вход Вход Регистрация



Идеология систем объемного моделирования базируется на объемной мастере-модели. Здесь речь идет уже не просто о фрагментарно точной модели поверхности, которую обеспечивает плазово-шаблонный метод для эксклюзивных сечений, но и о каждой точке поверхности.

Однозначность модели в сравнении с черчением несет в себе залог безошибочного взаимодействия всех участников процесса проектирования и подготовки производства. Кроме того, обмен данными на базе этой модели позволяет избежать повторного введения информации, которым так страдают традиционные производства, пусть даже и оснащенные «электронными кульманами».

Итак, объемная модель, в отличие от чертежного и плазово- шаблонного метода, призванная однозначно определять геометрию всей спроектированной поверхности. А не означает это, что и конструктор должен прибавить несравнены большие усилия для ее создания?

Очевидно, что работа в просторные требует несколько других навыков, чем традиционное черчение, но это совсем не означает, что для получения поверхности нужно рассчитать и вывести в компьютер координаты каждой ее точки. Если бы это было так, то самая идея объемного моделирования оказалась бы нериальною.

Системы объемного моделирования базируются на методах построения поверхностей на основе плоских и неплоских профилей. В общем случае профиль — это объект, который описывается отрезками, дугами и кривыми. Для конструктора профили — это сечения, виды, осевые линии. Другими словами, современные методы проектирования поверхностей позволяют строить объекты, основываясь на минимальном количестве начальных данных. Например, одним из наиболее распространенных методов, которым можно описать широкий класс объектов, есть движение профиля той уподовж направляющей.

Математический аппарат объемного моделирования сегодня находится приблизительно на той же стадии развития, которое и плоский в начале 80-х. То есть научная база достаточная для создания эффективных инструментов инженера. Да и массовые технические средства сегодня достигли уровня, необходимого для поддержки трехмерной математики. Как и в случае плоских Cad-Систем, объемное моделирование развивалось в двух направлениях. Первое — поверхностное моделирование, второе — твердотельные.

В поверхностном моделировании (яркий представитель — Cimatron) основными инструментами являются поверхности, а базовыми операциями моделирования на них основе — продолжение, обрезание и соединение. Таким образом, конструктору предлагается описать изделие семейством поверхностей.

При твердотельном образе (например, Solidworks) основными инструментами являются тела, ограниченные поверхностями, а главными операциями — булевые объединение, дополнение, сечение. В этом случае конструктор должен представить изделие семейством простых (шар, тор, цилиндр, пирамида и т.п.) и более сложных тел. Каждый из этех методов имеет свои достоинства и недостатки. Поверхностное моделирование популярно в первую очередь в инструментальном производстве, а твердотельные — в машиностроении.

Современные системы, как правило, содержат и тот и другой инструментарий. Например, CAD/CAM ADEM позволяет работать как с телами, так и с отдельными поверхностями, используя булевые и поверхностные процедуры.

Из модели может быть полученная не только информация о координатах любой точки на поверхности, но и другие локальные характеристики (нормали, кривизны и т.д.) и интегральные характеристики (объем, площадь поверхности, моменты инерции и т.д.). На ее основе всегда можно получить плоские модели: виды, сечения и разрезы, не удаваясь к услугам разработчика или плазового отдела.

В отличие от черчения модель является однозначным представлением геометрии и количественного состава объекту. Если в сборочном черчении болт представляется несколькими видами, то в объемном сборнике — одним объектом, моделью болта.

Появление методов математического моделирования породило естественное желание иметь по возможности более общие модели. Это затрагивает и задач геометрического описания изделий.

Действительно, если мы строим модель, например, поршневого двигателя, то почему бы не распространить ее на весь ряд возможных моторов данного класса? Ведь структура их одинаковая: цилиндр, поршень, шатун, коленвал и др.

Больше того, есть методики расчетов деталей двигателя по таким начальным данным, как мощность, число оборотов. Давайте построим модель, где все входные детали связанные параметрами. А дальше все очень просто. Изменили параметры —- получили модель нового двигателя. Имей обобщенную модель изделия, и не нужное никаких конструкторских бюро!

Идея создания обобщенной параметрической модели изделия не новая, да и подобных попыток было немало, и кое-где даже были успешные решения.

В первую очередь обобщенные модели выходят там, где есть методики численного расчетов всех геометрических параметров изделия.

Однако не все можно рассчитать, часть параметров выходит в результате геометрических построений. Введем ассоциативные геометрические связи. Например, длина вала равняется длине червяка плюс места под подшипники, плюс зазоры, плюс контрення.

Много современных систем позволяют вводить связи между геометрическими параметрами. Связи могут быть заданные условно (параллельность, перпендикулярность, касательность и т.п.), размерами, функционально, таблично. Ограничение на длину цепи связей, как правило, не накладываются. Важнее другое — связь должен быть однозначным.

