Исследование и разработка методов автоматизированного создания металоконструкций контейнеров

  • Вид работы:
    Магистерская работа
  • Предмет:
    Другое
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    1,91 Мб
  • Опубликовано:
    2016-11-09
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Исследование и разработка методов автоматизированного создания металоконструкций контейнеров

ВВЕДЕНИЕ

Металлоконструкции играют главную роль во всех сферах современного мира, особенно велика она в машиностроении и строительной индустрии. В машиностроении конструкции из металла являются безусловной основой на 90%, а в строительстве используются как несущие элементы в каркасах строительных объектов, перекрытиях, обшивках и кровлях. Понятие металлоконструкций включает в себя большое количество составляющих: детали, изделия и целые инженерные сооружения из различных элементов. В зависимости от области применения они выполняются из стали, алюминия, цветных металлов и их сплавов. Различают закладные, сборные и стационарные, а также изменяемые металлоконструкции, выбор которых производится в зависимости от планируемых условий использования и особенностей конструкции или строения.

Классификация изделий выполняется в зависимости от способа их изготовления: литье, ковка, клепка, штамповка, сварка или обработка на токарных станках, а также комбинация способов обработки. Вне зависимости от материала и способа изготовления металлоконструкций, их производство и дальнейший монтаж представляют собой процессы с высокой технологической составляющей, которую могут обеспечить только компании с большим опытом работы и подбором высококвалифицированных специалистов. Помимо изготовления и монтажа готовых конструкций, большую роль в их сохранности и безаварийной эксплуатации играет грамотная защита металла, подверженного коррозионным процессам. В отличие от стальных, конструкции из сплавов алюминия не подвержены коррозии, имеют небольшой по сравнению со стальными элементами вес и более высокие декоративные свойства. При этом сохраняется высокая технологичность их монтажа и небольшая стоимость изготовления и прочих работ. Единственным недостатком алюминиевых металлоконструкций является умеренная степень их прочности, что предполагает использование изделий в основном в качестве ограждений, отделочных элементов строений, изготовления временных строительных объектов.

Преимущества металлоконструкций, используемых в строительстве в сравнении с традиционными железобетонными:

небольшой вес;

простое изготовление и возможность серийного выпуска;

легкий монтаж и возможность демонтажа крупными блоками;

удобство транспортировки от завода-изготовителя к строительному объекту;

прочность, надежность и длительность эксплуатации.

Направления, по которым развивается научно-технический прогресс, разделяется на три этапа:

повышение эффективности конструктивных форм строительных конструкций и сооружений;

создание производительной механизированной автоматизированной технологии для увеличения производительности труда;

увеличение уровня механизации сборки, разработка усовершенствованных методов поточного и блочного монтажа.

В данном диссертационном исследовании рассматриваются следующие вопросы:

анализ методов и систем автоматизированного проектирования металлоконструкций;

разработка методики создания металлоконструкции контейнеров;

применение методов инженерного анализа металлоконструкций контейнеров.

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ

При строительстве различных сооружений и зданий широко используются металлоконструкции. Низкая стоимость изготовления металлических конструкций и быстрый ввод в работу обеспечивается высокой плотностью и прочностью металла, надежностью сборки элементов и возможностью легкой сборки и разборки, маленьким весом, низкой ценой на арматуру. Для устранения недостатков сооружений и зданий из стали в виде коррозии требуется покраска, оцинковывание, покрытие полимерными составами и применение других защитных методов.

Металлические конструкции разделяются по следующим критериям: по размеру, весу, конфигурации, принципу действия и методу изготовления. Применяются металлоконструкции в различных областях, таких как: каркасы зданий, покрытия на больших пролетах, обшивка стен.

.1 Классификация металлоконструкций

Основная классификация металлоконструкций подразделяется:

строительные металлоконструкции: арматурные сетки, каркасы зданий, листовые сплошностенчатые конструкции, высотные сооружения;

ограждающие конструкции (панели, ворота), колонны;

обслуживающие конструкции.

Строительные каркасы зданий применяются во всех видах сооружений со значительной высотой, пролетами и нагрузками. Основу таких металлоконструкций составляют колонны сплошностенчатые двутавровые, решетчато-пространственные, ригели в виде балок и стропильных ферм. Каркасы зданий выполняют из железобетона или кирпичных столбов. Стальной каркас применим при строительстве промышленных и гражданских зданий.

Каркас здания - это главный вид конструкций. На сегодня конструкции разделяются на:

сооружения, образованные системой стоек и балочных сооружений, которые применяются при строительстве промышленных и гражданских сооружений с максимальным внутренним простором. Вследствие чего обеспечивается свободная планировка;

сооружения, образованные системой несущих стен, а именно фасады, которые располагаются параллельно направлению свободных плит, являются самонесущими или навесными;

сооружения, образованные системой несущих фасадов являются конструкциями покрытия, опирающимися на внутренние и наружные несущие фасады. Плиты перекрытия кладут только в поперечном направлении, а также возможно применение смешанных типов схем.

Ограждающие конструкции не несут основных нагрузок, а только защищают внутреннее помещение здания. В состав ограждающих конструкций входят стены, перекрытия, перегородки, служащие для ограничения здания. Они делятся на внешние и внутренние. Внешние препятствуют влиянию различных климатических факторов, а внутренние разделяют и перепланировывают внутреннее пространство здания.

Обслуживающие конструкции предназначены для обеспечения безопасности строителям при эксплуатации сооружений.

Среди других строительных металлоконструкций выделяют подкрановые балки, элементы бункерных и разгрузочных эстакад, балки площадок, монорельсы. К высотным сооружениям относятся конструкции с опорами. К составу металлургических конструкций относятся кожух доменной печи, воздухонагреватели, пылеуловители.

Основная задача строительства - отыскание новых оптимальных и конструктивных форм сооружений, зданий и их элементов. Для того чтобы повысить эффективность металлоконструкций, нужно снизить трудоемкость при возведении сооружений.

Серийный выпуск металлоконструкций влечет за собой максимальную унификацию элементов, блоков, а также готовых сооружений. Поэтому современное производство металлических конструкций требует существенного изменения, с одной стороны, общих схем сооружений, а с другой изменения формы элементов и типов соединений, которые должны быть не только технологичными в изготовлении и монтаже, но также соответствовать современному способу производства.

В современных условиях важное значение приобретает возможность комплектной поставки конструкций зданий, возводимых под ключ. Технологические требования, которые влияют на выбор тех или иных металлоконструкций, в разных отраслях экономики различные. В настоящее время наибольшее распространение получили стальные и алюминиевые конструкции. Благодаря высоким механическим характеристикам и однородности структуры сталь применяют в сооружениях с повышенными нагрузками или в высотных зданиях и сооружениях. В строительстве легких металлоконструкций свое применение нашли конструкции из алюминия. Однако из-за дороговизны и дефицитности металла из конструкции из стали и алюминия применяют в основном в тех случаях, когда они экономически значительно выгоднее железобетонных.

.2 Этапы проектирования металлоконструкций

Проектирование строительных металлоконструкций - это процесс разработки документации необходимой для создания металлоконструкции. На этапе проектирования определяются основные параметры сооружения, его конструктивные особенности, которые оказывают влияние на стоимость и сроки возведения здания из металлоконструкций. Например, исполнение монтажных узлов металлоконструкций на болтовом соединении или на сварке, применение проката из углеродистой стали (Ст3, С345) или низколегированной (09Г2С).

Проектирование металлоконструкций выполняется в два этапа:

Первый этап - разработка проектной документации стадии КМ (конструкции металлические). На этом этапе определяются конструктивные решения несущего каркаса здания, они увязывается с архитектурными, технологическими решениями проектируемого здания, с конструктивными решениями железобетонных конструкций. На этом же этапе производится, как показано на рисунке 1.1, сбор нагрузок, статистические и динамические расчеты, выполняются пояснительная записка, чертежи, монтажные схемы, составляется техническая спецификация металла, приведена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.1 - Проектная документация стадии КМ

Рисунок 1.2 - Техническая спецификация металла

Второй этап - разработка рабочей документации для изготовления строительных металлоконструкций - КМД (конструкции металлические деталировочные чертежи). На рисунке 1.3 показаны чертежи стадии КМД.

Рисунок 1.3 - Проектная документация стадии КМД

Чертежи стадии КМД делаются на основе проекта стадии КМ, с учетом технологических особенностей, оснащения и возможностей завода производителя металлических конструкций.

.3 Системы проектирования металлоконструкций

В настоящее время невозможно представить проектирование металлоконструкции без помощи современных компьютерных программ, так как Advance Steel, КОМПАС-3D, AutoCAD c приложением СПДС GraphiCS, применение проектных программных комплексов имеет ряд преимуществ:

скорость разработки;

построение наглядных пространственных моделей;

автоматическое создание чертежей, спецификаций и.т.д.

Для разработки изделия применялся нисходящий способ: от сборочной конструкции к трехмерным моделям составляющих ее компонентов, далее к разработке конструкторской документации (КД), инженерным расчетам, а затем к разработке технологической документации (ТД).

Для более производительной работы с конструкцией использовалось ее каркасное представление, которое включается в сборку, определяет структуру, пространственные требования и ограничения, состыковку элементов и другие характеристики конструкции, которые в дальнейшем будут использованы при разработке ее компонентов. Каркасную модель можно применять и для анализа перемещений компонентов в сборке, задавая привязки их размещения к модели.

Чертежи на сборочные единицы и детали, а также спецификации генерируются автоматически на основе заранее созданных шаблонов.

Создание чертежей деталей и сборочных единиц в полном соответствии с ЕСКД входит в базовые возможности указанных САПР. На каждый компонент конструкции вводятся данные, связанные двунаправленной ассоциативной связью с моделями сборки, деталей и чертежами. Могут быть добавлены дополнительные данные, не связанные с трехмерной моделью, например информация о материалах, технические условия и т.п.

Спецификации, автоматически формируемые по выбранному шаблону, также связаны с моделями двунаправленной ассоциативной связью. Редактор шаблонов позволяет создавать как спецификацию по любому варианту ГОСТ, так и собственные типы отчетов.

