APPLICATION OF APM WINMACHINE SOFTWARE FOR DESIGN AND CALCULATIONS IN MECHANICAL ENGINEERING

(1)

РУХОМИЙ

СКЛАД

І

ТЯГА

ПОЇЗДІВ

УДК 004.92:621.01

Л

.

О

.

НЕДУЖА

1*

,

А

.

О

.

ШВЕЦЬ

2*

1*_Каф_{. «}_{Будівельна}_{механіка}_»,_{Дніпропетровський}_{національний}_{університет}_{залізничного}_{транспорту}

іменіакадемікаВ. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дніпропетровськ, Україна, 49010, тел. +38 (067) 810 51 65, ел. пошта [email protected], ORCID 0000-0002-7038-3006

2*_СКТБ_МСУБ_,_{Дніпропетровський}_{національний}_{університет}_{залізничного}_{транспорту}_імені

академікаВ. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дніпропетровськ, Україна, 49010, тел. +38 (050) 214 14 19, ел. пошта [email protected], ORCID 0000-0002-8469-3902

ЗАСТОСУВАННЯ

ПРОГРАМНОГО

КОМПЛЕКСУ

APM

WINMACHINE

ПРИ

ПРОЕКТУВАННІ

ТА

РОЗРАХУНКАХ

У

МАШИНОБУДУВАННІ

Мета. Для проведення досліджень на всіх етапах проектування, розробки, експлуатації, визначення остаточного ресурсу (а саме: попереднього дослідження, вибору принципів дії, розробок ескізного та технічногопроектів, їхоптимізації, підготовки конструкторськоїдокументації такеруючоїінформації для автоматизованих виробництв, всебічного інженерного аналізу) необхідно використовувати найсучасніші комп’ютерні технології. Їх використання дозволяє не лише відтворювати дані й відомості тим чи іншим способом, атакожнадаєможливістьефективнотабезпосередньовзаємодіятизінформаційнимоб’єктом, що створюється або демонструється. Метою дослідження є аналіз теоретичних підходів та механізмів здійсненняпрактичних розрахунківугалузях промисловості для вирішеннясучасних задач задопомогою програмнихкомплексів. Методика.Привиконанніінженернихрозрахунків, пов’язанихізаналізомміцності машин, механізмів, конструкцій на практиці використовують як аналітичні, так і чисельні методи.

Найбільшого поширення при аналізі напружено-деформованого стану моделей об’єктів, отримання їх динамічних характеристик і характеристик стійкості при постійних та змінних режимах зовнішнього навантаження отримав метод кінцевих елементів, який реалізовано в багатьох відомих й широко розповсюджених програмних продуктах, що забезпечують міцнісний розрахунок моделей машин,

механізмів, конструкцій. Результати. Обґрунтовано використання розглянутого сучасного програмного комплексу для проектування деталей машин й різноманітних видів їх з’єднань та міцнісного аналізу конструкцій. Кольорові карти розподілу напружень, переміщень, внутрішніх зусиль, коефіцієнтів запасу міцності та ін. дозволяють дуже точно і швидко визначати найбільш небезпечні місця в конструкції.

Програма забезпечує можливість «заглянути» всередину елементів та побачити розподіл виникаючих внутрішніх силових чинників. Наукова новизна. Розглянуто недосліджені на даний період аспекти, що пов’язані з сучасним станом та перспективами розвитку промислового виробництва, використання програмного комплексу при проектуванні та розрахунках у машинобудівній галузі. Розроблено обґрунтуваннязастосуванняпрограмногокомплексудлярозв’язаннязадач, якіспрямованінавикористання результатів досліджень для різних практичних завдань у конкретних галузях машинобудування.

Практична значимість. У порівнянні з іншими програмними комплексами популярність даного полягає

у легкому засвоєнні системи, швидкому впровадженні як у навчальний, так і у виробничий процес.

(2)

застосуванняпрограмидужезручним. Ціта іншічинникиреальноскорочують часнареалізацію проектів,

підкреслюютьактуальністьтапрактичнезначенняпрограмногокомплексу, щоповиннобутигіднооцінено йогокористувачамиприпроведенніподальшихдосліджень.

Ключові слова: сучасний програмний комплекс; машинобудування; машина; механізм; конструкція;

інженернийрозрахунок; міцність

Вступ

Промислове виробництво є однією з голо

-вних ланок національної економіки будь-якої

країни, яказабезпечує життєвіінтереси, еконо

-мічну безпеку, соціальний, культурний рівень

населення, визначає технічний та економічний

потенціал [15, 18].

Однією із найскладніших та найвідповіда

-льнішихгалузей промисловості є машинобуду

-вання. Йогочасткавзагальномуобсязіпромис

-лового виробництва, а також розміри експорту

машинобудівної продукції відносять до показ

-ників, які найбільш точно визначають загаль

-ний рівень економічного розвитку держави.

В сучасних умовах машинобудуванню нале

-жить важлива роль в прискоренні науково

-технічного прогресу, оскільки значною мірою

визначає його загальні напрями та є основою

економіки, грає вирішальнурольустворенніта

оновленніїїматеріально-технічноїбази.

Машинобудування – це провіднагалузь, ча

-сткаякоїзавартістюстановить близько 1/3 сві

-товоїпромисловоїпродукції (рис. 1, а) [15].

а

б

Рис. 1. Стангеографіїрозвитку:

(3)

Міжгалузевий господарський комплекс

України об’єднує систему науково-дослідних,

конструкторсько-технологічних організацій,

підприємств, продукція яких має загально еко

-номічне призначення, виробничу та експлуата

-ційну спільність. На розміщення підприємств

різних галузей машинобудування впливають

такі фактори, як рівень розвитку науки, наяв

-ністьвідповідних трудовихресурсів, сировини,

споживача (рис. 1, б) [18].