Что же получает пользователь, установив соответствующие связи в модели? Из статической конструкции выходит многозвенный механизм с множеством мер свободы. Помните справочник Артобольовського и это множество типов базовых механизмов? А здесь связи могут быть и сложнее: дискретными, дифференциальными.

Чем более сложный механизм, тем более достоверность его отказы! Тем более времени идет на его видладку, даже при всех современных достижениях параметризации! Именно поэтому параметрические модели применяются в основном для каталогов стандартных изделий и в линейном дереве истории создания модели для ее дальнейшего редактирования.

Но вернемся к нашему валу с червяком. Геометрическая ассоциация здесь простая — составление. И вот при увеличении длины червяка удлинился и вал. Все четко, если не иметь в виду мощьностные аспекты. А из условий прочности теперь нужно увеличить диаметр вала, а следовательно, и габариты подшипника. Подшипник другой — надо снова удлинить вал. То есть наша простая связь уже совсем не простая!

Конструктор, создавая изделие, учитывает множество критериев: прочность, жесткость, стойкость, технологичность, ремонтопригодность и т.д. Сложность формализации подобных связей сильно ограничивает возможность создания обобщенных моделей.

Разработчикам параметрических моделей нужно помнить неписаный инженерный закон — полной наследственности в конструкции не бывает. Одно только это свидетельствует о невозможности замены работы конструктора обобщенной моделью. А тем, кто занялся созданием такой, необходимо успеть завершить этот процесс к моральному устарения моделированного объекту.

Ассоциативность упоминают также и в связи с другой задачей. Если мы получаем черчение по объемной модели, то почему бы не организовать изменение модели по измененному черчению? Как привлекательно простой этот образ редактирования модели! Больше того, он целиком естественный с точки зрения конструктора, ведь исправление в документации в конце концов приводят к изменению реального изделия. То же самое должно происходить и с моделью.

Чудеса изменения модели при редактировании ее черчения часто демонстрируются на презентациях разных Cad-Систем. Как же это делается?

Совсем несложно установить связь между параметром модели и его проекцией на плоскость. Например, указывая на проекцию размерной линии в черчении, определять соответствующий размер на модели. Если этот размер параметрический, то создается полное впечатление, которое, меняя черчение, мы меняем модель.

Другими словами, редактировать с помощью черчения можно только то, что возможно отредактировать на самой модели, и не больше. То есть данный механизм ничего принципиально нового, расширивающего возможности редактирования объемной модели в себе не несет.

Припомним в связи с этим, что реальное черчение — это, как правило, не просто проекции, виды и сечения, которые можно получить из модели. Чертежные стандарты не только допускают, но и приказывают условности. Так, например, недопустимо изображение линейных размеров с межстрелочным расстоянием меньше 1 мм; в сечении тонкой оболочки толщина стенок также должна быть изображена условно и т.п. Больше того, черчение содержит много дополнительной информации, не связанной непосредственно с моделью.

Как в случае обобщенной параметрической модели, так и в ассоциативной связи «модель — черчение — модель» много подводных камней, которые способны превратить преимущества метода на серьезные недостатки.

Теперь несколько слов о сборке изделий. Объемные модели чудесно работают в этой области на макроуровне. Практически все вопросы компоновки могут быть решены с них помощью.

Но не так просто применить объемное моделирование к решению задачи сборки изделия с учетом допусков. Так, конечно, можно вести моделирование по середине или границам полей допусков, которая позволит решить некоторые частные задачи. Однако общего образа автоматизации стохастического объемного моделирования пока не существует.

Случайные новости

2.3 Сопротивление в двухфазном потоке. Фактор гидродинамического состояния двухфазной системы

Перепад давки на единицу высоты установки в двухфазном потоке будет определяться не только сопротивлением, которое возникает при движении воздушной фазы, но также и тем нажимом, который нужно дополнительно добавить воздушному потока, чтобы компенсировать трение жидкостного потока. Таким образом, можно написать

 

(2.11)

 

Если обозначить через ( частицу сечения, занятую редкой фазой, то частица сечения, занятая воздушной фазой, составит 1 - (; скорость движения редкой фазы, выраженную через ее массовую скорость L, отнесенную полного перерезь аппарата, можно представить в виде

 

(2.12)

 

где wж - линейная скорость движения жидкости, м/с;

L - массовая затрата жидкости, кг/ч* м 2;

rже -плотность жидкости, кг/ м 3.

 

 

Соответственно скорость воздушной фазы можно выразить в виде

 

(2.13)

 

где wВ - линейная скорость движения воздуха, м/с;

G - массовая затрата воздуха, кг/ч* м 3;

rв - плотность воздуха, кг/ м 3.