В процессе подготовки к производству часто приходится вносить изменения в конструкцию изделия, а значит - и в необходимые для его изготовления технологическую оснастку, пресс-формы, КМД, управляющие программы для оборудования с ЧПУ. Оптимальность процессов внесения изменения непосредственно влияет на сроки и качество проектирования. Схема проведения изменений в 3D-модели и в конструкторскую документацию совпадает со схемой разработки изделия: изменение данных происходит от компоновки к трехмерной модели, далее - к конструкторской документации, к результатам расчетов и к технологической документации. Принципы используемого в работе нисходящего проектирования обеспечивают высокий уровень автоматизации проведения изменений.

Металлоконструкции зачастую являются основой сооружения, которая должна воспринимать все нагрузки воздействующие на объект. Если в элементах металлоконструкций возникли напряжения, превышающие предел текучести металла, происходит их разрушение. Такие случаи иногда происходят. Разрушения металлоконструкций порой приводят даже к гибели людей. Именно поэтому проектирование металлоконструкций является весьма ответственным этапом, на котором закладываются нормативные запасы прочности.

Проект создается на основе нормативов ГОСТ и СНиП, при этом производится не только расчет металлоконструкций, но и, как правило, проектирование архитектурно-строительной части. В процессе работы на всех этапах проект должен согласоваться с заказчиком, чтобы избежать возможных ошибок и недоразумений. Работы по созданию проекта также включают в себя подготовку всех необходимых документов, в том числе для контролирующих органов. Кроме того, чертежи металлических конструкций должны создаваться с учетом технологических возможностей подрядной организации. Правильный подход позволит найти оптимальное соотношение цены и качества за счет использования недорогих материалов, которые при этом будут обладать всеми необходимыми характеристиками. Качество конечного изделия зачастую зависит от того, как было выполнено проектирование металлоконструкций, а не от цены материалов.

Неважно, каким целям служит металлическая конструкция, будет ли она каркасом здания или простой оградой, без грамотного проекта высок риск получить некачественное изделие. Именно поэтому расчет металлоконструкций должен выполняться профессионалами своего дела, имеющими богатый опыт в данной области. Только при таком подходе можно гарантировать их надежность и долговечность.

Для проектирования металлоконструкций используются специализированные системы автоматизированного проектирования:

. Система автоматизированного проектирования металлоконструкций Advance Steel от Graitec может успешно применяться для разработки чертежей стадии АС / КМ сложных пространственных конструкций. Преимущества программы заключаются в автоматизированном получении комплекта чертежей и ведомостей марок АС/КМ, интеграции с системами инженерного анализа (в том числе с популярными в России системами Robot Structural Analysis, SCAD и Лира), исключающими повторный ввод данных, а также в возможности обмена данными с другими системами для строительного и промышленного проектирования: Autodesk Revit, AVEVA PDMS, Intergraph SP3D и PDS, CEA Plant 4D и др., для разработки чертежей стадии КМД любых конструкций, для одностадийного проектирования (КМ / КМД) строительных металлоконструкций любой сложности.

Преимущества программы заключаются в автоматизированном получении комплекта чертежей и ведомостей марки КМД, автоматизированном получении данных для подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ, интеграция с системами управления и планирования производства.

Возможности Advance Steel:

профили переменного сечения - новый инструмент, с помощью которого можно создавать объекты с переменным сечением с учетом дополнительных условий на каждом сегменте (фиксированная или переменная длина, параллельность полок, и.т.д.); модернизация существующих параметрических узлов для работы с профилями переменного сечения; специальные ведомости и DSTV файлы;

разделка кромок под сварку для прямых профилей, в том числе с обработками, включая круглые и прямоугольные сечения;

новое хранилище узлов с новым пользовательским интерфейсом, улучшенной группировкой узлов, возможностью сохранять часто используемые узлы в избранное;

улучшенная эргономика - настраиваемая палитра инструментов с возможностью сохранять в избранном часто используемые команды, удобная работа с коллизиями и результатами поиска с помощью фильтра, новая палитра инструментов для обработок и ускорения конструирования зданий; усовершенствованный обозреватель модели;

настройка главного вида для отправочной марки позволяет более гибко управлять ориентацией объектов на чертежах;

новые параметрические узлы и усовершенствованные макросы для лестниц и ограждений;

усовершенствована работа с пользовательскими узлами, в том числе добавлена поддержка спецдеталей;

локализация - условное обозначение узлов на чертежах в соответствии с ГОСТ 21.1101-2009, усовершенствованы стили чертежей КМ и КМД;

обмен данными - усовершенствован BIM интерфейс (IFC, Revit); новый продвинутый механизм обмена данными со SCAD++.Steel создавался специально для профессионалов в области САПР, и если вам нужен мощный и легкий в использовании инструмент на основе технологии BIM, то Advance Steel как раз этот инструмент. Программа может полностью автоматизировать процесс создания рабочих чертежей, ведомостей и спецификаций марок КМ и КМД в соответствии с требованиями ГОСТ, а также данных для станков с ЧПУ. Advance Steel значительно повысит производительность и качество чертежей, и при этом существенно сократится риск возникновения ошибок. Advance Steel является частью BIM комплекса GRAITEC Advance. Steel позволяет ускорить процесс конструирования (как в одиночном, так и в коллективном режиме) и для этого инженеру предоставлен необходимый набор элементов строительных конструкций, параметрических интеллектуальных узлов и специальных инструментов для проектирования лестничных, ограждающих и других типов конструкций. Steel в автоматическом режиме формирует чертежи марок КМ и КМД и в них будут все необходимые виды и разрезы, а также размеры и маркировка. Advance Steel является частью комплексного решения GRAITEC на основе технологии BIM, позволяющего автоматизировать весь процесс строительного проектирования - от расчета до изготовления конструкции.

Построение точной модели очень важно, поскольку Advance Steel впоследствии на основании этой модели создаст всю необходимую документацию (рабочие чертежи, ведомости и спецификации, NC файлы и т.д.).

На первом этапе, Advance Steel предоставляет пользователю обширную библиотеку элементов строительных конструкций и функций моделирования:

типовые рамы, связи, прогоны и т.д.;

профили металлопроката;

настилы;

стальные конструкции (лестницы, ограждения, стремянки и т.д., включая узлы);

гнутые пластины (в т.ч. конические и скрученные);

сварные профили, гнутые профили, профили переменного сечения;

инструменты редактирования пластин.

В зависимости от предпочтений пользователя и типа моделируемой конструкции Advance Steel может работать в 2D или 3D режиме. Программа поддерживает все базовые функции CAD (копирование, перемещение, привязки и т.д.).

На втором этапе, Advance Steel предлагает пользователю библиотеку настраиваемых автоматических узлов, примеры которых представлены на рисунке 1.4. Этим вы значительно увеличите скорость и эффективность конструирования соединений.

Рисунок 1.4 - Автоматические узлы из библиотеки Advance Steel

Steel производит автоматическую нумерацию элементов. Через диалоговые окна пользователь может задать префикс нумерации, метод, начальный номер и приращение. После этого Advance Steel переходит к итоговой проверке: проверка на взаимопересечения элементов (коллизии), доступность инструментов при монтаже, согласованность нумерации элементов (изготовление, доставка и сборка). На рисунке 1.5 показано, что Advance Steel включает в себя новую адаптивную технологию, которая автоматизирует и значительно ускоряет процесс создания узлов.

Рисунок 1.5 - Создание узлов в Advance Steel

Создавая соединение, Advance Steel анализирует внутреннюю среду и если распознает, что подобная ситуация встречалась ранее, предлагает оптимальное соединение в заданной категории, принимая во внимание его структурную целостность.

Теперь Advance Steel может автоматически рассчитывать наиболее распространенные типы узлов. Для того чтобы спроектировать соединение пользователю необходимо лишь задать усилия и Advance Steel быстро выполнит расчет. При этом в модель автоматически вставляются корректные типы и количества болтов, толщины пластин и т.д. и выводится отчет о выполненных вычислениях. Steel - единственное программное обеспечение для проектирования металлических конструкций, которое облегчает работу с листовыми материалами. Достаточно двух щелчков мыши для того, чтобы создать элемент, например, коническую поверхность между двумя 3D объектами CAD (окружность, прямоугольник и т.д.) или между двумя трубами разного диаметра. Steel предоставляет эффективный и надежный инструмент многопользовательской работы:

увеличение быстродействия при работе с большими моделями (все пользователи работают с одним DWG файлом;

визуальный контроль (инструмент для отображения только выбранных элементов);

гибкость (возможность создания узла между элементами, смоделированными разными пользователями);

надежность (элемент, заимствованный одним пользователем, не может одновременно редактировать другой);

информированность (сообщения в реальном времени об изменениях в модели);

многопользовательский режим работы доступен в пакете Advance Steel Premium.

После того, как построение модели закончено, AdvanceSteel предлагает широкий набор автоматизированных функций для создания монтажных схем и планов, чертежей отправочных марок, общих видов и деталировочных чертежей. В распоряжении пользователя готовый набор шаблонов всех необходимых форматов (от А4 до А0). Чертежи создаются в виде отдельных DWG файлов, связанных с моделью, при этом автоматически проставляются размеры и наносится маркировка. Необходимое оформление чертежей может быть настроено в соответствии с требованиями пользователя при помощи диспетчера стилей чертежей, диалоговое окно которого показано на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 - Окно диспетчера

Чертежи марки КМ:

автоматическое создание изометрических видов на основании модели с широкими возможностями маркировки;

чертежи общих видов (планы, разрезы, виды, фрагменты) с возможностью автоматической простановки размеров и нанесения маркировки;

функция автоматизированного создания отдельных видов в ряде частных случаев (сложные детали, опирание колонны и т.д.);

гибкость в выборе средств управления отображением

Чертежи марки КМД:

создание чертежей отдельных деталей и отправочных элементов, как показано на рисунке 1.7;

автоматизированное создание чертежей при помощи процессов;

все элементы автоматически образмериваются и маркируются в соответствии с требованиями пользователя;

размерные линии могут быть относительные (от общей базы), последовательные (цепочкой) и ординатные;

функции создания разверток;

автоматическое создание необходимых разрезов.

