Вам когда-нибудь приходила в голову мысль: «Мне нравится эта вещь, но она была бы явно лучше, если бы…»? Может быть, вы хотели бы видеть её более прочной, более легкой или даже более привлекательной с эстетической точки зрения? Возможно, если бы эта вещь имела больше возможностей или могла работать в более тяжелых условиях, она бы лучше соответствовала вашим требованиям. Может быть, вы не особо часто задумываетесь о подобных вопросах, но мы в компании Jacobs Analytics одержимы подобными мелочами и верим в стратегию непрерывного совершенствования продукта. Мы нашли ответы на подобные вопросы и смогли разработать более прочную велосипедную раму, а также флягу для воды с улучшенной термоизоляцией.

Каждый день мы используем вещи, которые упрощают нашу жизнь и делают нашу работу более эффективной, и пока эти вещи исправно выполняют свои функции, мы не особо-то и задумываемся о них.  Затем, в один прекрасный день, мы сталкиваемся с более совершенной вещью и понимаем, что то, что мы использовали ранее, могло бы быть лучше, и новая разработка дарит нам гораздо более приятный опыт.

Сейчас у нас есть творческая команда, которая любит использовать научный подход, инженерное творчество и компьютерное моделирование для создания хороших вещей. Мы уделяем значительное количество времени для разработки новых инновационных решений повседневных проблем, о которых большинство людей даже не догадывается. Будь то улучшение уже существующих изделий или создание нового изделия с комбинированным функционалом – мы заняты разработкой продуктов, о которых вы пока ничего не знаете, но скоро не будете представлять свою жизнь без них.  Jacobs Analytics – это команда целеустремленных и находчивых инженеров с хорошим воображением. Наша команда способна разрабатывать и создавать лучшие решения для совершенствования известных продуктов и изобретения новых.

Улучшение качества продукции за счет компьютерного моделирования

В качестве стратегического оружия, обеспечивающего высокое качество продукции и быстрый выход на рынок, в процессе проектирования, совершенствования и тестирования продукции наша команда использует программное обеспечение ANSYS. Благодаря использованию ANSYS мы получаем предельно точное понимание всех процессов, происходящих в разрабатываемых изделиях. Использование компьютерного моделирования является неотъемлемой частью процесса разработки, так как оно позволяет быстро оценить, стоит ли вообще бороться за ту или иную идею. Если идея работает – превосходно, в противном же случае мы беремся за другую интересную идею. В этом году мы разработали несколько интересных продуктов, которые вскоре выйдут на рынок.

Титановая рама для горного велосипеда

Мы разработали титановую велосипедную раму для изготовления методом аддитивного производства. При помощи ANSYS Mechanical мы оптимизировали ее прочность и жесткость. Наша титановая рама будет весить меньше или столько же, как и лучшие углепластиковые рамы, при этом она будет невероятно прочной и долговечной, а также будет способна выдерживать работу в самых тяжелых условиях, воспринимая экстремальные нагрузки без повреждений. Наша рама рассчитана на велосипедиста весом 136 кг (300 фунтов) и четырехкратные перегрузки, что в итоге дает нам 544 кг (1200 фунтов) эксплуатационной нагрузки. В отличие от карбонового аналога, титановая рама не будет расслаиваться и растрескиваться при таких нагрузках, поскольку она значительно эффективнее поглощает энергию. К тому же, наша рама имеет оболочку из гибридного композиционного материала и покрыта защитной пленкой, которая обеспечивает защиту рамы от ударов о камни и ветки деревьев.

Используя ANSYS SpaceClaim для создания оболочечной модели и ANSYS Mechanical для проведения расчётов, мы проанализировали множество вариантов конструкции титановой рамы. Мы стремились создать одновременно наиболее легкую и наиболее жесткую велосипедную раму в пределах заложенного коэффициента запаса 1,5. Мы варьировали толщиной отдельных конструктивных элементов рамы и составили таблицу с весом и прогибом конструкции для каждого варианта.

Мы также изменяли расстояние между ребрами жесткости, регистрируя при этом вес конструкции, ее жесткость и коэффициент запаса.

Для получения желаемых показателей веса, жесткости и коэффициента запаса мы также изменяли геометрические размеры рамы. Собирая воедино все результаты исследований, мы создали сравнительную таблицу, которая содержала информацию о диаметре облегчающих отверстий, весе рамы, ее жесткости и коэффициенте запаса.

После сотен последовательных расчетов различных конструкций рамы, проведенных при помощи ANSYS Mechanical Enterprise, мы получили оптимальный вариант со следующими параметрами:

• максимальный прогиб – менее 2 мм;
• коэффициент запаса – 1,5;
• вес – менее 910 грамм (2 фунта).

Термоизолированные фляги для воды, которым нет равных в прочности и устойчивости к повреждениям

Не так давно наша команда решила применить расчёты в ANSYS для того, чтобы устранить недостатки термоизолированной фляги для воды, так как конструкция фляги была сырой, и возможность применения компьютерного моделирования в этом проекте чрезвычайно интересовала нашу команду. В результате наших усилий мы получили прочную и устойчивую к повреждениям термоизолированную флягу для воды из нержавеющей стали. Другие модели фляг, имеющиеся на рынке, превосходно выполняют функцию термоизоляции, сохраняя ее холодной или горячей. Однако стоит вам уронить такую флягу, полученные повреждения могут привести к ухудшению термоизоляции. Мы создали модели и проверили различные материалы для покрытия, которые в значительной степени снизили бы риск получения повреждений фляги при ударе. Сочетание возможностей моделирования с изобретательностью, знаниями материаловедения и творческими способностями нашей команды позволило нам разработать инновационное решение – флягу для воды, которая легче, прочнее и эргономичнее. К тому же, она ещё и лучше выглядит.

Нашей целью было сделать фляжку настолько легкой, насколько это вообще возможно, при этом было необходимо обеспечить максимально эффективную термоизоляцию.

Используя нестационарные температурные расчеты в ANSYS Mechanical, мы получили зависимости температуры жидкости внутри бутылки от времени.

Затем мы подсчитали теплопередачу через стенки фляги. Для того, чтобы получить оптимальную конструкцию фляги, мы выполнили расчёт в ANSYS для сотен различных моделей с разными изоляционными материала, толщинами изоляционного слоя, а также размерами внутренней и наружной колб.

Используя решатель ANSYS для задач динамики в явной постановке, мы провели расчеты соударения фляги и сопоставили их с результатами реальных испытаний. Это обеспечило оптимизацию конструкции фляги, снижение веса и повышение устойчивости к повреждениям.

Заключение

Такие продукты, как фляги для воды и велосипеды, знакомы каждому, однако это не мешает нам с энтузиазмом подходить к вопросам оптимизации этих повседневных вещей.  Для нас, для стартапа, было очень важным получить доступ к инструментам компьютерного моделирования, которые предоставляет программа ANSYS Startup Program. Это дало нам возможность продвигать наши идеи и воплощать их в жизнь наиболее экономичным и эффективным путем.

Источник: http://www.ansys-blog.com/better-bike-frame-using-simulation/
Автор: Travis Jacobs