Мета

Унашчас – часстрімкогорозвиткукомп’ю

-терних інформаційних технологій − жодна га

-лузь народного господарства для виконання

складнихінженерних розрахунківта прийняття

правильнихрішеньнеможе обійтисьбез засто

-сування сучасних програмних комплексів. Для

виконання досліджень на всіх етапах проекту

-вання, розробки, експлуатації, визначенняоста

-точного ресурсу, а саме: попереднього дослі

-дження, вибору принципів дії, розробок ескіз

-ногота технічногопроектів, їхоптимізації, під

-готовки конструкторської документації та

керуючої інформації для автоматизованих ви

-робництв, всебічного інженерного аналізу не

-обхідно використовувати найсучасніші

комп’ютернітехнології.

Метою дослідження є аналіз теоретичних

підходів та механізмів здійснення практичних

розрахунків у галузях промисловості для вирі

-шення сучасних завдань за допомогою програ

-мнихкомплексів.

Актуальність. У сучасному світі

комп’ютерні інформаційні технології стрімко

проникають в усі сфери діяльності – сьогодні

успіх буде матитільки та галузьнародного го

-сподарства, тільки той навчальний заклад чи

комерційна фірма, які володіють найсучасні

-шимикомп’ютернимитехнологіями. Заостанні

десятиріччя вони зазнали такого глобального

поширення, що зараз уже важко уявити життя

тавиробничудіяльністьлюдинибезних.

На цьому етапі можна без особливих труд

-нощів навести приклади використання інфор

-маційних технологій в усіх галузях: від освіти

до менеджменту. Значний прогрес досягається

в галузі освіти із впровадженням відповідних

комп’ютернихтехнологій, які зможутьзробити

процес здобуття знань доступним, дистанцій

-ним, гнучким, індивідуальним [13]. Не стоїть

остороньімашинобудування, зокрематранспо

-ртне (рис. 2), оскільки складність інженерних

розрахунків та прийняття правильних рішень

вимагає все більшого застосування сучасних

комп’ютернихкомплексівітехнологій [1, 7]. Їх

використання дозволяє не лише відтворювати

дані й відомості тим чи іншим способом, а та

-кожнадає можливістьефективно табезпосере

-дньо взаємодіяти з інформаційним об’єктом,

що створюється або демонструється. Ці та ба

-гато інших завдань вирішують за допомогою

сучасних інформаційних технологій, що під

-тверджуєактуальністьїхзастосування.

(4)

б, в

г

Рис. 2. Кузоввагонаелектропоїзда:

а−розрахунковамодель; б−діаграманапружено-деформованогостану;

в−діаграмарозподілусумарнихлінійнихпереміщень; г−діаграмичастотвласнихколивань

Програмні комплекси різного призначення,

вміло застосовують сучасні комп’ютерні тех

-нології (математичне моделювання, базиданих

та знань, комп’ютерні мережі, експертнісисте

-мита системи прийняття рішень, мультимедій

-ні інформаційні технології, інформаційні ре

-сурси мережі Internet) на всіх етапах проекту

-вання, розробки, експлуатації, для визначення

остаточного ресурсу, а саме: попереднього до

-слідження, вибору принципів дії, розробок ес

-кізного та технічного проектів, їх оптимізації,

підготовки конструкторської документації та

керуючої інформації для автоматизованих ви

-робництв, всебічногоінженерногоаналізутощо

[14, 23–25].

Методика

Підчас виконання інженерних розрахунків,

пов’язаних з аналізом міцності машин, механі

-змів, конструкцій на практиці використо-

вуютьяканалітичні, так ічислові методи [4, 6,

19, 22].

Найбільш поширеним під час аналізу на

-пружень та деформацій є метод кінцевих еле

-ментів (МКЕ) [2, 11, 17, 21]. Першійогорозро

-бки були виконані в 50-х роках XX ст. для ви

-рішення завдань опору матеріалів. Як відомо,

опірматеріалівє наукоюпро інженерніметоди

розрахунків елементів машин, механізмів, спо

-руд на міцність, жорсткість, стійкість та нале

-жить до фундаментальних дисциплін загально

інженерної підготовкифахівцівзвищою техні

-чною освітою. Це перша дисципліна, яка вста

-новлює зв’язок між фундаментальними науко

-вими дисциплінами (фізикою, математикою, те

-оретичною механікою) та прикладними задача

-мийметодамиїхрозв’язання, щовиникаютьпід

час проектування машин, механізмів, будівель

(5)

Під час експлуатації машин та споруд їхні

елементитакчиінакшезазнаютьдії різнихсил

– навантажень. Для забезпечення нормальної

роботи конструкція повинна задовольняти не

-обхідним умовам міцності, жорсткості та стій

-кості:

− міцність – це здатність елементів конс

-трукції витримувати певне навантаження,

неруйнуючись;

− жорсткість – цездатність елементів конс

-трукції спричиняти опір деформуванню від дії

зовнішньогонавантаження, причому деформа

-ціїнеповинніперевищуватидопустимих;

− стійкість – це здатність елементів конс

-трукцій зберігати певну початкову форму пру

-жноїрівноваги.

Основназадачаопоруматеріалів – задачаза

-безпеченняміцностіконструкції. Вона зустріча

-єтьсяувиглядіпрямоїтазворотноїзадачі: пряма

задача (проектувальний розрахунок) – знайти

надійні (з погляду міцності) розміри елемента

машини, конструкції чи споруди так, щоб він

змігвитримуватизаданенавантаженняпротягом

потрібного строку при мінімальній вартості;

зворотназадача (перевірнийрозрахунок) – пере

-вірити, чизможеелементвжеіснуючогомехані

-змуабоконструкціїзадовольнитиумовиміцнос

-ті у випадку зміни заданого навантаження, чи

вінпотребуєзаміниабозміцнення [8].