Рисунок 1.7 - Чертеж отправочной марки и отдельных деталей.

В Advance Steel есть функции для проверки корректности построения модели металлической конструкции: поиск взаимных пересечений элементов модели (коллизий), проверка параметров объектов Advance Steel.

Создание сеток координационных осейПостроение профилей, пластин, структурных элементовОбработка профилей и пластинЭлементы Advance с узлами соединенияДобавление других соединительных элементовПроверка пересечений корректности элементов.Таблица 1.1 - Последовательность создания 3D модели Advance Steel

В таблице 1.1 приведена примерная последовательность создания 3D модели Advance Steel.Steel ускоряет процесс конструирования (в одиночном и коллективном режиме), предоставляя инженеру необходимый набор элементов строительных конструкций, параметрических интеллектуальных узлов и специальных инструментов для проектирования лестничных, ограждающих и других типов конструкций. Steel автоматически формирует чертежи марок КМ и КМД со всеми необходимыми видами и разрезами, а также размерами и маркировкой. Advance Steel является частью комплексного решения GRAITEC на основе технологии BIM, позволяющего автоматизировать весь процесс строительного проектирования - от расчета до изготовления конструкции.

Весь набор инструментальных средств обеспечивает быстрое и эффективное моделирование. Построение точной модели очень важно, поскольку Advance Steel впоследствии на основании этой модели создает всю необходимую документацию (рабочие чертежи, ведомости и спецификации, NC файлы и т.д.).

На первом этапе, Advance Steel предоставляет пользователю обширную библиотеку элементов строительных конструкций и функций моделирования.

На втором этапе, AdvanceSteel предлагает пользователю библиотеку настраиваемых автоматических узлов (более 300 узлов).

После того, как построение модели закончено, AdvanceSteel предлагает широкий набор автоматизированных функций для создания монтажных схем и планов, чертежей отправочных марок, общих видов и деталировочных чертежей. В распоряжении пользователя готовый набор шаблонов всех необходимых форматов (от А4 до А0). Чертежи создаются в виде отдельных DWG файлов, связанных с моделью, при этом автоматически проставляются размеры и наносится маркировка. Необходимое оформление чертежей может быть настроено в соответствии с требованиями пользователя при помощи Диспетчера стилей чертежей.

Автоматическое создание изометрических видов на основании модели с широкими возможностями маркировки. Чертежи общих видов (планы, разрезы, виды, фрагменты) с возможностью автоматической простановки размеров и нанесения маркировки. Функция автоматизированного создания отдельных видов в ряде частных случаев (сложные детали, опирание колонны и т.д.). Гибкость в выборе средств управления отображением [18].

. КОМПАС-3D - система автоматизированного проектирования

КОМПАС является системой автоматизированного проектирования проектной документации, а также ее оформления согласно стандартам единой системы конструкторской документации (ЕСКД). Разработан российской компанией «АСКОН».

Поставляющаяся в одном из двух вариантов КОМПАС-График и КОМПАС-3D, данная система предназначена соответственно для двухмерного черчения и пространственного проектирования.

КОМПАС-График может входить в состав КОМПАС-3D в качестве модуля для работы с эскизами и чертежами, а может использоваться самостоятельно, полностью выполняя задачи двухмерного проектирования и создания соответствующей документации.

Система полностью поддерживает стандарты ЕСКД, при этом все ассоциативные виды пространственных моделей (включая разрезы и сечения, а также различные виды - местные, с разрывом, по стрелке, и пр.) автоматически генерируются КОМПАС-График, а все изменения в модели автоматически изменяются на чертеже. Шаблонные виды создаются в проекционной связи программой автоматически. Все данные чертежа (такие как геометрические размеры, наименование, масса и пр.) полностью синхронизированы с данными трехмерной модели. Входящее в систему огромное количество библиотек объектов, автоматизирует выполнение всевозможных специализированных задач.

Предназначенная для построения объемных ассоциативных моделей как изолированных узлов, так и полностью сборочных единиц, КОМПАС-3D помимо оригинальных, содержит стандартизированные конструктивные элементы. На основе спроектированного один раз прототипа можно быстро создавать модели самых различных типовых изделий.

Базирующаяся на разработанном АСКОН оригинальном ядре, система КОМПАС-3D дает возможность:

импортировать геометрию изделия во внешние расчетные пакеты;

- передавать геометрию в пакеты управляющих программ различного оборудования с ЧПУ;

импортировать либо экспортировать созданные модели благодаря поддержке форматов SAT, IGES, XT, VRML, STEP.

Моделировать изделия в КОМПАС-3D можно используя уже готовые компоненты («снизу вверх») либо создавая компоненты в контексте конструкций («сверху вниз»), либо комбинируя эти два способа. Такой подход обеспечивает легкую модификацию получаемых моделей.

Системе присуща функциональность, ставшая типовой для всех САПР подобного уровня:

булевы операции со стандартными формообразующими элементами;

построение поверхностей любых типов;

ассоциативное назначение параметров элементов;

создание различных вспомогательных элементов, создание эскизов и всевозможных пространственных кривых (всевозможных спиралей, ломаных сплайнов и т.д.);

конструирование ребер жесткости, фасок, отверстий, скруглений, тонкостенных оболочек и прочих конструктивных элементов,

облегчающие построение различных литейных форм (литейных уклонов, линий разъема, полостей) специальные возможности;

набор всех необходимых инструментов для создания различных деталей и их элементов из листового материала, а также сгибов, отверстий, штамповок, жалюзи, буртиков, различных вырезов, замыкания узлов, а, кроме того, дает возможность выполнять развертки в созданном листовом теле с возможностью формирования его ассоциативного чертежа;

построение практически любых массивов для компонентов сборки,

создание пользовательских библиотек или вставка их в модель из уже имеющегося готового набора;

взаимное размещение деталей, входящих в состав устройства, а также моделирование всей сборки;

наложение всевозможных сопряжений на элементы сборки, а имеющаяся возможность их автоматического наложения способна значительно увеличить скорость построения сборки;

быстрое обнаружение взаимопроникающих деталей;

специальные средства, упрощающие работу с большими конструкциями;

возможность быстрого редактирования не только отдельных деталей, но и всего проекта в целом при помощи характерных точек;

изменение на любом из этапов проектирования параметров элемента, вызывающее перестроение сразу же всей модели;

создание таблиц переменных в графических документах и моделях.

Для выполнения расчетов и анализа создаваемых изделий, системой КОМПАС 3D могут использоваться следующие модули:

кабели и жгуты 3D - приложение САПР КОМПАС-3D, основное предназначение которой - автоматизировать процесс 3D моделирования электрических кабелей и жгутов, а также создание документации на данные изделия.

Применение системы возможно в следующих областях:

приборостроение (как межприборный, так и внутриприборный монтаж), включая космическое или авиационное приборостроение;

машиностроение (монтаж различных видов цепей - силовых, управляющих и прочих), включая автотракторную и судостроительную промышленность;

создание зданий и сооружений (для проводки различных кабелей внутри них).

Система имеет следующие возможности:

формирование в автоматическом либо полуавтоматическом режиме трасс для пространственной прокладки в проектируемых изделиях кабелей и жгутов;

- автоматизированное расположение кабельных частей соединителей по их блочным или приборным частям;

автоматизированное создание объемных моделей кабелей, учитывая при этом количество и диаметр проложенных по трассам проводников;

автоматизированное создание в местах поворота трассы всевозможных скруглений, при этом программа автоматически рассчитывает условный диаметр кабеля ветви жгута;

автоматизированное создание сборочных чертежей жгута или кабеля;

автоматизированной создание уточнений к чертежам с вычислением длины всех проводников, а также количество всевозможных материалов;

автоматизированная простановка на готовом чертеже всех позиционных обозначений;

автоматизированное создание специфических объектов типа «сборочная единица» для любых видов жгутов или кабелей.

Базой данных для проводов и кабелей могут быть специальные текстовые файлы, входящие в состав приложения либо импортироваться из библиотеки материалов и сортаментов. Размеры, указанные на чертеже соответствуют размерам кабелей или жгутов, измеренным по координатам их моделей. При этом дополнительно учитывается общая длина всех проводников, включая запасы на монтаж или провисание, задаваемые пользователем еще в процессе формирования трасс.

Как созданный документ, так и трехмерная модель являются документами КОМПАС-3D и могут редактироваться либо дорабатываться пользователем вручную. Для открытия и редактирования эти документы могут передаваться на рабочие места, на которых система кабели и жгуты 3D может быть и не установлена.

Конструирование трубопроводов возможно как в ручном, так и в автоматическом или полуавтоматическом режимах. В ручном режиме возможно построение отдельных труб с сегментами, либо непрерывной трубы с заданными радиусами изгибов в поворотах трубы.

В автоматическом режиме построение происходит по объединяющим в себе несколько магистралей трассам, каждая из которых может объединять сразу несколько траекторий. Использование этого режима позволяет автоматически строить трубопроводы по траекториям, входящим в трассы, устанавливать тройники и отводы, а также выполнять разделку углов на выбранных стыках труб.

В полуавтоматическом режиме построение трубопровода осуществляется по сегментам траектории. При этом имеется возможность расстановки отводов, а также выполнение разделки углов выбранных стыков труб.

Применение библиотеки дает следующие возможности:

размещения элементов, с заданием каждому из них конкретного типа сопряжения;

построение на трубах врезок самых разных типов;

выполнение разделки углов выбранных стыков труб;

перестановка торцов труб;

редактирование диаметра и толщины стенок построенных труб.

3. КОМПАС-pring - система расчета и конструирования упругих элементов.

Применение модуля КОМПАС-Spring дает возможность выполнения как проектных, так и проверочных расчетов всех видов цилиндрических винтовых пружин на растяжение и сжатие. Кроме того, возможно выполнение аналогичных расчетов для пружин кручения и тарельчатых пружин. Результаты расчетов сразу же могут быть переведены в графический вид, создавая чертежи пружин, содержащие не только внешний вид, но и технические требования, диафрагмы усилий и деформаций, а также быть представлены в объемном виде.

