vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2020-47-4-8-19vdgtu-872Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER, METALLURGICAL AND CHEMICAL MECHANICAL ENGINEERINGИсследование погрешностей представления трехмерных моделей при определении параметров деталей приборов на примере двухмассовой вращающейся системы с упругой связьюInvestigation of errors in the representation of 3D models in determining the parameters of parts of devices BY the example of a two-mass rotating system with elastic couplingБратчиковС. А.BratchikovS. A.

Братчиков Степан Артемьевич, аспирант, факультет систем управления и робототехники

197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49, литер А

Stepan A. Bratchikov, Postgraduate Student, Faculty of Control Dystems and Robotics

49 Kronverksky Ave., bldg. A, Saint Petersburg 197101

loross90@gmail.comАбрамоваЕ. А.AbramovaE. A.

Абрамова Евгения Александровна, аспирант, факультет программной инженерии и компьютерной техники

197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49, литер А

Evgeniia A. Abramova, Postgraduate Student, Faculty of Software Engineering and Computer Systems

49 Kronverksky Ave., bldg. A, Saint Petersburg 197101

vectra4444@mail.ruУниверситет ИТМОРоссияITMO UniversityRussian Federation202020012021474819Copyright © Братчиков С.А., Абрамова Е.А., 20212021Братчиков С.А., Абрамова Е.А.Bratchikov S.A., Abramova E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/872Цель

Цель. Целью исследования является рассмотрение области применения современных методов разработки и конструирования приборов с использованием средств трехмерного моделирования и симулирования физических процессов. Исследуется оправданность применения и критерии достоверности получаемых результатов при последовательном проектировании механической части электропривода и системы управления.

Метод

Метод. Рассматриваются способы модельного представления трехмерных объектов в системах автоматизированного проектирования, а также методы, применимые для решения задач определения деформаций под приложенной нагрузкой. На примере элементарного соединения проведено сравнение получаемых результатов динамической характеристики упругого вала в системе автоматизированного проектирования с расчитанным аналитически.

Результат

Результат. Определены основные принципы и соотношения, применимые для описания формы трехмерных моделей. Показаны методы, посредством которых возможно получение информации о массово центровочных характеристиках моделей. Приведены соотношения, которые положены в основу численных методов решения задач об определении упругих деформаций тел. Показана погрешность, которая может проявляться при использовании недостаточно малых элементарных объемов при решении задачи определения упругой деформации.

Вывод

Вывод. Использование трехмерного моделирования при проектировании сложных технических систем оправдано и ускоряет производственные процессы. Однако не всегда численные методы могут дать точный результат, что ведет к необходимости либо увеличивать сложность расчетов, либо к дополнительной подстройке некоторых параметров проектируемых приборов.

Objective

Objective. The objective of the study is to consider the application field of modern device development and design methods using the means of 3D modeling and simulation of physical processes. The validity of the application and criteria for the reliability of the results obtained in the sequential design of the mechanical part of the electric drive and the control system are investigated.

Methods

Methods. Methods of model representation of 3D objects in computer-aided design systems are considered, as well as methods for solving problems of determining strain under the applied load. Using the example of an elementary joint, the obtained results of the dynamic characteristic of an elastic shaft in a computer-aided design system are compared with those calculated analytically.

Results

Results. The article defines the basic principles and relations applicable to describing the shape of 3D models. Methods are shown by which it is possible to obtain information about the mass-centering model characteristics. The relations that form the basis of numerical methods for solving problems of determining elastic deformations of bodies are also given. The error that can occur when using insufficiently small elementary volumes in solving the problem of determining elastic deformation is shown.

Conclusion

Conclusion. The use of 3D modeling in the design of complex technical systems is justified and speeds up production processes. However, numerical methods cannot always give an accurate result leading to the need to either increase the complexity of calculations or additionally adjust some designed device parameters.