Завдякивченим, починаючиз 1970 р., МКЕ

стаєвсебільшпопулярнимсередінженеріввсіх

спеціальностей; тоді ж були розроблені перші

програмні комплекси, в яких реалізувався ме

-тод кінцевих елементів. Заразце основний ме

-тодобчислювальної механіки, що лежить в ос

-нові переважної більшості сучасних програм

-них комплексів, призначених для виконання

інженерних задач в різноманітних галузях [2,

11, 17, 21].

Отже, підвищення якості створюваного ме

-ханічного устаткуванняйконструкцій необхід

-но пов’язувати, насамперед, із зменшенням їх

ваги і вартості, збільшенням надійності та по

-кращенням низки інших характеристик. Наразі

актуальною є проблема поєднання в процесі

проектування двох взаємовиключних тенден

-цій: економії матеріалу, зодного боку, ізабез

-печення необхідних характеристик міцності

конструкцій, зіншого.

Всеце можна забезпечити за рахунок вико

-ристання комп’ютерних технологій. Сьогодні

не можна створити якісне, надійне та конку

-рентоспроможне обладнання без всебічного

інженерного аналізу проектованих об’єктів за

допомогоюсучасних програмнихзасобівіпри

-йняття на його основі грамотних конструктив

-них рішень. Під інженерним аналізом розумі

-ють, насамперед, дослідження проектувальни

-ком напружено-деформованого стану (НДС)

моделей проектованих об’єктів, отримання їх

динамічних характеристик і характеристик

стійкості при постійних та змінних режимах

зовнішнього навантаження. Для оцінки НДС

потрібнознатирозподілнапруженьвелементах

проектованих машин таконструкцій, величини

переміщень окремих точок як при статичному

характері зовнішнього навантаження, так

і в умовах дії навантажень, що змінюються

вчасі.

На сьогодні, у зв’язку з активним впрова

-дженнямвінженернупрактикуобчислювальної

техніки, найбільш ефективним наближеним

методом розв’язання прикладних задач такого

класу механіки є метод кінцевих елементів

(МКЕ) [5, 10, 20].

Ключова ідея МКЕ полягає в тому, що су

-цільне середовище (модель конструкції) замі

-нюється дискретною шляхом розбиття її на кі

-нцеві елементи (КЕ). Поведінка кожного сере

-довища описується задопомогою окремого на

-бору функцій, які являють собою напруження

й переміщення. Кінцеві елементи з’єднуються

вузлами; взаємодія КЕ один з одним здійсню

-ється тільки через вузли. Розташовані певним

чином, залежно від конструкції об’єкта, та за

-кріпленівідповіднодограничнихумов, кінцеві

елементи дозволяють адекватно описати все

різноманіттямоделейдеталейіконструкцій [9].

Докінцевогоелементаможутьбутиприкла

-дені зовнішні навантаження (зосереджені та

розподілені сили й моменти), які приводяться

до вузлів цього елемента іносять назву вузло

-вихнавантажень.

Під час розрахунків методом кінцевих еле

-ментів спочатку визначаються переміщення

вузлів моделі. Величини внутрішніх зусиль

велементі пропорційні переміщенням у вузлах

елемента. Коефіцієнтом пропорційності висту

(6)

кількість рядків якої дорівнює числу ступенів

свободи елемента (у загальному випадку це

є добуток числа ступенів свободи у вузлі на

кількість вузлів елемента). Всі інші параметри

кінцевого елемента, такі як внутрішні зусилля,

напруження, полепереміщень іт. ін. обчислю

-ютьсянапідставійоговузловихпереміщень.

Методкінцевих елементівдозволяє практич

-ноповністюавтоматизувати розрахунокмехані

-чних систем, хоча, як правило, вимагає вико

-наннязначно більшоїкількостіобчислювальних

операцій порівняноз класичнимиметодами ме

-ханіки. Сучасний рівеньрозвитку обчислюваль

-ної техніки відкриває широкі можливості для

впровадженняМКЕвінженернупрактику [9].

МКЕ реалізованов багатьох відомих й ши

-роко розповсюджених програмних продуктах,

що забезпечують міцнісний розрахунок моде

-леймашин, механізмів, конструкцій.

Дляповноцінного кінцево-елементного ана

-лізунеобхідно:

− вибрати тип кінцевихелементів (длявсієї

моделі або її окремих частин), за допомогою

яких буде адекватно змодельована реальна

конструкція;

− побудуватимодель проектованогооб’єкта

втривимірномупросторі;

− виконати розбиття моделі на кінцеві еле

-менти;

− виконативеськомплекс необхідних обчи

-слювань;

− візуалізувати отриманірезультатий коре

-ктно інтерпретуватиїх зметою прийняттяпра

-вильнихконструкторськихрішень.

Результати

В сучасних умовах для підвищенняефекти

-вності роботи, досягнення найвищої якості та

техніко-економічного рівня результатів серед

багатьох сучасних програмних комплексів ши

-роко застосовують APM WinMachine – це нау

-комісткий програмний продукт, створений на

базі сучасних інженерних методик проектуван

-ня, числових методів механіки, математики та

моделювання, який гармонійно поєднує досвід

попередніх поколінь конструкторів, інженерів

-механіків та інших фахівців з можливостями

комп’ютерної техніки, максимально адаптова

-нийдляробітзпроектуваннятаконструювання

об’єктівмашинобудівноїтабудівельноїгалузей

[1, 9].

Програмнийкомплекс APM WinMachine на

-дає користувачеві широкі можливості по ство

-ренню моделей довільнихтривимірних машин,

механізмів, конструкцій (рис. 3). Моделі скла

-даються зі стержневих, оболонкових й твердо

-тільних елементів; моделі конструкцій оболон

-кового й твердотільного типів можна імпорту

-вати збудь-яких сторонніхтривимірних графі

-чних редакторів, використовуючи стандартний

форматобміну.