Несмотря на то, что расчет выполняется при минимальном количестве исходных данных, программой гарантируется получение всех необходимых разработчику параметров при минимальной массе.

В ходе расчета возможно варьирование параметрами пружины с целью получения наилучшего варианта. При конкретном наборе исходных данных предлагается множество вариантов пружин, которые как можно более точно соответствуют требуемых критериям прочности и удовлетворяют изначально заданным условиям. Результаты расчетов можно либо сохранить, либо распечатать.

Создавая чертежи пружины можно также выбирать типы зацепов, автоматически наносить на них размеры, а также строить в автоматическом режиме различные выносные виды, а также всевозможные диаграммы.

Плюсы и минусы КОМПАС-3D.

К плюсам можно отнести следующие свойства:

программа очень легкая в изучении;

представляет собой «электронный кульман»;

данная программа разработана в нашей стране;

удобное оформление чертежей любой сложности согласно нормам, установленным ЕСКД;

имеются встроенные средства для трассировки трубопроводов, электрических кабелей, жгутов;

имеется встроенный модуль для создания электрических цепей;

система обладает широкими возможностями для параметризации объектов;

наличие улучшенного 2D модуля;

поддержка расчета упругих деталей;

наличие справки;

легкий и довольно удобный интерфейс.

Среди минусов отмечают:

затрудненное переобучение на другие, особенно «тяжелые» аналогичные системы;

несмотря на то, что чертить довольно легко, проектировать значительно сложней;

отсутствие кинематического, прочностного, температурного и частотного анализа;

система спецификации до конца не продумана;

крайне медленное развитие системы;

нет возможности выполнять эргономические расчеты;

весьма скромные возможности для создания фотореалистичных изображений;

сложность и дороговизна модифицирования системы под собственные нужды;

слабая система поверхностного моделирования;

отсутствие инструментов для резервирования объемов;

некоторые проблемы при импортировании моделей из других CAD.

На основании проведенного анализ можно сделать вывод, что Компас представляет собой прекрасное решение для автоматизирования процесса создания чертежей. Как показывает практика, данная система, по сравнению с аналогами, довольно проста для изучения, даже если пользователь до этого в своей работе использовал только кульман.

Проектирование металлоконструкций это трудный и наукоемкий процесс, требующий высокой квалификации инженеров.

Для проектирования металлоконструкций необходимо обладать большим количеством знаний. Для того, чтобы создать чертежи конструкций имеется штат специалистов, которые имеют богатую практику и профильное образование, что позволяет им использовать по максимуму возможности этих технологий. При проектировании учитываются мельчайшие детали как каждого элемента в отдельности, так и всей системы в целом. Большое внимание уделяется надёжности крепежа и прочности, потому что от этого зависит безопасность людей [6].

При проектировании используются компьютерные технологии CAD/CAM/CAE, что позволяет достичь максимального контроля качества продукции на всех этапах - от производства до монтажа металлоконструкций.

Однако проектирование заключается не только в создании стандартных и типовых решений, на которые уже имеются готовые наборы документации. Возможно, спроектировать нетиповую конструкцию [8].

. AutoCAD с приложением «СПДС GraphiCS». Аббревиатура "СПДС" расшифровывается как "система проектной документации для строительства".

Существует ГОСТ Р 21.1001-2009 и содержит он правила оформления проектной и рабочей строительной документации.

После установки СПДС GraphiCS, на рабочем пространстве автокад появ-ляется панель инструментов, позволяющая выполнить такие функции, как:

отрисовка отдельных координационных осей, ортогональных и полярных массивов;

простановка и выравнивание отметок уровня;

отрисовка различных типов выносок (позиционная, гребенчатая, многослойная и т.д.) с возможностью задания в тексте выноски специальных символов, таких как металлопрокат, катет сварного шва, уклоны, прописные и строчные буквы греческого алфавита;

простановка обозначений видов, разрезов, сечений;

указание технических требований и характеристик;

отрисовка линейных, криволинейных линий обрывов и разрывов со скрытием части оборванной или разорванной геометрии;

отрисовка граничной штриховки, теплоизоляции, гидроизоляции и границы грунта;

простановка неразъемных соединений и отрисовка сварных швов различных типов (угловые, стыковые заводские и монтажные);

простановка площади помещения с автоматическим определением ее значения по замкнутому контуру; маркировка помещения с возможностью получения экспликации помещений;

отрисовка готовых форматов и таблиц по ГОСТ с возможностью их редактирования и создания пользовательских форматов и таблиц; конвертирование таблиц AutoCAD.

По результатам анализа можно сделать вывод, что СПДС GraphiCS является одним из лучших решений для оформления чертежей КМД, чертежи становятся аккуратными и правильными, а работа с этим приложением проста и удобна.

.4 Методы проектирования металлоконструкций

Поскольку в качестве исполнителя в случае применения САПР выступает система «человек - машина», в которую входят конструктор и вычислительная машина, требования к исполнителю представляют собой совокупность требований к ее составным частям.

К конструктору предъявляются следующие требования:

владение используемыми программно-аппаратными средствами;

владение доступными базами данных;

соответствие уровню квалификации;

владение заданием на разработку.

Вычислительная машина должна отвечать таким требованиям:

аппаратная часть должна соответствовать необходимому уровню быстродействия;

входить в локальную вычислительную сеть;

быть подключенной к устройствам ввода вывода, хранения и обработки информации, соответствующим требованиям инфраструктуры.

Требования к инструментарию и инфраструктуре неразрывно связаны с применяемыми в конкретных системах автоматизированного проектирования организационно-техническими решениями. Поэтому целесообразно к каждому требованию приводить необходимые решения, посредством которых оно реализуется непосредственно в составе САПР или в виде дополнительного компонента инструментария либо инфраструктуры:

автоматизированное хранение, воспроизведение, копирование результатов труда конструктора;

электронный характер носителя (в виде файла);

автоматизированный документооборот (файловое хранилище);

автоматизация процесса проектирования: наличие на рабочем месте комплекта программного обеспечения и его соответствие выполняемым задачам;

возможность совместной работы и совместного доступа к информации;

объединение рабочих станций пользователей в локальную вычислительную сеть, единое, структурированное хранилище информации;

совместимость версий программного обеспечения внутри локальной сети;

единые правила (регламенты) создания и хранения элементов информации;

возможность обработки и вывода информации на неэлектронные носители;

системы вывода информации на печать (печатающие устройства - принтеры и плоттеры);

системы обработки бумажных носителей (сканеры и соответствующее ПО);

возможность автоматизированного использования стандартных, покупных, заимствованных изделий: формирование информационного пространства [4].

В таблице 1.2 представлено сравнение методов проектирования металлоконструкций.

Таблица 1.2 - Сравнение методов проектирования металлоконструкций

МетодНеавтоматизированное проектированиеАвтоматизированное двумерное проектированиеАвтоматизированное трехмерное проектированиеОсобенности, обусловленные характером (природой) исполнителяИсполнительЧеловекСистема «человек - машина»Система «человек - машина»Природа изделия (результата труда конструктора)ФизическаяЭлектроннаяЭлектроннаяПервичный результат трудаЧертеж (эскиз) изделияДвумерная модель (электронный чертеж)Трехмерная параметрическая модель изделияСущность трудового процессаНепосредственное нанесение совокупности линий на физический носитель информации (бумагу)Опосредованное построение плоской геометрии на электронной эмуляции носителя (листа) путем задания параметров стандартизованных элементов геометрии (для прямой - точки начала и конца, для окружности - центр и радиус и т.д.)Опосредованное построение трехмерной геометрии путем формирования пространственных элементов конструкции на основании стандартизованных методов виртуального формообразованияСпособ формирования конструкторской документацииНепосредственный, путем ручного изготовленияАвтоматизированный, путем опосредованного формирования электронной версии и выведения на требуемый носительАвтоматизированный, путем автоматизированной генерации плоской геометрии, автоматизированного оформления и вывода на требуемый носительЭлементарный объект трудаНепосредственное построение линии (точки) на чертежеЗадание параметров линии (точки) электронной геометрииСоздание трехмерного примитива (элементарной трехмерной геометрии из набора инструментов трехмерных САПР)Особенности восприятияНеобходимость преобразования воспринимаемых трехмерных объектов в их плоские проекцииВозможность создавать трехмерные телаВозможности по обнаружению и устранению ошибок проектированияТолько путем визуального анализа проекцийПутем визуального анализа проекций и путем контроля геометрии на этапе нанесения размеровВозможность визуального анализа целостной трехмерной модели, а также средства автоматизированной проверки на предмет пересечения телВозможности использования продукта труда для дальнейших автоматизированных расчетовТолько как материал для формирования модели изделия в соответствующих программных продуктах. То есть в расчетных пакетах будет использоваться не первичная информация, а модель, сформированная на ее основеШирокие возможности для проведения предварительных расчетов в процессе разработки внутри самой САПР, а также путем экспорта параметрической модели, возможность ее непосредственного использования в других программных продуктахОсобенности, обусловленные инфраструктуройВозможность использования стандартных и заимствованных изделий при разработке текущего элемента КДТолько путем физического переноса геометрииЕсть. Путем использования электронной копии заимствованной геометрии и базы геометрий стандартных деталейВозможности непосредственного использования продукта труда для процессов подготовки производстваТолько для неавтоматизированной разработкиОграничена существующими проекциямиНаиболее полнаяВозможность работы в группе (организация параллельной разработки)Ограничена, ввиду невозможности обеспечения единого информационного пространства для членов группы (ввиду сложности синхронизации информации)Неполная по причине ограниченных возможностей по синхронизации между базовыми и дочерними документамиНаиболее полная как с отдельными файлами, так и с помощью специальных средств документооборота

В целях дальнейшего повышения производительности труда конструктора в целом, а в частности для удовлетворения потребностей пользователя в получении предельно полной, достоверной и актуальной информации, необходимой для осуществления того или иного этапа проектирования, создается информационной пространство.