трехмерное моделированиеметод конечных элементовсистема автоматизированного проектированияматематическая модельпогрешность численного метода3D modelingfinite element methodcomputer-aided design systemmathematical modelnumerical method errorReferencesLasi, H., Fettke, P., Kemper, H. G., Feld, T., Hoffmann, M. Industry 4.0 // Business & information systems engineering. 2014. Vol. 6. №. 4. pp. 239-242.Lasi, H., Fettke, P., Kemper, H. G., Feld, T., & Hoffmann, M., "Industry 4.0", Business & information systems engineering, Vol. 6, №. 4, 2014, pp. 239-242.Ahuett-Garza H., Kurfess T. A brief discussion on the trends of habilitating technologies for Industry 4.0 and Smart manufacturing // Manufacturing Letters. 2018. Vol. 15. pp. 60-63.Ahuett-Garza H., Kurfess T. "A brief discussion on the trends of habilitating technologies for Industry 4.0 and Smart manufacturing", Manufacturing Letters, Vol. 15, 2018, pp. 60-63.Cukovic S., Devedzic G., Ghionea I., Fiorentino M., & Subbaraj K. Engineering design education for industry 4.0: Implementation of augmented reality concept in teaching CAD courses // Proceedings of 2016 International Conference on Augmented Reality for Technical Entrepreneurs (ARTE’16). 2016. pp. 11-16.Cukovic S., Devedzic G., Ghionea I., Fiorentino M., & Subbaraj K. "Engineering design education for industry 4.0: Implementation of augmented reality concept in teaching CAD courses", Proceedings of 2016 International Conference on Augmented Reality for Technical Entrepreneurs (ARTE’16), 2016, pp. 11-16.Grieves M., Vickers J. Digital twin: Mitigating unpredictable, undesirable emergent behavior in complex systems //Transdisciplinary perspectives on complex systems. Springer, Cham, 2017. pp. 85-113.Grieves M., Vickers J. "Digital twin: Mitigating unpredictable, undesirable emergent behavior in complex systems", Transdisciplinary perspectives on complex systems, Springer, Cham, 2017, pp. 85-113.Tovey M. Drawing and CAD in industrial design // Design Studies. 1989. Vol. 10. №. 1. pp. 24-39.Tovey M. "Drawing and CAD in industrial design", Design Studies, Vol. 10, №. 1, 1989, pp. 24-39.Hürlimann, F., Kelm, R., Dugas, M., Oltmann, K., & Kress, G. Mass estimation of transport aircraft wingbox structures with a CAD/CAE-based multidisciplinary process // Aerospace Science and Technology. 2011. Vol. 15. No. 4. С. 323-333.Hürlimann, F., Kelm, R., Dugas, M., Oltmann, K., & Kress, G. "Mass estimation of transport aircraft wingbox structures with a CAD/CAE-based multidisciplinary process" Aerospace Science and Technology, Vol. 15, №. 4, 2011, pp. 323-333.Абуфанас А.С., Лобатый А.А., Шведко А. Г. Поисковый алгоритм параметрической идентификации электропривода системы мониторинга //Системный анализ и прикладная информатика. 2017. №. 2.Abufanas А. S., Lobaty А. А., Shvedko А. G. "Searching algorythm of parametric identification of electric drive of monitoring system", System analysis and applied informatics, 2017, Vol. 2 ["Poiskovy algoritm parametricheskoi identifikatsii elektroprivode sistemy monitoringa", Sistemny analiz i prikladnaya informatika, 2017, Vol. 2 (In Russ)]Дуюн Т.А. Технологическое обеспечение точности формы контактной поверхности коллектора электродвигателя // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2010. №. 1 (95).Dyun T. А. Technological support of the tolerance of the shape of the contact surface of the electric drive collector, Scientific and technical bulletin of SPBPU. Natural and engineering sciences, №. 1 (95), 2010 [Tehnologicheskoe obespechenie tochnosti formy kontaktnoi poverhnosti kollektora dvigatelya, Nauchno-tehnicheskiy vestnik SPbPU. Estestvennie i ingenerniye nauki, №. 1 (95), 2010] (In Russ)]Васильцов А. А. и др. Влияние технологических погрешностей на динамику электродвигателя-маховика // Решетневские чтения. 2012. Т. 1. №. 16.Vasiltsov А. А. et al, "The influence of technological errors at the dynamics of the flywheel electric motor", Reshetnikov's readings, Vol. 1, №. 16, 2012 ["Vliyanie tehnologicheskih pogreshnostei na dinamiku elektrodvigatelya-mahovika", reshetnikovskie chteniya, Vol. 1, №. 16, 2012] (In Russ)]Житников В. П., Шерыхалина Н. М., Поречный С. С. Об одном подходе к практической оценке погрешностей численных результатов//Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2009. №. 3 (80).Zhitnikov V. P., Sherychalina N. М., Porechnyi S. S, "About one method of practical assesment of errors of numerical results", Scientific and technical statements of Saint-Petersburg state polytechnical university. Informatics. Telecommunications. Control, №. 