(7)

б

Рис. 3. Прикладистворення:

а−твердотільнихмоделей; б−моделінесучоїконструкціїспортивногокомплексу

СистемаАРМ WinMachine складаєтьсязна

-борумодулів [1, 9]:

− АРМ Graph – плоский креслярсько

-графічний редактор для оформлення

конструкторської документації, що має зручні

функції параметричного завдання геометрич

-нихоб’єктів (рис. 4) [12, 16];

а

б

Рис. 4. Кресленнятакінцево-елементнамодель:

(8)

− АРМ Studio – модуль створення тривимі

-рних поверхневих і твердотільних моделей

з вбудованим генератором розбивки на кінцеві

елементи (рис. 5, а, б) [1, 9];

а

б

(9)

г

Рис. 5. Прикладивідтвореннянаекрані:

а−результатроботиавтоматичногогенератораК3-сіткиврежиміадаптивноїрозбивки; б−передачазвикористаннямформату STEP тримірноїмоделіз AdemCAD вмодуліпросторового проектування APM Studio; в−базаданихтаприкладточкиприв’язкиперерізупрокатногопрофілю;

г−прикладвставкипараметричноїмоделіперерізузбазиданих

− АРМ Mechanical Data – база даних стан

-дартнихдеталей тавузлів, довідникових даних

позагальномумашинобудуванню (рис. 5, в);

− АРМ Matcrial Data – модуль зберігання

іредагуванняпараметрівматеріалів;

− АРМ Construction Data – база даних гра

-фічної інформації по стандартних деталях

іелементахбудівельнихконструкцій (рис. 5, г);

− АРМ Technology Data – база даних стан

-дартних інформаційних даних для проектуван

-нятехнологічнихпроцесів;

− АРМ Base – модуль створення та редагу

-ваннябазданих;

− АРМВоок – електроннийпідручник «Ос

-нови проектуваннямашин», вякому викладені

основні методи розрахунку, реалізовані

всистеміАРМ WinMachine;

− АРМВеаm – модульрозрахункутапроек

-туваннябалочнихелементівконструкцій;

− АРМ Structure3D – модуль розрахунку

й проектування довільних конструкцій, що

складаються зпластинчастих (рис. 6, а), стерж

-ньових (рис. 6, б), об’ємних (рис. 6, в) елемен

-тів та їх довільних комбінацій методом кінце

-вихелементів [1, 9].

а

(10)

в

Рис. 6. Різнітипивізуалізаціїелементів:

а−плоска, каркасна, об’ємнамоделіпластин; б−дротова, каркасна, об’ємнамоделістержня; в−пластинчаста, каркасна, об’ємназосвітленняммоделіоб’ємногоелемента

Задопомогою модуля АРМ Structure3D мо

-жна розрахувати напружено-деформований

станконструкції встатичному режимі, викона

-ти розрахунки на стійкість і визначення влас

-них частот [1, 9], проаналізувати поведінку

конструкції придовільному динамічному нава

-нтаженні (рис. 2, 7) [12];

а

(11)

в

Рис. 7. Картирезультатіврозрахункуметалоконструкції:

а−розподілеквівалентнихнапруженьбаштовогокрану; б−розподілпереміщеньбаштовогокрану; в−формавтратистійкостітадіаграмачастотвласнихколиваньконтейнерногокозловогокрану

− АРМ Joint – модуль розрахунку та проек

-тування з’єднань деталей машин й елементів

конструкцій, який дозволяє виконатикомплекс

-ний розрахунок всіх типів різьбових, зварних,

клепанихз’єднаньіз’єднаньдеталейобертання;

− АРМ Trans – модульпроектуванняпередач

обертання, призначений длярозрахункувсіх ти

-пів зубчастих передач, а також черв’ячних, ре

-міннихіланцюговихпередач, генераціїкреслень

елементівцихпередачвавтоматичномурежимі;

− АРМ Shaft – модуль розрахунку, аналізу

іпроектуваннявалівтаосей;

− АРМ Bear – модуль розрахунку неідеаль

-нихпідшипниківкочення, щодозволяєвиконати

комплексний аналіз опор кочення всіх відомих

типів;

− АРМ Plain – модульрозрахункутааналізу

радіальних і упорних підшипників ковзання,

що працюють в умовах рідинного й напіврі

-динноготертя;

− АРМ Drive – модульрозрахункутапроек

-тування приводу довільної структури, а також

планетарних іхвильовихпередач. З його допо

-могою виконується комплексний розрахунок

кінематичниххарактеристикйпроектуванняяк

приводувцілому, такіокремихйогоелементів,

з автоматичною генерацією креслень окремих

деталейівзборі, включаючикорпус;

− АРМ Spring – модуль розрахункуіпроек

-тування пружин та інших пружних елементів

машин (рис. 8);

(12)

− АРМ Сат, АРМ Slider – модулі розрахун

-ку і проектування кулачкових механізмів з ав

-томатичною генерацієюкреслень та важільних

механізмівдовільноїструктури;

− АРМ Screw – модуль для розрахунку не

-ідеальнихпередачпоступальногоруху; здатний

розрахувати гвинтові передачі ковзання, куль

-ко-гвинтовітапланетарнігвинтовіпередачі;

− АРМ Technology – модуль проектування

технологічнихпроцесів.

Програма APM WinMachine – це гнучкий,

надійнийзасібпроектуваннятааналізу; працює

в середовищі операційних систем найпошире

-ніших комп’ютерів – від персональних до ро

-бочихстанційісуперкомп’ютерів. Незважаючи

на те, що програма APM WinMachine має різ

-номанітні та складні можливості, її організа

-ційна структура й «дружній» графічний інтер

-фейс користувача робить вивчення і застосу

-вання програми дуже зручним. У той же час

зпрограмоюнадаєтьсяповнадокументація, яка

дозволяє в інтерактивному режимі розібратися

з порядком виконання складних видів робіт.

Система «меню» наділена «інтуїтивними» вла

-стивостями, допомагаючи користувачеві доці

-льно керувати програмою. Вихідні дані можна

вводити за допомогою маніпулятора «миша»,

клавіатури або поєднуючи ці два варіанти

[1, 9].