Решение задач, связанных с формированием единого достаточного информационного пространства в рамках предприятия, осуществляется путем создания и обслуживания информационных баз предприятия, целью которых являются:

сбор всей совокупности информации в виде форм, документов и технических решений, обеспечивающей необходимый и достаточный для осуществления выбранного направления проектирования уровень информационного обеспечения;

систематизация полученной информации, обеспечивающая допустимый (минимальный) уровень трудозатрат на поиск требуемой информации, а также на реализацию найденной информации в виде вновь разработанных технических решений.

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СОЗДАНИЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ КОНТЕЙНЕРА

Металлоконструкции широко используются во многих областях человеческой деятельности, причем большое многообразие их топологий и значений параметров является одной из причин недостаточной унификации, что приводит к высокой трудоемкости проектирования. Современные системы автоматизированного проектирования позволяют в значительной степени повысить эффективность проектирования металлоконструкций, однако практическое отсутствие методик создания унифицированных металлоконструкций не позволяет использовать все преимущества автоматизированного проектирования.

Создаваемая металлоконструкция может быть как отдельным машиностроительным изделием, так и входить в состав какой-либо его сборочной единицы. В первом случае конфигурация и геометрические параметры металлоконструкции определяются разработчиком на основании выполнения конструкторских проработок. Во втором случае топология и параметры металлоконструкции чаще всего зависят от размеров и положения других деталей и сборочных единиц машиностроительного изделия. Поэтому для разработки проекта металлоконструкции необходимо разместить эти детали и сборочные единицы в соответствии с выполняемыми ими функциями в изделии. Современные системы автоматизированного проектирования, использующие методы трехмерного моделирования позволяют достаточно просто выполнить компоновку изделия [20].

.1 Библиотека Металлоконструкции 3D

Библиотека Металлоконструкции 3D предназначена для автоматизации работ по проектированию металлоконструкций и каркасных сооружений из профиля металлопроката.

При помощи библиотеки можно выполнять следующие виды работ:

Создание металлоконструкций

определение параметров металлоконструкции и выбор сортамента;

определение положения металлоконструкции в пространстве;

выбор способов обработки деталей;

управление свойствами металлоконструкции.

Корректировка длины деталей, принадлежащих одной или нескольким металлоконструкциям, путем отсечения или удл

отсечение или удлинение деталей до плоскостей;

выполнение угловой и стыковой разделки торцов деталей;

построение отступов торцов деталей металлоконструкций от узлов образующих.

. Проектирование фасонок, соединяющих детали одной или нескольких металлоконструкций.

Создание металлоконструкций осуществляется в документе типа Сборка (файл формата *.a3d) системы КОМПАС-3D.

В комплект поставки библиотеки входит контейнер шаблонов <javascript:void(0);>, который содержит модели используемых профилей. Все профили спроектированы в соответствии с отечественными стандартами (ГОСТ, ТУ и т. д.).

Компактная панель библиотеки Металлоконструкции 3D включает в себя три панели инструментов:

построение деталей металлоконструкций - содержит кнопки, предназначенные для вызова команд построения и редактирования металлоконструкций в соответствии с рисунком 2.1.

Рисунок 2.1 - Построение деталей металлоконструкции

обработка деталей металлоконструкций - содержит кнопки, предназначенные для вызова команд управления способами обработки различных участков металлоконструкций в соответствии с рисунком 2.2.

Рисунок 2.2 - Обработка деталей металлоконструкций

сервис - содержит кнопки, предназначенные для вызова сервисных команд в соответствии с рисунком 2.3.

Рисунок 2.3 - Сервис

Чтобы включить компактную панель библиотеки, вызовите со страницы главного меню вид команду «Панели инструментов» и в открывшемся меню панелей щелкните мышью по названию панели Металлоконструкции 3D. Название панели будет отмечено «галочкой», панель появится на экране.

Общие сведения

Для успешного освоения библиотеки Металлоконструкции 3D рекомендуется ознакомиться со следующими понятиями и определениями:

. Основные понятия:

контейнер шаблонов предназначен для хранения параметризованных

моделей всех профилей, используемых библиотекой Металлоконструкции 3D. Контейнер включает в себя файл сборки Framing Conteiner.a3d и файлы моделей деталей, входящие в состав сборки;

металлоконструкция (Экземпляр металлоконструкции) - модель, созданная на основе одной одиночной образующей или одной группы образующих;

набор сортаментов - множество сортаментов, выбранных из контейнера шаблонов в соответствии с каким-либо признаком;

общий узел - это точка, принадлежащая нескольким образующим;

позиционирующие точки - точки на сечении профиля, через которые может проходить образующая. Каждое сечение имеет свой набор таких точек, одна из которых является центром тяжести сечения;

текущим набором сортаментов называется тот набор сортаментов, экземпляры которого могут быть использованы для построения металлоконструкций.

. Контейнер шаблонов:

Контейнер шаблонов предназначен для хранения параметризованных моделей всех профилей, используемых библиотекой Металлоконструкции 3D. Контейнер содержит файл сборки Framing Conteiner.a3d и файлы моделей деталей, входящие в состав сборки.

. Образующая:

Образующая - это графический примитив, предназначенный для построения на его основе металлоконструкции. В качестве образующих могут быть использованы:

ребра деталей;

сегменты ломаной;

сегменты замкнутого контура;

пространственные кривые;

плоские кривые;

ребра тел и поверхностей.

Образующие классифицируются по наличию общих узлов. Общий узел - это точка, принадлежащая нескольким образующим. Образующие, имеющие общие узлы, называются группой образующих. Образующие, не имеющие общих узлов, называются одиночными образующими.

. Опорные точки:

Деталь металлоконструкции может быть построена по двум точкам, ограничивающим ее длину. Эти точки называются опорными. Через опорные точки библиотекой автоматически строится прямолинейная образующая <javascript:void(0);>, которая служит основой создаваемой детали.

Создание металлоконструкций

Чтобы получить доступ к командам построения металлоконструкций, нужно открыть соответствующую группу библиотечных команд или активировать панель инструментов «Построение деталей металлоконструкций <javascript:void(0);>», нажав на компактной панели кнопку. На панели инструментов появятся кнопки вызова команд, названия и назначение которых приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Построение деталей металлоконструкций

КомандаНазначениеКонструкция по образующим <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_makeframing_1.htm>Построение металлоконструкции на основе прямолинейных образующих.Профиль по точкам <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_makeframing_2.htm>Построение металлоконструкции по точкам, ограничивающим ее длину.Профиль по кривой <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_makeframing_3.htm>Построение металлоконструкции на основе криволинейных образующих.Фасонка <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_overlay.htm>Построение фасонок.Ребро жесткости <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_edge.htm>Построение ребер жесткости.Редактировать <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_editframing_.htm>Изменение параметров металлоконструкций и фасонок, созданных средствами Библиотеки.

1. Конструкция по образующим: библиотечная команда «Конструкция по образующим» предназначена для проектирования металлоконструкций на основе прямолинейных образующих <javascript:void(0);>. Вызовите библиотечную команду «Конструкция по образующим». На экране появится панель свойств. Она содержит вкладки, названия и назначение которых приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Конструкция по образующим

ВкладкаНазначениеПараметры <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_paramframing.htm>Определение параметров металлоконструкции и построение ее моделиОриентация <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_orientframing.htm>Определение положения металлоконструкции в пространствеОбработка <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_processingframing.htm>Выбор способов обработки деталей, входящих в металлоконструкциюСвойства <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_propetiesframing.htm>Определение свойств металлоконструкции

Вкладка «Параметры панели свойств» содержит элементы управления, предназначенные для определения параметров металлоконструкции и построения ее модели в соответствии с рисунком 2.4.

Рисунок 2.4 - Определение параметров и построение конструкции

Ориентация - положение элементов металлоконструкции в пространстве может быть изменено относительно своей первоначальной позиции. Элементы, предназначенные для управления положением металлоконструкции в пространстве, расположены на вкладке «Ориентация». Текущий набор элементов управления на панели свойств зависит выполняемой операции. Полный набор элементов и их назначение приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Определение положения элементов металлоконструкции в пространстве

КомандаНазначениеВыбор точки <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_selectpointforming.htm>Выбор позиционирующей точки.Обычный профиль <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_mirror.htm>Зеркальное отображение элементов металлоконструкции.Зеркальный профиль <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_mirror.htm>Угол поворота <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_rotation_1.htm>Поворот элементов металлоконструкции вокруг образующей на угол произвольной величины.Плоскость <javascript:void(0);>Управление режимом выбора плоскости.Под углом к плоскости <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_rotation_2.htm>Поворот элементов металлоконструкции вокруг образующей на угол, заданный от указанной плоскости.Параллельно плоскости <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_rotation_paral.htm>Поворот элементов металлоконструкции вокруг образующей до положения, параллельного выбранной плоскости.Перпендикулярно плоскости <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_rotation_perp.htm>Поворот элементов металлоконструкции вокруг образующей до положения, перпендикулярного выбранной плоскости.Прямая ориентация <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_rotate180.htm>Поворот элементов металлоконструкции вокруг образующей на 180° относительно текущего положения.Обратная ориентация <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_rotate180.htm>На расстояние от образующей <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_displacementgor.htm>Смещение элементов металлоконструкции вдоль горизонтальной оси поперечного сечения профиля.На расстояние от образующей <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_displacementvert.htm>Смещение элементов металлоконструкции вдоль вертикальной оси поперечного сечения профиля.

