16 октября 2017г.
Объекты энергетики – элементы, устройства, приборы энергетики (ЭУПЭ) такие как ветрогенераторы, шкафы с электротехническим оборудованием, солнечные батареи и др, в процессе эксплуатации подвергаются механическим, тепловым и электромагнитным воздействиям. Для сокращения сроков и затрат на проектирование применяются специализированные САПР, задача которых на ранних этапах проектирования – анализ стойкости ЭУПЭ к указанным внешним воздействующим факторам и оценка надёжности данных объектов. Значительное количество аварий связано с выходом из строя несущих конструкций ЭУПЭ при механических перегрузках и количество таких отказов составляет порядка 50 %. Кроме того влияние механических факторов на 30 % сокращает срок службы объекта [1,2].
Для прогнозирования и предотвращения отказов ЭУПЭ из-за механических воздействий разработана автоматизированная подсистема анализа и обеспечения стойкости элементов, устройств, приборов для энергетики к механическим воздействиям «ЭНЕРГОМОДЕЛЬ-М».
Подсистема обеспечивает выполнение следующих функций:
- расчет механических характеристик типовых и произвольных конструкций ЭУПЭ при воздействии гармонической вибрации;
- расчет механических характеристик типовых и произвольных конструкций ЭУПЭ при воздействии случайной вибрации;
- расчет механических характеристик типовых и произвольных конструкций ЭУПЭ при воздействии одиночных ударов;
- расчет механических характеристик типовых и произвольных конструкций ЭУПЭ при воздействии многократных ударов;
- расчет механических характеристик типовых и произвольных конструкций ЭУПЭ при воздействии линейных ускорений.
Благодаря возможностям подсистемы можно получить: на выходе поля выходных величин (перемещений, ускорений, напряжений), графики амплитудно-частотных и амплитудно-временных характеристик, абсолютные и относительные значения, значения выходных величин в узлах конечно- элементной сетки, процентное превышение напряжений над допустимыми значениями, деформированное состояние конструкций с учетом фактора усиления и анимацию отклика конструкции ЭУПЭ на механические воздействия.
Рассмотрим особенности моделирования шкафа с электротехническим оборудованием с помощью подсистемы "ЭНЕРГОМОДЕЛЬ-М".
На рис.1 представлена модель шкафа, созданная в специализированном графическом интерфейсе подсистемы "ЭНЕРГОМОДЕЛЬ-М".
Модальный анализ проводится для определения частот и форм (мод) собственных колебаний конструкций. Результат модального анализа – поле суммарного перемещения (рис.2). Для каждого перемещения можно посмотреть минимальные и максимальные значения (как для всей конструкции, так и для конкретной детали), значения в выбранных узлах, изменения по частоте. Провести анимацию отклика
конструкции на механические воздействия с учётом фактора усиления. Перебирая частоты, можно посмотреть, как меняется перемещение.
При расчёте гармонической вибрации в частотной области получаем поля значений ускорений и перемещений по трем осям и суммарные значения, поля значений напряжений, значений времени до усталостного разрушения. Результаты расчётов в частотной области представлены на рис.3 - рис.6.
Чтобы посмотреть графики амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) в выбранных узлах,
необходимо нажать на соответствующую кнопку в постпроцессоре (рис.7). Перебирая частоты, можно
посмотреть, как меняется перемещение.
Расчёт на случайную вибрацию с учетом усталости позволяет получить не только относительные и абсолютные поля перемещений и ускорений по осям и суммарно, поле напряжений и поле процентного превышения рассчитанных напряжений
над
допустимыми
значениями, но и
поле усталости (рис.8).
В результате расчёта на одиночный удар мы получаем поля перемещений и ускорений по осям и
суммарно, а также амплитудно-временные характеристики (АВХ) в контрольных точках (рис.9 - рис.11).
Аналогичные результаты можно получить для линейного ускорения. На рис.12 показан график АВХ для
многократного удара.
Список
литературы
1.
Автоматизированная система АСОНИКА для проектирования высоконадёжных
радиоэлектронных средств на принципах CALS-технологий. Том 1/ Под ред. Ю.Н. Кофанова, Н.В.
Малютина, А.С. Шалумова.
– М.: Энергоатомиздат, 2007. – 368 с.
2.
Автоматизированная система АСОНИКА для моделирования физических процессов в радиоэлектронных средствах с учётом внешних воздействий / Под ред. А.С. Шалумова. – М.: Радиотехника, 2013. – 424 с.
