
• вычисление характеристик элементов;
• формирование уравнений для сетки конечных элементов;
• решение системы уравнений;
• расчет нужных воздействий.
Важны первые три из шести шагов. Способ дискретизации, выбор вида элементов из общего числа элементов зависит как от природы решаемой проблемы, так и от необходимой точности требуемого решения. Наряду с числом и видом элементов важен и выбор узлов, основных неизвестных в них и интерполяционных функций. С помощью последних определяют поле переменных каждого элемента. От их выбора непосредственно зависит точность аппроксимации. Переменные в элементе могут быть скалярной, векторной или тензорной величиной [2, 3].
Характеристики отдельных элементов определяются независимо от сетки элементов как единого целого.
Последние три шага, имеющие большое значение для практических расчетов, приспосабливают к автоматическому режиму ЭВМ. В этой области ведутся исследования, поиск более экономичных решений с меньшим расходом счетного времени ЭВМ. Это, прежде всего, относится к действиям, связанным с решением больших систем алгебраических уравнений, особенно в области нелинейного анализа, который сводится к решению ряда линейных систем алгебраических уравнений.
Общая архитектура САПР, базирующаяся на МКЭ
Практически расчет характеристик некоторого устройства в процессе проектирования проходит стадию представления задачи уравнениями в частных производных и включает в себя три этапа: описание геометрии, физических характеристик, генерацию сети конечных элементов; расчет с помощью метода конечных элементов; визуализацию и интерпретацию результатов моделирования.
Эти три этапа хорошо разделены и в действительности соответствуют на уровне программного обеспечения трем функциям, выполненным отдельными модулями:
• модулем ввода данных;
• модулем вычислений;
• модулем вывода результатов.
Состав и требования к информационному обеспечению
Модуль ввода предназначен для ввода и подготовки всей информации, необходимой для решения задачи методом конечных элементов. Следует сообщить данные о дискретизации области и представить ее физические характеристики [4]. Модуль ввода должен также осуществлять следующие три функции:
• описание геометрии объекта;
• генерацию сети конечных элементов;
• указание областей и границ.
Генерация сети в области заключается в формировании совокупности узлов и совокупности конечных элементов, обеспечивающих приемлемую дискретизацию области. Такая дискретизация должна соответствовать границам области и внутренним границам между различными ее участками. Кроме того, конечные элементы не должны иметь форму, слишком отличающуюся от симметричных форм стандартных элементов (равносторонних треугольников или тетраэдров, квадратов или кубов).
Узлы определяются их координатами, тогда как элементы характеризуются их типом и перечнем их узлов [5, 6].
Операция указания областей и границ позволяет уточнить физическое поведение:
• описание физических характеристик материалов (например, модуль упругости, проводимость, теплопроводность);
• описание источников (например, источники тепла, нагрузок);
• описание граничных условий (закрепление конструкций);
• описание начальных условий для время переменных задач (состояние системы перед приложением импульса нагрузки).
Обычно эта информация вводится последовательно участок за участком, граница за границей. Связи между участками области и узлами позволяют отразить эту информацию в виде дискретизации области.
Функции модуля вычислений
Модуль вычислений решает одиночное уравнение для вариационной постановки или систему линейных уравнений для проекционной постановки.
Этот модуль получает на входе описание сети, физические характеристики и граничные условия. На выходе он выдает значения искомых величин в каждом узле сети [7, 8].
Для решения систем уравнений используются два семейства методов: методы точечные или блочные, действующие путем релаксаций, и глобальные матричные методы.
Решение линейных систем осуществляется несколькими возможными способами:
• прямыми методами (Гаусса, Холецкого);
• полупрямыми методами;
• итерационными блочными методами (Гаусса, Зейделя).
Функции модуля вывода
Модуль ввода позволяет описать задачу, которая затем решается модулем вычислений. Однако полученное решение не может непосредственно использоваться по следующим причинам:
• значения переменных в узлах конечноэлементной сети не всегда имеют четкий физический смысл;
• масса необработанной численной информации, получаемой при вычислении, слишком велика для восприятия пользователем.
Модуль вывода играет двойную роль:
• извлекает значащую информацию. Эта информация может быть связана с локальными величинами или глобальными величинами;
• представляет численную информацию в графической форме для облегчения ее восприятия и интерпретации.