Вкладка «Обработка панели свойств» содержит элементы, с помощью которых можно управлять способами обработки различных участков металлоконструкций. Текущий набор элементов управления на панели свойств зависит от выполняемой операции. Полный набор элементов и их назначение приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Определение способов обработки деталей

КомандаНазначениеУгловая разделка <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_processingframingang_1.htm>Выполнение угловой разделки элементов металлоконструкции.Стыковая разделка 1 <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_processingframingang_2.htm>Выполнение стыковой разделки элементов металлоконструкции.Стыковая разделка 2 <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_processingframingang_2.htm>Без разделкиПостроение элементов металлоконструкции без разделки.Разными деталями <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_divisionframing.htm>Деление прямолинейных участков металлоконструкции на детали.Деталями заданной максимальной длины <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_divisionframing_1.htm>Деление прямолинейных участков металлоконструкции на детали заданной длины.Одной деталью <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_associationframing.htm>Объединение прямолинейных участков металлоконструкции.Симметричный отступ <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_symmetricspace.htm>Построение симметричных отступов от узлов образующих.Несимметричный отступ <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_nosymmetricspace.htm>Построение несимметричных отступов от узлов образующих.Попарно разностороннее расположение <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_nosymmetricspace_1.htm>Построение несимметричных отступов относительно четных и нечетных общих узлов образующих.Попарно одностороннее расположение <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_nosymmetricspace_2.htm>Построение несимметричных отступов относительно каждых четных и нечетных узлов образующих.Без отступаПостроение элементов металлоконструкции без отступов.

. Профиль по точкам: библиотечная команда «Профиль по точкам»

предназначена для построения деталей из профиля металлопроката по двум точкам, ограничивающих длину деталей - опорным точкам. Вызовите библиотечную команду «Профиль по точкам». На экране появится панель свойств. Она содержит вкладки, названия и назначение которых приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Построение металлоконструкции по точкам

ВкладкаНазначениеПараметры <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_paramframing_2.htm>Определение параметров металлоконструкции.Ориентация <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_orientframing_2.htm>Определение положения металлоконструкции в пространстве.Свойства <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_propetiesframing_2.htm>Определение свойств металлоконструкции.

. Построение по кривой: библиотечная команда «Профиль по кривой» предназначена для проектирования металлоконструкций на основе криволинейных образующих.

4. Фасонка: библиотечная команда «Фасонка» предназначена для точного построения фасонок - деталей, соединяющих несколько деталей одной или нескольких металлоконструкций, построенных с помощью команд «Конструкция по образующим <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_makeframing_1.htm>» и «Профиль по точкам <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_makeframing_2.htm>». Средствами библиотеки Металлоконструкции 3D могут быть созданы прямоугольные, N-угольные фасонки, а также фасонки произвольной формы. Вызовите команду «Фасонка». На экране появится панель свойств. Она содержит вкладки, названия и назначение которых приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.6 - Построение фасонок

ВкладкаНазначениеПараметры <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_overlayparam.htm>Определение параметров фасонки и построение ее модели.Свойства <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_overlayprop.htm>Определение свойств фасонки.

Элементы управления, предназначенные для определения параметров и построения фасонок, расположены на вкладке «Параметры». Набор элементов управления на панели свойств зависит от типа проектируемой фасонки. Полный набор элементов и их назначение приведен в таблице 2.7.

металоконструкция контейнер фасонка

Таблица 2.7 - Набор элементов для построения фасонок

КомандаНазначениеКопировать свойства и параметрыКопирование свойств и параметров фасонок, созданных ранее.N-угольная фасонкаВыбор типа проектируемой фасонки.Прямоугольная фасонкаПользовательский эскиз фасонкиПлоскость фасонкиУправление режимом выбора плоскости для построения эскиза фасонки.Опорные деталиУправление режимом выбора деталей, соединяемых фасонкой.Эскиз фасонкиВыбор эскиза для построения фасонки произвольной формы.Выбор экземпляра сортаментаВыбор экземпляра сортамента для построения фасонки из Корпоративного справочника Материалы и Сортаменты (библиотеки Материалы и Сортаменты).Прямое направлениеИзменение направления построения фасонки относительно плоскости эскиза.Обратное направлениеИзменить параметры эскизаРедактирование параметров эскиза проектируемой фасонки.Редактировать эскизРедактирование эскиза фасонки средствами КОМПАС-3D.Изменить положение (шаг вперед)Перебор возможных вариантов положения и размеров прямоугольной фасонки.

5. Библиотечная команда «Ребро жесткости» предназначена для построения ребер жесткости на гранях деталей металлоконструкций, построенных с помощью команд «Конструкция по образующим <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_makeframing_1.htm>» и «Профиль по точкам <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_makeframing_2.htm>». При помощи библиотеки Металлоконструкции 3D могут быть созданы многоугольные, треугольные ребра жесткости, а также ребра жесткости произвольной формы. Вызовите команду «Ребро жесткости», на экране появится панель свойств. Она содержит вкладки, названия и назначение которых приведены в таблице 2.8.

Таблица 2.8 - Ребро жесткости

ВкладкаНазначениеПараметры <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_edgeparam.htm>Определение параметров ребра жесткости и построение его модели.Свойства <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_edgeprop.htm>Определение свойств ребра жесткости.

Элементы управления, предназначенные для определения параметров и построения ребер жесткости, расположены на вкладке «Параметры». Набор элементов управления на панели свойств зависит от типа проектируемого ребра. Полный набор элементов и их назначение приведены в таблице 2.9.

Таблица 2.9 - Определение параметров и построение ребер жесткости

Название командыНазначениеКопировать свойства и параметрыКопирование свойств и параметров ребер жесткости, созданных ранее.Многоугольное реброВыбор типа проектируемого ребра жесткости.Треугольное реброПользовательский эскиз ребраВыбор экземпляра сортаментаВыбор экземпляра сортамента для построения ребра жесткости из Корпоративного справочника Материалы и Сортаменты (библиотеки Материалы и Сортаменты).Средняя плоскость Изменение направления построения ребра жесткости относительно плоскости эскиза.Прямое направлениеОбратное направлениеИзменить параметры эскизаРедактирование параметров эскиза проектируемого ребра жесткости.Редактировать эскизРедактирование эскиза ребра жесткости средствами КОМПАС-3D.Сдвинуть в обратном направленииПеребор возможных вариантов положения и размеров многоугольного или треугольного ребра жесткости в зависимости от геометрических параметров и взаимного положения выбранных граней.Расположить по центруСдвинуть в прямом направлении

Чтобы зафиксировать результат выполнения библиотечной команды «Ребро жесткости», нажмите кнопку «Создать объект».

Обработка деталей металлоконструкций

Чтобы получить доступ к командам выбора способов обработки деталей металлоконструкций, раскройте соответствующую группу библиотечных команд или активируйте панель инструментов «Обработка деталей металлоконструкций <javascript:void(0);>», нажав на компактной панели кнопку . Панель инструментов содержит кнопки вызова команд, название и назначение которых приведены в таблице 2.10.

Таблица 2.10 - Обработка деталей металлоконструкций

КомандаНазначениеИзменить длину <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_cuttingspace.htm>Изменение длины деталей металлоконструкций.Отсечь/Удлинить по плоскости <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_cutlang.htm>Изменение длины деталей металлоконструкций путем их отсечения или удлинения до одной или нескольких плоскостей.Угловая разделка <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_angularcutting.htm>Угловая разделка торцов деталей, принадлежащих одной или нескольким металлоконструкциям.Стыковая разделка <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_jointcutting.htm>Стыковая разделка торцов деталей, принадлежащих одной или нескольким металлоконструкциям.

. Библиотечная команда «Изменить длину» предназначена для изменения длины деталей металлоконструкций относительно узлов образующих путем построения отступов. Отступы могут быть:

несимметричными, т.е. неодинаковыми.

. Библиотечная команда «Отсечь/Удлинить» по плоскости предназначена для изменения длины деталей, принадлежащих одной или нескольким металлоконструкциям. Границами для изменения длины деталей могут служить одна или несколько плоскостей. Прежде чем произойдет перестроение, библиотекой будет произведен анализ положения середин деталей относительно указанных плоскостей. В зависимости от результатов анализа и выбранного варианта перестроения будет зависеть итог выполнения команды.

. Библиотечная команда «Угловая разделка» предназначена для выполнения угловой разделки торцов деталей, принадлежащих одной или нескольким металлоконструкциям. Угловая разделка может быть выполнена:

без отступов от точки пересечения образующих;

с симметричным отступом от точки пересечения образующих;

с несимметричным отступом от точки пересечения образующих.

4. Библиотечная команда «Стыковая разделка» предназначена для выполнения стыковой разделки торцов деталей, принадлежащих одной или нескольким металлоконструкциям. При построении стыковой разделки одна деталь будет формообразующей <javascript:void(0);>, а остальные - редактируемыми <javascript:void(0);>. Чтобы выполнить стыковую разделку, нужно выполнить следующие действия:

Нажмите на панели свойств кнопку «Стыковая разделка». На панели появятся дополнительные кнопки, предназначенные для вызова команд, названия и назначение которых приведены в таблице 2.11.

Таблица 2.11 - Стыковая разделка торцов деталей

КомандаНазначениеРедактируемые деталиУправление режимом выбора редактируемых деталей.Формообразующая детальУправление режимом выбора формообразующей детали.Автоматический выбор результата Управление режимом выбора отсекаемых частей.Визуальный выбор результата

Если кнопка нажата (подсвечена) - режим включен, если кнопка отжата (не подсвечена) - режим выключен.

. Выберите детали, подлежащие редактированию. Для этого включите режим выбора редактируемых деталей и укажите детали в документе КОМПАС-3D. Обозначения деталей появятся в списке, находящемся на панели редактируемые детали. Чтобы удалить деталь из списка, укажите строку с обозначением детали и нажмите кнопку «Исключить из списка».

. Выберите формообразующую деталь. Для этого включите режим

выбора формообразующей детали и укажите деталь в документе КОМПАС-3D. Обозначение формообразующей детали появится в поле «Формообразующая деталь».

3. Выберите режим выбора отсекаемых частей <mk:@MSITStore:C:\Program%20Files%20(x86)\ASCON\KOMPAS-3D%20V14\Libs\Framing\Framing.chm::/fr_hlp_jointmode.htm>. Для этого нажмите одну из кнопок: «Автоматический выбор результата» или «Визуальный выбор результата». По умолчанию включен режим автоматического выбора.