Найбільш простим способом зв’язку з ком

-плексом APM WinMachine є використаннясис

-теми «меню», яка називається графічним ін

-терфейсомкористувача (рис. 9, а).

а

б

в

Рис. 9. Загальнийвигляд:

(13)

У всіх програмних версіях комплексу APM WinMachine екранне меню (рис. 9, а) включає

вікна, основнісередякихє [1, 9]:

1. МенюУтилітів – міститьсервісніфункції,

які застосовують в ході всього сеансу роботи

зкомплексом APM WinMachine, такі якуправ

-лінняфайламитазображеннямйналаштування

параметрів; з даного «меню» також здійсню

-єтьсявихідзпрограми.

2. Вікно Введення – дозволяє виконувати

безпосереднєвведеннявбудованихкоманд.

3. Стандартнапанельінструментів – містить

кнопки, призначені для виклику часто вжива

-нихкомандкомплексу.

4. Додаткова панель інструментів – містить

командиіфункції APM WinMachine (рис. 9, б).

5. Вікно графічного виводу – відображення

основної потрібної інформації по поточній ро

-боті (рис. 9, в).

6. Панель швидкого доступу – розташована

під вікном графічного виводу, допомагає при

виконанніопераційвінтерактивномурежимі.

Таким чином, за допомогою програмного

комплексу APM WinMachine можна отримати

результати (рис. 10, 11), основнізяких [3]:

− результати статичного розрахунку: пере

-міщення вузлів конструкції (лінійні та кутові);

навантаженнянакінцяхстержнів, увузлахпла

-стиніоб’ємнихелементів; епюрисиловихфак

-торів для всієї конструкції; напруження, діючі

в стержнях, пластинах і об’ємних елементах;

розподіл напружень в довільному перерізі сте

-ржня; розрахункові параметри, характерні для

окремої балки, такі як моменти згину, кручен

-ня, бічнійосьовісили, кутизгину, закручуван

-ня, деформації та напруження по довжині бал

-ки. Всіціпараметри, наведеніуформіграфіків,

виводяться всистемі координат стержня; реак

-ції (силитамоменти), якідіютьвопорах;

− вузлові переміщення і навантаження на

кінцях стержнів, у вузлах пластин таоб’ємних

елементіввиводятьсяувиглядітаблиці;

− результатами нелінійного розрахунку є ті

ж параметри, що і для лінійного статичного

розрахунку;

− результатом деформаційного розрахунку

єтіжпараметри, щойдлястатичногорозраху

-нку, плюс критичний параметр навантаження

втратистійкості 2-го роду іформавтратистій

-кості;

− результатом розрахункуна власнічастоти

є: кілька перших частот власних коливань

конструкції; відповідніїмформивласнихколи

-вань;

− результатом розрахунку конструкції на

вимушені коливання є: переміщення вузлів

конструкції; напруження, діючі в стержнях,

пластинах іоб’ємних елементах; реакції вопо

-рах; власнічастотийвласніформиколивань.

Розрахунок несучої здатності стержневих

елементів металоконструкцій виконується для

конструктивних елементів і в цій версії APM

Structure3D реалізований відповідно до вимог

СНіП «Сталевіконструкції». Перевіркаміцнос

-ті/стійкості стержневих елементів може бути

також виконана класичними методами опору

матеріалів.

Результатом розрахунку контактної взаємо

-дії є напружено-деформований стан моделі

конструкції, а також карта розподілу нормаль

-них і тангенціальних сил, взаємного проник

-нення та стануконтактних елементів вконтак

-тнійобласті.

Результатом розрахунку на стійкість

є: коефіцієнт запасу стійкості конструкції;

формавтратистійкостіконструкції.

Аналіз результатів. Система APM

WinMachine має широкий спектр можливостей

повиведенню результатів. Такірезультатироз

-рахунку якнапруження, переміщення, зусилля,

коефіцієнт запасу та ін. в стержнях, пластинах

іоб’ємних елементах можуть виводитисяу ви

-гляді карти результатів [1, 3, 7, 12, 16]. Карта

результатів конструкції є тривимірною конс

-трукцією, забарвленою в кольори, відповідно

дозначеньобраногокомпонентурезультатівна

поверхні. Кольоровікартирозподілуеквівален

-тнихнапружень (рис. 2, б; 4, а; 7, а; 10, б; 11, б)

іпереміщень (рис. 2, в; 7, б; 10, в; 11, в), внут

-рішніх зусиль, коефіцієнтів запасу міцності та

ін. дозволяють дуже точно ішвидко визначати

найбільш небезпечні місця в конструкції. Про

-грама також забезпечує можливість «загляну

-ти» всередину елементів і побачити розподіл

виникаючих внутрішніхсилових чинників. Для

більш повного подання результатів користувач

може будуватиепюрирізних силовихчинників

на 3D-моделі конструкції, виводити реакції

вопорних точках, оцінюватизагальні парамет

-ри, такі як маса, максимальні напруження, пе

-реміщення, виводитизвіднутаблицю витратпо

(14)

а

б

в

Рис. 10. Прикладрозрахункукаркасаавтобусу:

(15)

а

б

в

Рис. 11. Стріласамохідногоукладальногокрана:

(16)

Науковановизнатапрактична

значимість

Порівняно з іншими програмними комплек

-сами, популярність APM WinMachine полягає

улегкомузасвоєнні системи, швидкомувпрова

-дженніякунавчальний, такіувиробничийпро

-цес [1, 3, 7, 12, 16] зарахуноктого, щоє:

− найбільшакількістьвузлів;

− доступний інтерфейс всіх модулів систе

-ми;

− більшширокийвибіропераційумежахяк

кожногомодуля, таківсьогопрограмного ком

-плексувцілому;

− побудова системи на базі чинних віт

-чизняних стандартів, нормативів та принципів

конструювання;

− можливість розрахунків одночасно у де

-кількохмодулях, щоприскорюєпроцесроботи,

зменшуєризикпомилковоговнесенняданих.