Вывод
Поскольку геометрия элементов достаточно проста, то практически это означает, что комплексная проблема разбивается на несколько простых. Характеристики элементов, матрицы жесткости, векторы нагружения и другое вычисляют чаще всего с помощью вариационных принципов на основе принятой геометрии элементов и соответствующих интерполяционных функций. Эти расчеты в основном производятся с применением способа численной интеграции.
Литература
1. Орлов Б. Н. Прогнозирование долговечности рабочих органов мелиоративных почвообрабатывающих машин / Орлов Б. Н.: Монография / Б. Н. Орлов; МГАУ им Костякова А. Н. - М., 2003. 198 с.
2. Бондарева Г. И. Математическое моделирование процесса изменения годности рабочих элементов машин и оборудования / Бондарева Г. И., Орлов Б. Н. / Техника и оборудование для села, 2012. -№ 8. С. 36-38.
3. Евграфов В. А. Влияние твердости поверхностного слоя на абразивный износ рабочих органов почвообрабатывающих машин / В. А. Евграфов. Б. Н. Орлов / Ремонт, восстановление, модернизация, 2004. № 3. С. 46-48.
4. Орлов Б. Н. Современные способы усиления конструкций кабин автотранспорта и тракторов / Б. Н. Орлов, Г. И. Бондарева / Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования МГАУ им. В. П. Горячкина, 2014. № 2. С. 35-38.
5. Орлов Б. Н. Визуализация, моделирование, надежность в эксплуатации мобильных строительно-дорожных комплексов / Б. Н. Орлов, Г. И. Бондарева / Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии, 2012. № 3. С. 116-122.
6. Бондарева Г. И. Системный анализ объектов, функций и ресурсов в процессах восстановления деталей машин / Г. И. Бондарева // Вестник ВГОУ ВПО МГАУ, 2010. № 2 С. 119-124.
7. Бондарева Г. И. Повышение долговечности рабочих органов бетоносмесителей / Г. И. Бондарева // Вестник машиностроения, 2012. № 3. С. 30-36.
8. Бондарева Г. И. Оценка технического состояния элементов машин и оборудования с применением средств и методов технической диагностики / Международный технико-экономический журнал, 2011. № 1. С. 79-85.
Необходимость разработки отраслевых стандартов Лыков А. П.
Лыков Александр Павлович / Lykov Alexander Pavlovich — контрактный управляющий,
Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение города Москвы Школа № 2127, г. Москва
Аннотация: в статье анализируются существующие нормативные документы, касающиеся закупочной деятельности образовательных учреждений в части подготовки заказчиком технической документации для проведения конкурентных процедур. Ключевые слова: 44-ФЗ, отраслевой стандарт, закупки.
В соответствии с ч. 1 ст. 19 Закона № 44-ФЗ, нормирование - «установление требований к закупаемым товарам, работам, услугам». В ч. 2 ст. 19 Закона № 44-ФЗ «под требованиями к закупаемым заказчиком товарам, работам, услугам понимаются требования к количеству, потребительским свойствам (в том числе характеристикам качества) и иным характеристикам товаров, работ, услуг, позволяющие обеспечить государственные и муниципальные нужды, но не приводящие к закупкам товаров, работ, услуг, которые имеют избыточные потребительские свойства или являются предметами роскоши» [1].
С другой стороны, Закон № 184-ФЗ «О техническом регулировании» говорит нам о том, что целями технического регулирования и принятия технических регламентов служат:
• защита жизни или здоровья граждан, имущества физических или юридических лиц, государственного или муниципального имущества;
• охрана окружающей среды, жизни или здоровья животных и растений;
• предупреждение действий, вводящих в заблуждение приобретателей, в том числе потребителей;
• обеспечение энергетической эффективности и ресурсосбережения [2].
Таким образом, для описания товаров, работ, услуг, в соответствии с требованиями Закона № 44-ФЗ, целесообразно использовать положения технических регламентов, так как ни о каких избыточных потребительских свойствах в техническом регламенте не может быть и речи.
Решением Совета Евразийской экономической комиссии от 15 июня 2012 года № 32 принят Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 025/2012 «О безопасности мебельной продукции». Он «разработан с целью установления на единой таможенной территории Таможенного союза единых обязательных для применения и исполнения требований к мебельной продукции, обеспечения