3 (80), 2009 ["Ob odnom podhode k prakticheskoi otsenke pogreshnostei chislennyh resultatov", Nauchno-technicheskiye vedomosti Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo politehnicheskogo universiteta. Informatika. Telekommunikatsii. Upravlenie, No. 3 (80), 2009] (In Russ)]Глазырин А. С., Боловин Е. В. Разработка и лабораторное апробирование метода идентификации параметров электродвигателей на основе разностных схем//Известия Томского политехнического университета. 2012. Т. 321. №. 4. С. 112-115.Glazyrin А. S., Bolovin Е. V, "Development and laboratory approbation of method of identification of parameters of electric motors using difference schemes", Bulletin of Tomsk's polytechnical university, Vol. 321, No. 4, 2012, pp. 112-115 ["Razrabotka I laboratornoe aprobirovanie metoda identifikatsii parametrov elektrodvigatelei na osnove raznostnyh shem", Izvestiya Tomskogo politehnicheskogo universiteta, Vol. 321, No. 4, 2012, pp. 112-115] (In Russ)]Choi J. W., Lee S. C., Kim H. G. Inertia identification algorithm for high-performance speed control of electric motors // IEE Proceedings-Electric Power Applications. 2006. Vol. 153. No. 3. pp. 379-386.Choi J. W., Lee S. C., Kim H. G, "Inertia identification algorithm for high-performance speed control of electric motors", IEE Proceedings-Electric Power Applications, Vol. 153, №. 3, 2006, pp. 379-386.URL:https://nari.arc.nasa.gov/sites/default/files/attachments/VSP%20Workshop%20Inertias.pdf/MarkMcMillin. OpenVSP Inertia Calculation //OpenVSP Workshop NASA Ames Research Center August 23-25, 2016URL:https://nari.arc.nasa.gov/sites/default/files/attachments/VSP%20Workshop%20Inertias.pdf/MarkMcMillin. OpenVSP Inertia Calculation //OpenVSP Workshop NASA Ames Research Center August 23-25, 2016Dovramadjiev, Tihomir. Calculating Mass Properties of the 3D geometry. Connection between SolidWorks 3D CAD system and Cinema 4D Tutorial presentation. // DOI: 10.13140/RG.2.2.18800.61444.Dovramadjiev, Tihomir, "Calculating Mass Properties of the 3D geometry. Connection between SolidWorks 3D CAD system and Cinema 4D Tutorial presentation", DOI: 10.13140/RG.2.2.18800.61444.Al Akhras H. et al. Isogeometric analysis-suitable trivariate NURBS models from standard B-Rep models // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2016. Vol. 307. pp. 256-274.Al Akhras H. et al, "Isogeometric analysis-suitable trivariate NURBS models from standard B-Rep models", Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 307, 2016, pp. 256-274.Shapiro V. Solid Modeling //Handbook of computer aided geometric design. 2002. Vol. 20. pp. 473-518.Shapiro V. "Solid Modeling", Handbook of computer aided geometric design, Vol. 20, 2002, pp. 473-518.Lukichev D. V., Demidova G. L., Brock S. Fuzzy adaptive PID control for two-mass servo-drive system with elasticity and friction // 2015 IEEE 2nd International Conference on Cybernetics (CYBCONF). IEEE, 2015. pp. 443-448.Lukichev D. V., Demidova G. L., Brock S, "Fuzzy adaptive PID control for two-mass servo-drive system with elasticity and friction" 2015 IEEE 2nd International Conference on Cybernetics (CYBCONF), IEEE, 2015, pp. 443-448.Lautrup B. Physics of continuous matter: exotic and everyday phenomena in the macroscopic world. CRC press, 2011.Lautrup B, "Physics of continuous matter: exotic and everyday phenomena in the macroscopic world", CRC press, 2011.Klocke F. et al. Examples of FEM application in manufacturing technology //Journal of Materials Processing Technology. 2002. Vol 120. No. 1-3. С. 450-457.Klocke F. et al. "Examples of FEM application in manufacturing technology", Journal of Materials Processing Technology, Vol. 120, No. 1-3, 2002, pp. 450-457.Śliwa A., Mikuła J., Dobrzański L. A. FEM application for modelling of PVD coatings properties //Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. 2010. Vol. 41. No. 2. pp. 164-171.Śliwa A., Mikuła J., Dobrzański L. A, "FEM application for modelling of PVD coatings properties", Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Vol . 41, No. 2, 2010, pp. 164-171.Lee D. H., Lee J. H., Ahn J. W. Mechanical vibration reduction control of two-mass permanent magnet synchronous motor using adaptive notch filter with fast Fourier transform analysis // IET electric power applications. 2012. Vol. 6. No. 7. С. 455-461.Lee D. H., Lee J. H., Ahn J. W, "Mechanical vibration reduction control of two-mass permanent magnet synchronous motor using adaptive notch filter with fast Fourier transform analysis", IET electric power applications, Vol. 6, No. 7, 2012, pp. 455-461.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.