Исследование погрешностей представления трехмерных моделей при определении параметров деталей приборов на примере двухмассовой вращающейся системы с упругой связью

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. 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. 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. 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.

1. Lasi, H., Fettke, P., Kemper, H. G., Feld, T., Hoffmann, M. Industry 4.0 // Business & information systems engineering. 2014. Vol. 6. №. 4. pp. 239-242.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Tovey M. Drawing and CAD in industrial design // Design Studies. 1989. Vol. 10. №. 1. pp. 24-39.

6. 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.

7. Абуфанас А.С., Лобатый А.А., Шведко А. Г. Поисковый алгоритм параметрической идентификации электропривода системы мониторинга //Системный анализ и прикладная информатика. 2017. №. 2.

8. Дуюн Т.А. Технологическое обеспечение точности формы контактной поверхности коллектора электродвигателя // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2010. №. 1 (95).

9. Васильцов А. А. и др. Влияние технологических погрешностей на динамику электродвигателя-маховика // Решетневские чтения. 2012. Т. 1. №. 16.

10. 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).

11. 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.

12. 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.

13. 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, 2016

14. 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.

15. 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.

16. Shapiro V. Solid Modeling //Handbook of computer aided geometric design. 2002. Vol. 20. pp. 473-518.

17. 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.

18. Lautrup B. Physics of continuous matter: exotic and everyday phenomena in the macroscopic world. CRC press, 2011.

19. 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.

20. 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.

21. 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.