Крім того, організаційна структура й «дру

-жній» графічний інтерфейс, доступність мови

роблять вивчення та застосування програми

дужезручним. Ці таіншічинникиреальноско

-рочують час на реалізацію проектів, підкрес

-люютьактуальність і практичне значення про

-грамногокомплексу WinMachine, щогіднооці

-ненойогокористувачами.

Розглянутонедослідженінацейчасаспекти,

що пов’язані з сучасним станом та перспекти

-вами розвитку промислового виробництва, ви

-користання програмного комплексу під час

проектуваннята розрахунківу машинобудівній

галузі. Обґрунтуванозастосуванняпрограмного

комплексудлярозв’язаннязадач, якіспрямова

-ні на використаннярезультатів дослідженьдля

різнихпрактичнихзавдань, на основіякихроз

-робляється нове обладнання, машини, механіз

-ми та ін. з метою отримання безпосереднього

економічного ефектув конкретних галузяхма

-шинобудування.

Висновки

В машинобудуванні кінцевим продуктом

є машини, устаткування, прилади, апарати, по

-слуги длявсіх без виняткугалузейгосподарст

-ва. Для виконання цілого комплексу розрахун

-ків як окремих комплектаційних деталей, вуз

-лів, механізмів, так ідляскладеноїготовоїпро

-дукції з комплектаційних деталей серед

багатьохпрограмнихкомплексівширокозасто

-совують APM WinMachine. Його використання

для виконання та проектуваннядеталей машин

й різноманітних видів їх з’єднань і міцнісного

аналізу конструкцій обґрунтовано, реально

скорочуєчаснавирішенняпоставленихзадач.

Це дозволить виготовляти обладнання, яке

небудепоступатисякращиманалогам, оптима

-льнепо ціні, енергоспоживанню тощо, і, якре

-зультат, конкурентоспроможне на світовому

ринку.

СПИСОКВИКОРИСТАНИХДЖЕРЕЛ

1. APM Structure3D. Система расчёта и проекти

-рования деталей и конструкций методом ко

-нечных элементов. Версия 9.2: рук-во пользо

-вателя [Електронний ресурс]. – Режим досту

-пу: http://www.apm.ru. – Назва з екрана. – Пе

-ревірено : 10.02.2016.

2. Агапов, В. П. Метод конечных элементов

встатике, динамикеиустойчивостипростран

-ственных тонкостенных подкрепленных кон

-струкций / В. П. Агапов. – Москва : АСВ, 2000.

– 152 с.

3. АО «Калугапутьмаш» [Електроннийресурс]. –

Режим доступу: http://www.kalugaputmash.ru. –

Назвазекрана. – Перевірено : 10.02.2016. 4. Бате, К. Численные методы анализа и метод

конечных элементов / К. Бате, Е. Вильсон. –

Москва : Стройиздат, 1982. – 448 с.

5. Галлагер, Р. Методконечныхэлементов. Осно

-вы / Р. Галлагер ; [пер. сангл. В. М. Картвели

-швили]. – Москва : Мир, 1984. – 428 с.

6. Дарков, А. В. Строительнаямеханика / А. В. Дар

-ков, Н. Н. Шапошников. – Москва : Высш. шк.,

1986. – 462 с.

7. Демиховский машиностроительный завод

[Електронний ресурс]. – Режим доступу:

http://www.dmzavod.ru. – Назва зекрана. – Пе

-ревірено : 10.02.2016.

8. Дистанційненавчання. Опірматеріалів [Елект

-роннийресурс] / каф. «Будівельнамеханіка». –

Режимдоступу: http://www.moodle.diit.edu.ua. –

Назвазекрана. – Перевірено : 10.02.2016. 9. Замрий, А. А. Проектирование ирасчет мето

-дом конечных элементов трехмерных конст

-рукций в среде APM Structure3D / А. А. Зам

-рий. – Москва : АПМ, 2006. – 288 с.

10. Зенкевич,О. Методконечныхэлементоввтех

-нике / О. Зенкевич ; [пер. сангл. А. В. Василь

-ева, В. М. Курочкина] ; подред. Б. Е. Победри. – Москва : Мир, 1975. – 544 с.

(17)

-домконечныхэлементов / Б. Э. Иванов. – Мо

-сква : МИСИ, 1990. – 288 с.

12. Коновалов, Д. Использование программного комплекса APM WinMachine дляисследования остаточного ресурса портальных кранов /

Д. Коновалов, А. Дарюхин // САПРиграфика.

– 2008. – № 3. – С. 84–87.

13. Крилов, І. В. Інформаційні технології: теорія

іпрактика / І. В. Крилов. – Київ : Центр, 2006.

– 128 с.

14. Мямлін, С. В. Визначення впливу показників тертявсистемі «кузов-візок» надинамікуван

-тажноговагона / С. В. Мямлін, Л. О. Недужа,

А. О. Швець // Наукатапрогрестранспорту. –

№ 2 (50). – 2014. – С. 152–163. doi:

10.15802/stp2014/23792.

15. Промисловість. Географія основних галузей промисловості світу (енергетика, металургія,

машинобудування, хімічна промисловість, лі

-сова та деревообробна промисловість, легка промисловість) [Електронний ресурс] / підр. –

Режим доступу:

http://ukrmap.su/uk-g11/1345.-html. – Назва з екрана. – Перевірено :

10.02.2016.

16. Прочностнойрасчетжелезнодорожногоколеса скольцевойканавкой набоковойповерхности ступицы. АПМ: Расчеты механики и прочно

-сти конструкций [Електронний ресурс] – Ре

-жим доступу: http://cae.apm.ru/galereya_vi-polnennih_proektov/mashinostroenie/avto_i_gelez nodorogniy_transport/geleznodorognoe_koleso. –

Назвазекрана. – Перевірено : 10.02.2016. 17. Синицин, А. П. Метод конечных элементов

в динамике сооружений / А. П. Синицин. –

Москва : Стройиздат, 1978. – 232 с.

