Symulacja wytrzymałościowa elementów drukowanych 3D – siatki lattice

Lattice – siatkowe struktury wypełniające – z roku na rok zyskują na popularności. Istnienie wiele różnych typów – od struktur o wysokiej sztywności, wysokiej absorpcji energii, aż do poprawiających bioresorbowalność implantów medycznych. Własności te znane są tylko ogólnie, a zbadanie wpływu zastosowanej struktury na zachowanie ostatecznej części wymaga przeprowadzenia obliczeń inżynierskich. Aktualna wersja NX dostarcza narzędzi, które w znacznym stopniu ułatwiają i przyspieszają przygotowanie i przeprowadzenie takiej symulacji. 


Czynnikami wpływającymi na ostateczne właściwości konstrukcji z siatką lattice są:

1. Objętość zajmowana przez strukturę

2. Typ struktury

3. Grubość prętów oraz odległości pomiędzy nimi,

4. Materiał

W przypadku regularnej budowy i wykorzystania elementów opisanych w literaturze możliwe jest skorzystanie z metody homogenizacji. Pozwala uniknąć bezpośredniego wykorzystania geometrii struktury poprzez przypisanie własności struktury do pełnej bryły. Przypadku bardziej złożonego projektu zachodzi konieczności wykonania symulacji na rzeczywistej geometrii. Przykładem może być wykorzystanie własnej struktury, stworzonej za pomocą polecenia Edytor komórek elementarnych.

Dodatkowo tworzona siatka może składać się z wielu typów komórek połączonych ze sobą poleceniem Połącz siatki. Wiele zastosowań znajdują również siatki stochastyczne, które również wymagają przeprowadzenia symulacji na rzeczywistej geometrii.

Obliczenia wytrzymałościowe struktur lattice łączą się z kilkoma istotnymi aspektami. Pierwszym z nich jest dyskretyzacja takiej geometrii. Z uwagi na małe rozmiary prętów tworzących siatkę oraz ich dużą liczbę, konieczne byłoby wykorzystanie dużej liczby elementów siatki MES. To generowałoby duży czas obliczeń, nawet dla najprostszych detali. Rozwiązaniem tej kwestii jest zastąpienie geometrii bryłowej siatki lattice obliczeniową siatką 1D. Skróciłoby to w znaczący sposób czas obliczeń, ale wymagałoby ogromnego nakładu pracy od użytkownika. Dlatego tworząc symulację do modelu zawierającego lattice, konwersja ta jest wykonywana automatycznie przez NXa. Ponadto do elementów 1D, również z automatu, przypisywana jest średnica pręta oraz materiał przejęty z modelowania. Dzięki temu zarówno czas obliczeń, jak i czas przygotowania symulacji ulega znaczącemu skróceniu.

Kolejną kwestią jest połączenie elementów 1D do elementów 3D. Połączenie końcowego węzła elementu belkowego z węzłem elementu bryłowego powodowałoby spiętrzenie naprężenia w danym miejscu. W takim przypadku należałoby rozłożyć kontakt na większej powierzchni – tak jak w rzeczywistości. Tutaj podobnie, jak przy ręcznym generowaniu siatki, wymagałoby to czasochłonnego zaznaczania wielu węzłów siatki lattice. Z tego powodu NX daje do dyspozycji wykonania takiej operacji automatycznie za pomocą operacji Połączenie 1D – Siatka 1D do ścianki. Umożliwia ona połączenie węzłów siatki 1D z węzłami elementów 3D znajdującymi się na wskazanych ściankach znajdującymi się nie dalej niż zadany promień. Połączenie to realizowane jest za pomocą wskazanego typu elementu 1D (np.: RBE2 lub RBE3). Razem z automatyczną konwersją siatki lattice do elementów 1D operacja tworzy komplet narzędzi dedykowanych pracy przy symulacji tego typu konstrukcji.

Z tak przygotowanym modelem można przejść do kolejnych etapów, tj.: nadawanie obciążeń, czy warunków brzegowych. Na tym etapie praca nie różni się już niczym od pracy z konwencjonalną geometrią.

Na dole wpisu został dołączony film, z przykładowym procesem pracy – od modelu CAD do modelu obliczeniowego.

 

Komentarze

Umieść swój komentarz jako pierwszy!
Gość
środa, 12, sierpień 2020

Zdjęcie captcha

Najbardziej popularne posty

04 listopad 2018
NX CAD
Tworzenie własnych szablonów rysunkowych jest nieodzowną częścią pracy na nowym systemie CAD. Z tego powodu w niniejszym artykule zostanie opisana metoda dodawania i edycji własnych formatek w NXCAD, aby oszczędzić niepotrzebnej pracy na dostosowywaniu arkusza w każdym nowym projekcie....
13 wrzesień 2018
NX CAD
​NX (poprzednia nazwa Unigraphics) instaluje się domyślnie w kilkunastu językach. W dowolnej chwili użytkownik może zmienić język menu, mimo że podczas instalacji została wybrana tylko jedna pozycja (np. polish).   Zmianę języka można zrealizować na 2 sposoby: 1. Edycja zmienn...
11 styczeń 2019
NX CAD
Oprogramowanie NX w standardzie posiada szeroko rozbudowaną bibliotekę części znormalizowanych, jak również umożliwia zamodelowanie oraz parametryzację dowolnego elementu.Zredagowanie wyżej wymienionego zagadnienia zostanie przedstawione na podstawie śruby imbusowej DIN7380 ...
01 sierpień 2018
NX CAD
Podczas pracy nad detalem gdy już proces projektowania jest zakończony, możemy bezpośrednio w środowisku "Modelowania" przygotować odpowiednie widoki. Gdy nasza licencja NX posiada moduł do aplikacji "PMI" użytkownik jest w stanie poza zwykłymi widokami stworzyć przekrój, który nastę...
27 listopad 2018
NX CAD
Klonowanie w NX jest przeznaczone do szybkiego kopiowania plików ze zmienionymi nazwami. Kopiowanie odbywa się według reguł nazewnictwa, co znacznie skraca czas potrzeby na modyfikację nazw. Pliki po zmianie nazw nie tracą żadnych powiązań. Klonowanie umożliwia szybkie kopiowanie podzespół i wy...