Abstract
Tässä työssä laadittiin siirtymäperusteinen
elementtimenetelmäohjelmisto, jolla voidaan analysoida
työkoneiden rakenteita sekä tehdä myös työkoneiden
vakavuustarkasteluja. Ohjelmistolla voidaan laskea
lineaarisen statiikan, lineaarisen stabiilisuusteorian
sekä geometrisesti epälineaarisen statiikan tehtäviä.
Lisäksi nykyisessä ohjelmaversiossa on epälineaarisen
dynamiikan ratkaisija.
Itse ohjelmisto on toteutettu käyttäen perinteisiä
ohjelmointikieliä. Mallinnettavan rakenteen parametrinen
geometria, kuormitukset, osien massat ja muut
lähtöarvotiedot syötetään käyttäen
taulukkolaskentakontrollia, joka mahdollistaa
räätälöityjen syöttötietojen antamisen. Kolmiulotteinen
mallinnus ja työkoneen visualisointi toteutettiin
käyttäen kaupallista grafiikkakirjastoa.
Koska lähdekirjallisuudesta ei sellaisenaan löydy työssä
käytettyjä elementtejä eikä laskentamenetelmää, on
raportissa esitetty laskennassa käytettäviä elementtejä
ja menetelmää yleisesti. Elementeistä esitellään sauva-,
palkki-, levy-, kuori- ja solidielementtien lisäksi
offset-, kytkentä- ja liukujousipalkkielementti. Lisäksi
käsitellään lyhyesti hydraulijärjestelmän mallinnusta.
Ratkaisualgoritmeista esitellään statiikan, lineaarisen
stabiilisuusteorian, dynamiikan sekä hydromekaanisen
dynamiikan ratkaisijoiden periaatteet. Koska
epälineaarisen dynamiikan laskentamallista syntyvä
differentiaaliyhtälöryhmä ratkaistaan ilman algebrallisia
sidosehtoja, niin ratkaisualgoritmista on saatu
verrattain nopea. Lisäksi hydraulisylintereiden
vaikutukset kokonaisjoustoon saadaan mallinnettua
suoraan.
Kehitetty laskentaohjelmisto on otettu
suunnittelukäyttöön yhteistyöyrityksissä. Lisäksi
ohjelmalla saatavia laskentatuloksia on vertailtu
lukuisiin työkoneista mittaamalla saatuihin tuloksiin.
Laskentaohjelmaan perehtyneet ovat pitäneet sitä
helppokäyttöisenä ja erityisesti samaan tuoteperheeseen
kuuluvan työkoneen laskenta on nopeutunut huomattavasti.
Ohjelmiston käytöllä voidaan vähentää laskentaan
liittyvää rutiinityötä, jolloin laskennan
virhemahdollisuudet pienenevät. Edelleen ohjelmalla
voidaan tarkastella työkoneen asentoja, joita
perinteisessä laskennassa ei ole laskennan raskauden
vuoksi tarkasteltu.
Ohjelmiston käytöstä on ollut seurauksena suunnittelutyön
laadun parantuminen, suunnittelukustannusten
pienentyminen ja laitteiden käyttöturvallisuuden
parantuminen. Simulaatiotuloksia on voitu käyttää
esimerkiksi käyttölujuustarkastelujen pohjana. Edelleen
laskennan tuloksia voidaan käyttää reuna- ja alkuehtoina
mallinnettaessa jokin koneen yksityiskohta tarkemmin.
Translated title of the contribution | The design and programming of displacement based finite element software: Licentiate thesis |
---|---|
Original language | Finnish |
Qualification | Licentiate Degree |
Awarding Institution |
|
Place of Publication | Espoo |
Publisher | |
Print ISBNs | 951-38-6231-3 |
Electronic ISBNs | 951-38-6232-1 |
Publication status | Published - 2003 |
MoE publication type | G3 Licentiate thesis |
Keywords
- finite element method
- finite element analysis
- calculations
- displacement
- design
- working machines
- stability
- strength
- structural analysis
- computer software
- models
- computer programs