. Чтобы зафиксировать результат выполнения команды «Стыковая

разделка», нажмите кнопку «Создать объект».

Методика создания металлоконструкции каркаса контейнера

Рассмотрим пошаговую разработку каркаса блок - контейнера с помощью металлоконструкций:

. В документе сборка в плоскости XY создаем параметризованный

эскиз каркаса панели основания, длину задаем через переменную l, ширину через переменную l11; так как расстояние между крайними поперечинами одинаковое, поэтому его задаем как l1=l2, между остальными поперечинами от l3 до l10. Эскиз каркаса панели основания представлен на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Параметризованный эскиз каркаса панели основания

. Заходим в библиотеку Металлоконструкции 3D, выбираем команду

«Конструкция по образующим», выбираем нужный сортамент: для боковин - «Профиль балки основания», для поперечин - «Корытный профиль». Выбор сортамента представлен на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 - Выбор сортамента

. В библиотеке Металлоконструкции 3D активируем панель «Обработка деталей металлоконструкций». Выбираем команду «Изменить длину» - несимметричный отступ, задаем необходимый отступ, а на свободное место вставляем готовые фитинги и делаем сопряжения с балками основания в соответствии с рисунком 2.7.

Рисунок 2.7 - Вставка фитингов

. Выбираем другие плоскости и строим эскизы боковых стен, в которых высоту задаем через переменную m, длину через переменную l, ширину через переменную l11. Пример одного из эскизов представлен на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 - Пример эскиза боковой стены

. Заходим в библиотеку Металлоконструкции 3D, выбираем команду

«Конструкция по образующим», выбираем сортамент - Уголок неравнополочный в соответствии с рисунком 2.9.

Рисунок 2.9 - Выбор сортамента

. Для построения каркаса панели покрытия проделаем тоже самое, что указано в пунктах 2 (кроме поперечин) и 3, а также сделаем сопряжения угловых стоек с фитингами панели покрытия и получим каркас блок - контейнера в соответствии с рисунком 2.10.

Рисунок 2.10 - Каркас блок - контейнера

Полученный каркас имеет размеры: длина l=6058 мм, ширина l11=2438 мм, высота m=2100 мм. Если в команде Переменные прописать длину l=7000 мм, ширину l11=3500 мм, высоту m=3000 мм и нажать Перестроить модель, то каркас перестроится не развалившись. Каркас блок - контейнера после изменения параметров представлен на рисунке 2.11.

Рисунок 2.11 - Каркас блок - контейнера после изменения параметров

Возможности современных систем автоматизированного проектирования металлоконструкций позволяют выполнять все необходимые конструкторские работы, такие как: определение параметров металлоконструкции и выбор сортамента, определение положения элементов металлоконструкции в пространстве, выбор способов обработки деталей, отсечение или удлинение деталей, выполнение требуемой разделки торцов деталей, построение отступов торцов деталей, автоматическое создание спецификаций, ассоциативно связанных с моделями чертежей. Предложенная методика позволяет обеспечивать оперативную модификацию изделий, в которых используются металлоконструкции, с малыми затратами создавать параметрические библиотеки металлоконструкций и, как показали проведенные исследования и разработки, значительно сократить (иногда в десятки раз) трудоемкость автоматизированного проектирования.

3. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ИНЖЕНЕРНОГО АНАЛИЗА МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ КОНТЕЙНЕРОВ

Основанием для расчета является необходимость определения напряжений и деформаций элементов конструкции каркаса при рабочих нагрузках в процессе эксплуатации и в процессе подъема конструкции при ее транспортировании.

Целью и назначением расчета является нахождение рациональных параметров элементов каркаса, обеспечивающих допустимые прочностные характеристики и деформации элементов каркаса. Для достижения поставленной цели необходимо было решить задачи определения распределения напряжений и деформаций в металлических элементах каркаса при рабочих нагрузках и при подъеме каркаса в процессе транспортных операций.

Выполнены несколько вариантов расчета напряженно-деформированного состояния каркаса изделия при основном сочетании нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации, а также расчет напряженно-деформированного состояния каркаса изделия при подъеме каркаса при осуществлении транспортных операций, что позволило определить рациональные схему и параметры каркаса.

Расчет проводился с помощью модуля APM Structure3D программного продукта «CAD/CAE Система автоматизированного расчета и проектирования конструкций» разработки НТЦ АПМ, имеющего сертификат соответствия № РОСС RU.СП 15.Н00086 требованиям следующих нормативных документов:

СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия;

СНиП II-7-81 Строительство в сейсмических районах;

СНиП II-23-81 Стальные конструкции;

СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений.

.1 Разработка расчетной модели изделия «Каркас»

Модель конструкции каркаса создана в соответствии с чертежами и включает в свой состав рамную конструкцию, состоящую из профилей, предложенных заказчиком, и стальных пластин на основании и крыше, а также объемное основание, моделирующее бетонную стяжку под рамой каркаса [12]. На рисунке 3.1 показана полученная трехмерная модель изделия, а на рисунке 3.2 - модель с основанием

а)

б)

Рисунок 3.1 - Модель каркаса:

а)- модель в виде профилей; б)- модель с пластинами

Рисунок 3.2 - Модель каркаса с основанием

Профили сечений приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 Профили сечений

Наименование профиляПараметры сеченияПрофиль каркаса нижнийПрофиль каркаса верхнийПрофиль стойки вертикальнойU-образный профиль крышиПрофиль лаги верхнейПрофиль лаги нижней

Схема распределения сечений в каркасе приведена на рисунке 3.3.

Рассмотрены следующие варианты параметров профилей сечений каркаса:

толщина всех сечений профилей 3мм, материал конструкционная сталь обыкновенного качества Ст 3, имеющая механические свойства:

предел текучести 235 МПа;

модуль Юнга 200000 МПа;

коэффициент Пуассона 0.3;

плотность 7 800 кг/м3;

толщина профиля по периметру нижнего основания и стоек 4мм, остальных сечений 3мм, материал нержавеющая сталь 08Х18Н10, имеющая механические свойства:

предел текучести 205 МПа;

модуль Юнга 210000 МПа;

коэффициент Пуассона 0.3;

плотность 7 800 кг/м3.

Рисунок 3.3 - Распределение поперечных сечений элементов конструкции

.2 Нагрузки, приложенные к конструкции

Рассмотрены 2 режима нагрузок, действующих на конструкцию изделия.

Первый режим соответствует нагрузкам, действующим на конструкцию в процессе эксплуатации изделия с учетом массы оборудования и массы воды в емкости, расположенной в каркасе, а также снеговой и ветровой нагрузки.

Второй режим соответствует нагрузкам, действующим при подъеме изделия при его транспортировке с учетом массы емкости, расположенной в каркасе.

В режиме эксплуатации изделия на конструкцию действуют следующие основные нагрузки:

.Собственный вес каркаса +10% (на фасонки, платики, сварные швы и т.д.);

. Собственный вес обшивки на стенах и крыше (SIP-панели) - 25 кг/м.п.

. Распределенная нагрузка от установленного внутри изделия оборудования и очищаемой воды, составляющая 19650 кг.

. Возможная снеговая нагрузка - 3кПа.

Для анализа принимается вариант, когда все вышеперечисленные нагрузки действуют одновременно. Схема нагрузок, действующих на конструкцию при эксплуатации приведена на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Схема нагрузок, действующих на конструкцию при эксплуатации

Для определения взаимодействия конструкции и бетонного основания создана модель фундамента на рисунке 3.5, обеспечивающая закрепление основания изделия.

Рисунок 3.5 - Модель основания

Для ограничения перемещения по горизонтальным осям X и Y установлены опоры по внешнему периметру. Соответственно по длине конструкции ограничения на перемещение по оси X, по торцам - запрет перемещения по Y.

По результатам статического расчета металлоконструкции определяются напряжения в элементах конструкции и их деформации, позволяющие установить рациональные параметры конструкции каркаса изделия.

В режиме подъема на конструкцию изделия действуют следующие нагрузки:

. Собственный вес каркаса +10% (на фасонки, платики, сварные швы и т.д.);

. Собственный вес обшивки на стенах и крыше (SIP панели) - 25 кг/м.п.;

. Вес емкости для воды, составляющий 1650 кг;

. Возможная снеговая нагрузка - 3 кПа.

Для анализа принимается вариант, когда все вышеперечисленные нагрузки действуют одновременно.

Подъем осуществляется за 4 точки по углам каркаса вверху. Для уравновешивания модели (так как оборудование размещено со смещением) принят вариант подъема конструкции с балансирными стропами.

Расчетная схема конструкции при подъеме показана на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 - Расчетная схема конструкции при подъеме

По результатам статического расчета изделия при подъеме в процессе его транспортирования и установки определяются напряжения в элементах конструкции и их деформации, позволяющие установить возможность разрушения всей конструкции или ее элементов в процессе подъема [14].

.3 Расчет напряженно-деформированного состояния конструкции

Проведение статического расчета выполняется в модуле расчета напряженно-деформированного состояния, устойчивости, собственных и вынужденных колебаний деталей и конструкций с использованием метода конечных элементов APM Structure3D (сертификат соответствия программной продукции в строительстве № РОСС RU.СП15.Н00086) [13].

На рисунках 3.7-3.13 показаны результаты расчета элементов конструкции при эксплуатации изделия в рабочем режиме при использовании всех профилей толщиной 3мм, выполненных из конструкционной стали обыкновенного качества Ст 3 (первоначальная конструкция изделия, предложенная заказчиком).

Рисунок 3.7 - Картина распределения напряжений в конструкции (представление в виде стержней)

Рисунок 3.8 - Картина распределения напряжений в вертикальной стойке (представление в виде стержней)

Рисунок 3.9 - Картина распределения напряжений в конструкции (представление в виде профилей)

Рисунок 3.10- Картина распределения напряжений в вертикальной стойке, (представление в виде профилей)

Рисунок 3.11 - Картина распределения напряжений в сечении профиля верхнего в средней точке балки

Рисунок 3.12- Картина распределения напряжений в сечении профиля вертикальной стойки в верхней точке балки

Рисунок 3.13 - Картина деформаций конструкции под действием приложенных нагрузок

Таким образом, расчеты показали, что максимальные напряжения составили 357 МПа, а максимальный прогиб - 33,73 мм, что является недопустимым. Поэтому предложено увеличить толщину профилей и выполнить их из нержавеющей стали 08Х18Н10.