 

Эквивалентный диаметр для воздушного и жидкостного потока

 

(2.14)

 

(2.15)

 

где s - удельная поверхность взаимодействия потоков, м 2/ м 3.

Если отнести перепад давки в двухфазном потоке к перепаду давки воздухом потока при прохождении через сечение, равное (1 - (), уравнение (2.11) примет вид

 

(2.16)

 

 

В данных условиях двухфазного потока число Рейнольдса для жидкостного потока может быть представлено в виде

 

(2.17)

 

и, соответственно, для воздушного потока

 

(2.18)

 

Коэффициенты сопротивления в общем виде могут быть представлены таким образом: для жидкостного потока

 

(2.19)

 

и для воздушного потока

 

(2.20)

 

Подставляя значение коэффициентов сопротивления, а также значение скоростей из уравнений (2.12) и (2.13) у уравнения (2.16), получим

 

(2.21)

 

 

В уравнении (2.21) отношение (1— e)/e характеризует относительную величину свободной площади поперечного сечения аппарата, занятой воздухом, в сравнении с площадью поперечного сечения, занятой жидкостью. Однако судьбы свободного сечения, занятые потоками (1— e) и e, по обыкновению неизвестные. Задача о перепаде давки можно решить таким образом. Если перепад давки в двухфазном потоке (DР/l) в-же отнести к перепаду давки при движении однофазного воздушного потока (DР/l)в через полный перерез аппарата при одной и той же скорости воздуха wВ и соответственно безразмерный комплекс в правой части уравнения (2.21) заменить комплексом

 

(2.22)

 

это при данных исследовательских значениях , и , и соответствующих исследовательскому значению (DР/l) в-же , можно установить зависимость

 

(2.23)

 

или, обозначая

 

. (2.24)

 

Получим

(=f(Ф). (2.25)

 

Уравнение (2.21) приводится к виду

 

(2.26)

или

(2.27)

 

При решении уравнения (2.27) необходимо иметь исследовательские дани для установления зависимости (2.25). При этом они обделываются в следующей последовательности.

Для заданного гидродинамического режима однофазного потока устанавливается показатель степени m при числе Рейнольдса из соотношения

 

. (2.28)

При молекулярном перенесении ламинарный поток m=1 при развитой турбулентности, в условиях автомодельного режима m = 0.

Для турбулентного режима в тучных трубах m=0,25, в трубах с рельефной поверхностью m = 0,2 [24]. При принятом значении m по исследовательским значениям L, G, gВ, gже, mже, mВ рассчитывается параметр

 

= . (2.29)

 

При данном исследовательском значении L/G, при той же линейной скорости воздуха (или одной и той же массовой скорости воздуха G при данном гидродинамическом режиме), которой отвечает сопротивление , по уравнению (2.27) определяется значения параметра h.

 

(2.30)

 

Приобретенного значения ( подставляется у уравнения (2.27):

 

(2.31)

 

Тогда уравнение для перепада давки в окончательном виде после подстановки значения Ф з уравнения (2.30) в (2.31) может быть представлено таким образом:

 

(2.32)

 

Из уравнения (2.32) может быть рассчитанный так называемый фактор гидродинамического состояния двухфазной системы:

 

(2.33)

 

Нужно иметь в виду, который кроме отношения L/G необходимо знать абсолютные значения массовых скоростей воздуха G или жидкости L, поскольку при одному и потому же L/G могут существовать разные гидродинамические режимы двухфазного потока. Поэтому дополнительно необходимо иметь уравнения связи между скоростью воздуха (или жидкости) и параметром Ф.

В уравнении (2.32) порядок величин L и G должен быть одним и тем же ( то есть

L/G £ 10), поскольку при больших значениях L/G существенным становится влияние на D Рв-Же гидростатичного столба жидкости.

На основе принципа соответствующих состояний гидродинамический режим двухфазной системы может быть охарактеризован отношениям w/ wинв, где w-результирующая скорость воздуха в данном гидродинамическом режиме; wинв - результирующая скорость воздуха в приведенном режиме (точка инверсии). Величина b, что входит в фактор f, является однозначной функцией w/ wинв, и потому фактор f характеризует гидродинамическое состояние двухфазной системы.

Если в процессе движения потоков действует межфазное натяжение (система жидкость - жидкость), то в фактор гидродинамического состояния двухфазной системы необходимо ввести межфазное натяжение, например, в виде отношения (2.34). Тогда формула (2.33) приводится к виду

 

. (2.34)

 

Для систем жидкость - пара и жидкости - воздух комплекс

равный 1 [13]. Фактор гидродинамического состояния двухфазной системы может быть получен также исходя из теории турбулентных двухфазных потоков.

© 2019
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру