Если бы перед вами стояла задача спроектировать ковшовый элеватор, как бы вы подошли к ее решению?
Раньше инженеры брали за основу уже существующий проект, вручную проводили расчеты, по результатам которых создавали изделие и тестировали его в реальных условиях эксплуатации. Чаще всего первые испытания не давали положительных результатов, и проект отправляли на доработку, а затем снова и снова проводили экспериментальные исследования.
Построение физических прототипов отнимало много сил, времени и средств, не позволяя в короткие сроки создавать конкурентоспособные изделия. Теперь при проектировании инженеры используют высокоточные инструменты моделирования на основе вычислительной гидродинамики (CFD), метода конечных элементов (FEM) и метода дискретных элементов (DEM).
Разрабатывая конструкцию ковшового элеватора, инженеры могут использовать интерфейс ANSYS Mechanical – Rocky DEM, чтобы создать виртуальный прототип и оптимизировать его.
Экспорт нагрузок из Rocky-DEM для статических прочностных расчетов.
Основы FEM- и DEM-анализа
Программное обеспечение для конечно-элементного анализа, такое как ANSYS Mechanical, применяется для решения задач механики деформируемого твердого тела (МДТТ) в гражданском строительстве, автомобилестроении, авиации и других отраслях промышленности.
Использование инструмента Rocky DEM для расчета нагрузок, возникающих в конструкции ковшового элеватора при транспортировке сыпучего материала.
Статические расчеты позволяют вычислить условия устойчивости и возникновения деформаций в конструкции при определенных нагрузках. При моделировании нестационарных процессов учитываются как энергия деформации, так и кинематическая энергия.
Метод дискретных элементов (DEM) играет главную роль в изучении динамики частиц. Он позволяет проводить расчеты с такими материалами, как камень, грунт, порошкообразные химикаты, чипсы или таблетки.
DEM-анализ учитывает все силы, действующие на каждую частицу в общей массе материала. Он дает полное представление о том, как материал будет взаимодействовать с оборудованием в различных условиях и режимах эксплуатации.
В Rocky DEM можно моделировать системы с множеством частиц, имеющих сложную форму, и задавать их размер с максимальной точностью. Этот программный инструмент используется в таких отраслях производства, как добыча полезных ископаемых, тяжелое машиностроение, сельское хозяйство, химическая и фармацевтическая промышленность.
Интерфейс ANSYS Workbench – Rocky DEM
В процессе моделирования Rocky DEM вычисляет нагрузки на каждом узле геометрической сетки. Затем эти нагрузки экспортируются в виде поля распределения давлений для последующего анализа в Mechanical. FEA-инструмент создает конечно-элементную модель и производит прочностной расчет.
Объединяя прочностной анализ и расчеты в Rocky DEM, инженеры могут моделировать нестационарные процессы, учитывая движение элементов конструкции и изменяющиеся во времени нагрузки со стороны сыпучего материала.
Кроме того, Rocky DEM полностью интегрирован в среду ANSYS Workbench, поэтому дополнительное программное обеспечение для совместных расчетов с ANSYS Mechanical не потребуется. Это также позволит инженерам применять инструменты ANSYS для исследования различных вариантов конструкции, проводить виртуальные параметрические исследования, оптимизацию топологии, оценку робастности и генерировать поверхность отклика.
Инструмент Rocky DEM полностью интегрирован в среду ANSYS Workbench.
Опыт использования интерфейса в промышленности
Многие компании уже воспользовались возможностями интеграции Rocky DEM с инструментами ANSYS. Это позволило им усовершенствовать свое оборудование и оптимизировать производственные процессы.
Например, один из крупнейших производителей железной руды столкнулся со сбоями в процессе сепарации материала. Мелкие частицы руды застревали в грохотах, находящихся в основании бункера, из-за чего резко снижалась производственная эффективность и требовалось дополнительное техобслуживание. Ручная очистка оборудования приводила к увеличению времени простоя.
Используя AMSYS Mechanical и Rocky DEM, инженеры компании смогли точно рассчитать нагрузки на грохот в процессе обработки материала. Инструмент Rocky DEM рассчитал необходимый диапазон размеров и форм частиц поступающей руды.
Осуществляя планирование эксперимента в ANSYS Workbench, можно сгенерировать поверхность отклика.
Специалисты внесли в оборудование соответствующие конструктивные изменения, а именно: оптимизировали угол наклона, скорость вращения, профиль роликовых дисков грохота и расстояние между роликами. Это позволило увеличить эффективность производства на 11,4% и всего за 3 месяца сэкономить 100 миллионов долларов.
Чтобы подробнее узнать о данном опыте оптимизации, смотрите вебинар (на английском): Прочностные расчеты и моделирование частиц. Сопряженный расчет в Rocky DEM и ANSYS Mechanical.