18. Склад і структура промислового виробництва та актуальні проблеми його розвитку [Елект

-роннийресурс]. – Режимдоступу:

http://www.i-nfo-library.com.ua/books-text-6010.html. – Назва

зекрана. – Перевірено : 10.02.2016.

19. Смирнов, А. Ф. Методы расчета стержневых систем, пластин и оболочек сиспользованием ЭВМ / А. Ф. Смирнов. – Москва : Стройиздат,

1976. – 248 с.

20. Тимошенко, С. П. Механика материалов /

С. П. Тимошенко, Дж. Гере ; [пер. с англ.

Л. Г. Корнейчук] ; подред. Э. И. Григолюка. –

Москва : Мир, 1976. – 670 с.

21. Хечумов, Р. А. Применение метода конечных элементовкрасчетуконструкций / Р. А. Хечу

-мов. – Москва : АСВ, 1994. – 354 с.

22. Clough, R. Dynamics of Structure / R. Clough,

J. Penzien. – New-York : McGraw-Hill Book Co.,

1975. – 634 с.

23. Determination of Dynamic Performance of Freight

Cars Taking Into Account Technical Condition of Side Bearers / S. Myamlin, L. Neduzha, O. Ten,

A. Shvets // Наукатапрогрестранспорту. – № 1

(43). – 2013. – С. 162–169. doi:

10.15802/stp-2013/9589.

24. Myamlin, S. V. Experimental Research of

dy-namic qualities of freight cars with bogies of different designs / S. V. Myamlin, O. O. Ten,

L. O. Neduzha // Наукатапрогрестранспорту. –

№ 3 (51). – 2014. – С. 136–145. doi:

10.15802/-stp2014/25921.

25. Research of friction indices influence on the

freight car dynamics / S. Myamlin, L. Neduzha, O. Ten, A. Shvets // TEKA Commission of Mo-torization and Power Industry in Agriculture. –

2013. – Vol. 13, № 4. – P. 159–166.

Л

.

А

.

НЕДУЖАЯ

1*

,

А

.

А

.

ШВЕЦ

2*

1*_Каф_{. «}_{Строительная}_{механика}_»,_{Днепропетровский}_{национальный}_{университет}_{железнодорожного}_{транспорта}

имениакадемикаВ. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (067) 810 51 65, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0002-7038-3006

2*_СКТБ_МСУБ_,_{Днепропетровский}_{национальный}_{университет}_{железнодорожного}_{транспорта}

имениакадемикаВ. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (050) 214 14 19, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0002-8469-3902

ПРИМЕНЕНИЕ

ПРОГРАММНОГО

КОМПЛЕКСА

APM

WINMACHINE

ПРИ

ПРОЕКТИРОВАНИИ

И

РАСЧЕТАХ

В

МАШИНОСТРОЕНИИ

Цель. Для проведения исследований на всех этапах проектирования, разработки, эксплуатации,

определенияостаточногоресурса (аименно: предварительногоисследования, выборапринциповдействия,

разработокэскизногоитехническогопроектов, ихоптимизации, подготовкиконструкторскойдокументации

(18)

необходимо использование самых современных компьютерных технологий. Их использование позволяет

нетольковоспроизводитьданныеисведениятемилиинымспособом, атакжепредоставляетвозможность эффективно и непосредственно взаимодействовать с информационным объектом, который создается или демонстрируется. Целью исследования является анализ теоретических подходов и механизмов осуществления практических расчетов в отраслях промышленности для решения современных задач

с помощью программных комплексов. Методика. При выполнении инженерных расчетов, связанных

с анализом прочности машин, механизмов, конструкций на практике используют как аналитические, так

ичисленныеметоды. Наибольшеераспространение прианализенапряженно-деформированного состояния моделей объектов, получения их динамических характеристик и характеристик устойчивости при постоянныхипеременныхрежимахвнешнейнагрузкиполучилметодконечныхэлементов, реализованный вомногихизвестных иширокораспространенных программныхпродуктах, обеспечивающихпрочностной расчет моделей машин, механизмов, конструкций. Результаты. Обосновано использование рассматриваемогосовременногопрограммногокомплексадляпроектированиядеталеймашиниразличных видов их соединений и прочностного анализа конструкций. Цветные карты распределения напряжений,

перемещений, внутреннихусилий, коэффициентовзапасапрочностиидр. позволяюточеньточноибыстро определять наиболее опасные места в конструкции. Программа обеспечивает возможность «заглянуть» внутрь элементов и увидеть распределение возникающих внутренних силовых факторов.

Научная новизна. Рассмотрены неисследованные на данный период аспекты, связанные с современным

состоянием и перспективами развития промышленного производства, использования программного комплекса при проектировании и расчетах в машиностроительной отрасли. Разработано обоснование применения программного комплекса для решения задач, направленных на использование

результатов исследований для различных практических задач, в конкретных отраслях машиностроения.

Практическаязначимость.Посравнениюсдругимипрограммнымикомплексами, популярность данного

заключаетсявлегкомусвоениисистемы, быстромеговнедрении, каквучебный, такивпроизводственный процесс. Организационная структура и «дружественный» графический интерфейс, доступность языка делаютизучениеиприменениепрограммыоченьудобным. Этиидругиефакторыреальносокращаютвремя на реализацию проектов, подчеркивают актуальность и практическое значение программного комплекса,

чтодолжнобытьдостойнооцененоегопользователямиприпроведениидальнейшихисследований.