На рисунках 3.14-3.20 показаны результаты расчета элементов конструкции при эксплуатации изделия в рабочем режиме с толщиной профиля нижнего, лага нижнего и стойки вертикальной 4мм, а всех остальных профилей (расположенных на крыше) с толщиной 3мм.

Рисунок 3.14 - Картина распределения напряжений в конструкции (представление в виде стержней)

Рисунок 3.15 - Картина распределения напряжений в вертикальной стойке (представление в виде стержней)

Рисунок 3.16 - Картина распределения напряжений в конструкции (представление в виде профилей)

Рисунок 3.17 - Картина распределения напряжений в вертикальной стойке (представление в виде профилей)

Рисунок 3.18 - Картина распределения напряжений в сечении профиля верхнего в средней точке балки

Рисунок 3.19 - Картина распределения напряжений в сечении профиля вертикальной стойки в верхней точке балки

Рисунок 3.20 - Картина деформаций конструкции под действием приложенных нагрузок

Максимальные напряжения составили 297 МПа, максимальный прогиб 31,48 мм, что недопустимо.

Причиной этого является большая величина пролета верхних профилей каркаса. Поэтому предложено установить в середине пролета 2 стойки из швеллера 150*55мм толщиной 4мм.

На рисунках 3.21-3.28 показаны результаты расчета элементов конструкции при эксплуатации изделия в рабочем режиме с толщиной профиля нижнего, лага нижнего и стойки вертикальной 4мм, 2-х стоек вертикальных из швеллера 150*55*4мм, всех остальных профилей толщиной 3 мм.

Рисунок 3.21 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками (швеллер 150х55х4) (представление в виде стержней)

Рисунок 3.22 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками (швеллер 150х55х4) (представление в виде профилей)

Рисунок 3.23 - Картина распределения напряжений в центральной части (участок с центральными стойками) (представление в виде профилей)

Рисунок 3.24 - Картина распределения напряжений в центральной части (участок с центральными стойками) вид снизу (представление в виде профилей)

Рисунок 3.25 - Картина распределения напряжений в угловой вертикальной стойке (представление в виде профилей)

Рисунок 3.26 - Картина распределения напряжений в сечении профиля верхнего в средней точке балки

Рисунок 3.27 - Картина распределения напряжений в сечении профиля вертикальной стойки в верхней точке балки

Рисунок 3.28 - Картина деформаций конструкции под действием приложенных нагрузок

Расчеты показали, что максимальные напряжения в элементах конструкции составили 54,44 МПа, а максимальный прогиб - 2,25 мм, что допустимо для заданного материала каркаса.

Таким образом, этот вариант каркаса является приемлемым для заданных условий.

Следующей задачей является проверка найденного варианта конструкции изделия при его подъеме для погрузки-выгрузки в процессе транспортирования и установки изделия.

На рисунках 3.29-3.32 показаны результаты расчета элементов такой конструкции при подъеме.

Рисунок 3.29 - Модель подъема без стяжек, с 2-мя центральными стойками

Рисунок 3.30 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками (швеллер 150х55х4) (представление в виде стержней)

Рисунок 3.31 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками (швеллер 150х55х4) (представление в виде профилей)

Рисунок 3.32 - Картина деформаций (представление в виде стержней)

В результате расчета максимальные напряжения составили 175.5 МПа (коэффициент запаса прочности составил 1.17, что является недостаточным), а максимальный прогиб составил 15.81 мм, что недопустимо.

Поэтому рассмотрены варианты конструкции со стяжками, которые могут быть установлены только в процессе подъема и установки изделия. Результаты расчетов представлены на рисунках 3.33-3.44.

Рисунок 3.33 - Модель подъема с 2-мя стяжками и с 2-мя центральными стойками

Рисунок 3.34 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками и стяжками (представление в виде стержней)

Рисунок 3.35 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками и стяжками (представление в виде профилей)

Рисунок 3.36 - Картина перемещений (прогиб), представление в виде стержней

Расчет позволил определить максимальные напряжения, которые составили 147,7 МПа и максимальный прогиб 14,13 мм, что позволяет установить, что такая схема установки стяжек практически не изменяет максимальные напряжения и деформации.

Поэтому рассмотрена схема с количеством стяжек, равном 4.

Рисунок 3.37 - Модель подъема с 4-мя стяжками и с 2-мя центральными стойками

Рисунок 3.38 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками и 4 стяжками (представление в виде стержней)

Рисунок 3.39 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками и 4 стяжками (представление в виде профилей)

Рисунок 3.40 - Картина перемещений (прогиб), представление в виде стержней

Расчет позволил установить максимальные напряжения, которые составили 100,7 МПа и максимальный прогиб - 6,25 мм, что является допустимым.

Кроме того, произведен расчет варианта конструкции с двумя диагонально расположенными стяжками, результаты которого приведены на рисунках 3.41-3.44.

Рисунок 3.41 - Модель подъема с 2-мя диагональными стяжками и с 2-мя центральными стойками

Рисунок 3.42 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками и 2 диагональными стяжками (представление в виде стержней)

Рисунок 3.43 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками и 2 диагональными стяжками (представление в виде профилей)

Рисунок 3.44 - Картина деформаций (представление в виде стержней)

Для этого варианта максимальные напряжения составили 118,7 МПа, а максимальный прогиб - 7,7 мм, что является допустимым.

На основе выполненных расчетов установлено, что для заданных условий наиболее рациональным вариантом конструкции каркаса изделия является конструкция, выполненная из нержавеющей стали 08Х18Н10 с толщиной профиля нижнего, лага нижнего и стойки вертикальной 4мм, а всех остальных профилей (расположенных на крыше) с толщиной 3мм, с двумя вертикальными стойками из швеллера 150*55*4мм, установленными посредине, и двумя диагонально расположенными стяжками [15].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе диссертационного исследования были выполнены следующие работы:

проведён анализ методов и систем автоматизированного проектирования металлоконструкций, проанализированы этапы проектирования металлоконструкций;

разработана методика создания металлоконструкции изготовления контейнера

выполнен инженерный анализ созданной металлоконструкции, разработана расчетная модель каркаса контейнера, проведен расчет напряженно-деформированного состояния конструкции;

проведен сравнительный анализ методов автоматизированного проектирования металлоконструкций.

По результатам анализа выявлены достоинства и недостатки систем автоматизированного проектирования металлоконструкций.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Методические рекомендации по оформлению выпускных квалификационных работ, курсовых проектов, работ для студентов очной, очно-заочной (вечерней) и заочной форм обучения / сост. Тритенко А.Н., Сафонова О.В. - Вологда: ВоГУ, 2016. - 79 с.

Корчак, С.Н. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов / С.Н. Корчак. - М.: Машиностроение, 1988. - 352 с.

Уткин, Н.Ф. Приспособления для механической обработки / Н.Ф. Уткин. М.: Машиностроение, 1983. - 175 с.

Боброва, И.В. Автоматизированные системы ТПП / И.В. Боброва. М.: Машиностроение, 1985. - 137 с.

Соколов, Е.В. Выбор оптимальных: объемов технологической оснастки / Е.В. Соколов. - М.: Машиностроение, 1985. - 166 с.

Аверченков В.И. САПР технологических процессов, приспособлений, режущих инструментов / В.И. Аверченков, И.А. Каштальян, А.П. Пахутик. - Мн.: Высшая школа, 1994. - 120 с.

Махаринский Е.И. Основы технологии машиностроения / Е.И. Махаринский, В.А. Горохов. - Мн.: Вышэйшая школа, 1997 - 424 с.

Капустин Н.М. Автоматизация конструирования и технологического проектирования / Н.М. Капустин, Г.Н. Васильев. - М. Вышэйшая школа, 1986. - 248 с.

Кузнецов, Ю.И. Конструкции приспособлений для станков с ЧПУ / Ю.И. Кузнецов. - М.: Вышэйшая школа, 1988. - 303 с.

Римский, Г.В. Теория САПР. Принцип построения и структура. / Г.В. Римский. - Мн.: Высшая школа, 1997. - 631 с.

Строительные нормы и правила: СНиП II-7-81. Строительство в сейсмических районах. - Введ. 01.01.82. - М.:Стройиздат, 2000. - 27 с.

Строительные нормы и правила : СниП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. - Введ. 01.01.85. - М.: Стройиздат, 1985. - 40 с.

Трофимов, В.И. Легкие металлические конструкции зданий и сооружений (разработка конструкций, исследования, расчет, изготовление, монтаж): учебное пособие для вузов / В.И. Трофимов, А.М. Каминский. - М.: АСВ, 2002. - 575 с.

Бирбраер, А.Н. Расчет конструкций на сейсмостойкость / А.Н. Бирбраер. - СПб.: Наука, 1998. - 225 с.

Немчинов, Ю.И. Расчет пространственных конструкций (метод конечных элементов) / Ю.И. Немчинов. - К.: Будивельник, 1980. - 232с.

Расчет экономической эффективности в дипломных и курсовых проектов: Учебное пособие для вузов / под ред. Н. Н. Фонталина. - Минск: Высшая школа, 1984 - 126 с.

Шичков, А.Н. Менеджмент в промышленном производстве региона: Учебн. пособие / А. Н. Шичков. - Вологда: ВоГТУ, 2001. - 104 с.

«САПР и Графика» [Электронный ресурс]: электронная версия журнала -2007. - №9 - Режим доступа: #"justify">Руководство пользователя Graitec Advance Steel 2011 - 2011. - 166 с.

Stroud, I. Solid Modelling CAD Systems/I. Stroud. - London: Springer, 2011. - 689 с.

Похожие работы на - Исследование и разработка методов автоматизированного создания металоконструкций контейнеров

 

Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!