Siirtymäperusteisen elementtimenetelmäohjelmiston suunnittelu ja ohjelmointi: Lisensiaatintyö

Translated title of the contribution: The design and programming of displacement based finite element software: Licentiate thesis

Heikki Marjamäki

Research output: ThesisLicenciateTheses

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 contributionThe design and programming of displacement based finite element software: Licentiate thesis
Original languageFinnish
QualificationLicentiate Degree
Awarding Institution
  • Tampere University of Technology (TUT)
Place of PublicationEspoo
Publisher
Print ISBNs951-38-6231-3
Electronic ISBNs951-38-6232-1
Publication statusPublished - 2003
MoE publication typeG3 Licentiate thesis

Keywords

  • finite element method
  • finite element analysis
  • calculations
  • displacement
  • design
  • working machines
  • stability
  • strength
  • structural analysis
  • computer software
  • models
  • computer programs

Cite this