Ключевые слова: современный программный комплекс; машиностроение; машина; механизм;

конструкция; инженерныйрасчет; прочность

L. O. NEDUZHA

1*

, A. O. SHVETS

2*

1*_{Dep. «Building Mechanics», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan,}

Lazaryan St. 2, Dnіpropetrovsk, Ukraine, 40910, tel. +38 (067) 810 51 65, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-7038-3006

2*_{EDSD MBCSS, Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan}

St. 2, Dnіpropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (050) 214 14 19, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-8469-3902

APPLICATION OF APM WINMACHINE SOFTWARE FOR DESIGN

AND CALCULATIONS IN MECHANICAL ENGINEERING

Purpose. To conduct the research at all stages of design, development, operation, residual operation life deter-mination, namely, preliminary study, action principle choice, design of draft and technical projects, their optimiza-tion, preparation of design documentation and control information for automated producoptimiza-tion, comprehensive engi-neering analysis, it is required to use the latest computer technologies. Their use can not only present data and in-formation in some way, but also gives the opportunity to effectively and directly interact with the inin-formation object

that is created or demonstrated. Methodology. To perform engineering calculations associated with the analysis of

the strength of machines, mechanisms, constructions one uses both analytical and numerical methods in practice. The most common method for analysing the stress-strain state of object models, obtaining their dynamic and stabil-ity characteristics at constant and variable modes of external load is the finite element method, which is imple-mented in many famous and widespread software products, providing strength calculation of models of machines,

mechanisms and structures. Findings. The use of modern software for designing machine parts and various types of

(19)

of internal force factors. Originality. The paper considered the aspects, which are unexplored at present, associated with the current state and prospects of development of industrial production, the use of software package for design and calculations in the mechanical industry. The result of the work is the justification of software application for solving problems that are aimed at using research findings for various practical tasks in specific fields of mechanical

engineering. Practical value. Compared with other software systems, popularity of the considered one is explained

by easy mastering of the system, quick implementation both in training and in production process The organiza-tional structure, «friendly» graphical interface and accessible language make learning and use of the program very convenient. These and other factors actually reduce the time for project implementation, emphasize the relevance and the practical importance of the software system, which is appreciated by its users.

Keywords: modern software package; mechanical engineering; machine; mechanism; structure; engineering cal-culation; strength

REFERENCES

1. APM Structure3D. Sistema rascheta i proyektirovaniya detaley i konstruktsiy metodom konechnykh elementov.

Versiya 9.2: rukovodsnvo polzovatelya (APM Structure3D. The system of calculation and design of compo-nents and structures using finite element method. Version 9.2. User’s guide). Available at: http://www.apm.ru (Accessed 10 February 2016).

2. Agapov V.P. Metod konechnykh elementov v statike, dinamike i ustoychivosti prostranstvennykh

tonkosten-nykh podkreplentonkosten-nykh konstruktsiy [The finite element method in statics, dynamics and stability of the space

thin-walled reinforced constructions]. Moscow, АСВ Publ., 2000. 152 p.

3. AO «Kalugaputmash» (LC «Kalugaputmash»). Available at: http://www.kalugaputmash.ru (Accessed 10 Feb-ruary 2016).

4. Bate K. Chislennyye metody analiza i metod konechnykh elementov [Numerical methods of analysis and finite

element method]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1982. 448 p.

5. Gallager R. Metod konechnykh elementov. Osnovy [The finite element method. Foundations]. Moscow, Mir

Publ., 1984. 428 p.

6. Darkov A.V., Shaposhnikov N.N. Stroitelnaya mekhanika [Building mechanics]. Moscow, High School Publ.,

1986. 462 p.

7. Demikhovskiy mashinostroitelnyy zavod (Demikhovskiy Machinery Plant). Available at: http://www.dmzavod.ru (Accessed 10 February 2016).

8. Dystanciine navchannia. Opir materialiv (Distance Learning. Strength of Materials). Available at: http://www.moodle.diit.edu.ua (Accessed 10 February 2016).

9. Zamriy A.A. Proyektirovaniye i raschet metodom konechnykh elementov trekhmernykh konstruktsiy v srede

APM Structure3D [Design and finite element analysis of three-dimensional structures in the APM environment Structure 3D]. Moscow, APM Publ., 2006. 288 p.

10. Zenkevich O. Metod konechnykh elementov v tekhnike [The finite element method in the technique]. Moscow,

Mir Publ., 1975. 544 p.

11. Ivanov B.E. Resheniye zadach dinamiki i ustoychivosti stroitelnykh konstruktsiy metodom konechnykh

elemen-tov [The solution of problems of dynamics and stability of building structures using finite element method].

Moscow, IISS Publ., 1990. 288 p.

12. Konovalov D., Daryukhin A. Ispolzovaniye programmnogo kompleksa APM WinMachine dlya issledovaniya

ostatochnogo resursa portalnykh kranov [Using APM WinMachine software package for the study of the

re-sidual resource of gantry cranes]. SAPR i grafica – CAD and Graphics, 2008, issue 3. pp. 84-87.

13. Krylov I.V. Informaciini tekhnolohii: teoriia i praktyka [Information Technology: Theory and Practice].

Moscow, Center Publ., 2006. 128 p.

14. Myamlin S.V., Neduzha L.A, Shvets A.A. Vyznachennia vplyvu pokaznykiv tertia v systemi «kuzov-vizok» na

dynamiku vantazhnoho vahona [Determining the impact of friction parameters in the «body-bogie» on the

dynamics of freight cars]. Nauka ta prohres transportu – Science and Transport Progress, 2014, no. 2 (50),

pp. 152-163. doi: 10.15802/stp2014/23792.

15. Promyslovist. Heoghrafiia osnovnykh haluzei promyslovosti svitu (enerhetyka, metalurhiia, mashynobuduvan-nia, khimichna promyslovist, lisova ta derevoobrobna promyslovist, lehka promyslovist (Industry. Location of key industries in the world (energy, metallurgy, chemical industry, timber and woodworking industry, light in-dustry)). Available at: http://ukrmap.su/uk-g11/1345.html (Accessed 10 February 2016).