Universitatea „ Aurel Vlaicu” din Arad

Facultatea de Inginerie

PROIECTAREA ASISTATA DE CALCULATOR

LABORATOR

„PROIECTAREA UNUI AUTOVEHICUL FOLOSIND CATIA V5”STUDIU DE CAZ

COORDONATOR STUDENTŞl.dr.ing. Sârb Mihai

2012-2013

1

Lucrarea prezintă posibilităţile de proiectare asistată a caroseriilor auto. Prin aceasta lucrare, am încercat să prezentăm modalitatea de proiectare şi realizare a unui automobil prin folosirea programelor specializate. Astfel, prin folosirea programului CATIA V5, proiectarea unui automobil devine mai uşoară, cu un procent de reducere a timpului alocat proiectării foarte mare.

Trebuie subliniat faptul ca primul care a ajuns la concluzia asupra formei aerodinamice ideale a fost inginerul roman Henri Coanda (părintele aviaţiei cu reacţie). In urma numeroaselor sale cercetări şi încercări asupra legilor aerodinamicii, Coanda ajunge la concluzia că forma aerodinamica ideala (care întâmpina cea mai mica rezistenţă la deplasarea în aer) este forma picăturii de apa in cădere.

Autovehiculul a devenit parte integrantă a stilului modern de viaţă, el fiind principalul mijloc de realizare a mobilităţii.

Dezvoltarea rapidă a industriei constructoare de autovehicule din ultimele patru decenii a generat o criză de supraproducţie şi mutaţii importante în ceea ce priveşte nivelul producţiei şi repartiţia acesteia pe piaţă.

CAROSERIA AUTO Caroseria este structura de rezistenţă a autovehiculului, amenajată pentru

transportul şi protejarea persoanelor şi a mărfurilor, precum şi pentru instalarea unor echipamente sau utilaje, conferind acestuia, concomitent, formă estetică şi rezistenţă aerodinamică redusă.

Caroseriile trebuie să corespundă anumitor cerinţe, cum ar fi:- formă cât mai apropiată de cea aerodinamică;- să fie uşoare, dar şi rezistente;- să fie astfel concepute încât să ofere vizibilitate maximă pentru conducător;

- să fie confortabile. Autovehiculele rutiere se clasifică după următoarele criterii principale:- destinaţie (felul transportului);- particularităţi constructive (tipul motorului, tipul transmisiei, tipul propulsiei);- numărul punţilor;- capacitate de trecere.

Proiectarea caroseriilor este o problemă complexă care presupune îmbinarea corespunzătoare a unui număr mare de factori referitori la ergonomia, arhitectura, rezistenţa, tehnologia şi organizarea fabricaţiei, precum şi siguranţa caroseriilor.

În industria auto este folosită pe scară largă proiectarea asistată de calculator (CAD – Computer Aided Design), ingineria asistată de calculator (CAE – Computer Aided Engineering) şi fabricaţia asistată de calculator (CAM – Computer Aided Manugacturing). Sistemele CAD sunt utilizate interactiv de către proiectant în primul rând la proiectarea geometric-constructivă, posibilităţile graficii pe calculator, cu vizualizări în spaţiu sub diverse unghiuri, oferind astfel, în acelaşi timp, avantaje enorme în găsirea soluţiei optime precum şi rezolvarea unor probleme dificile legate de condiţiile de montare, demontare şi accesibilitatea în anumite zone.

2

Pentru proiectarea caroseriilor s-au elaborat sisteme specifice de proiectare, având diverse denumiri comerciale şi care sunt utilizate curent de firmele constructoare de automobile.

PROIECTAREA ASISTATĂ DE CALCULATOR

Proiectarea asistată de calculator (CAD – Computer Aided Design) este, în prezent, din ce în ce mai des utilizată în domenii foarte diverse, unii specialişti fiind de părere că şi-a atins maturitatea. Totuşi, transformările recente ale principalelor sisteme de proiectare asistată dovedesc faptul că domeniul CAD se află încă în plină evoluţie.

CATIA ( Computer Aided Three dimensional Interactive Applications), produs al companiei Dassault Systemes este, în prezent, unul dintre cele mai utilizate sisteme integrate CAD/CAM/CAE pe plan mondial,cu aplicaţii în domenii diverse, între care: industria constructoare de maşini, aeronautica, navală, de automobile, si multe altele.

Programul CATIA V5 furnizează o varietate largă de soluţii integrate pentru a satisface toate aspectele legate de design şi fabricaţie.

CATIA V5 reprezintă vârful tehnologiei informatice de proiectare atât a tehnologiilor constructoare de maşini cât şi în industria constructoare de diferite piese.

PROIECTAREA UNEI CAROSERII AUTO FOLOSIND CATIA V5

Prin folosirea programului CATIA V5, proiectarea unui automobil devine mai uşoară, cu un procent de reducere a timpului alocat proiectării foarte mare.

În cadrul aceste lucrări voi prezenta o nouă metodă de proiectare în domeniul auto. Odată cu trecerea timpului, modul de proiectare a unor modele noi de automobile devine din ce în ce mai simplu prin introducerea calculatoarelor în tehnologia de proectare.

Proiectarea unei caroserii auto folosind CATIA V5 se poate realiza prin mai multe moduri datorita diferitelor posibilităţi pe care CATIA le poate oferi. Aceste module de lucru sunt: ”FreeStyle”, Sketch Tracer”,” Imagine&Shape”, etc.

Metoda folosită de mine în această lucrare constă într-o combinaţie de module pentru a evidenţia diferitele posibilităţi pe care ne sunt oferite de program.

Modulele folosite în acest proiect vor fii următoarele:- Modulul „CATIA Sketcher” în care vom crea schiţele pe care ne intresează;- Modulul „Part Design” în care se va realiza caroseria;- Modulul „Sketch Tracer” în care se va urmări conturul caroseriei;- Modulul „Freestyle Surface” în care vom realiza părţile caroseriei din sticlă cum

ar fi: parbrizul, luneta şi geamurile laterale; - Modulul„Generative Structural Analysis” în care, cu ajutorul elementului finit se

va efectua o analiză structurală a caroseriei;-Modulul „CATIA Drafting” cu care se vor realiza planşele de execuţie a

caroseriei.În continuare se prezintă etapele de lucru pentru realizarea caroseriei:

Pasul 1. Crearea unui bloc solid tip piesă

3

În această primă etapă voi crea un bloc solid din care vom sculpta ulterior caroseria. Pentru creare acestui bloc solid vom începe cu modulul CATIA Sketcher în care vom crea o schiţă a unui dreptunghi, urmat de modulul Part Design în care vom realiza blocul solid cu ajutorul comenzii PAD care presupune extrudarea unui profil la o grosime prestabilită.

Pasul 2. Introducerea profilelor caroseriei în CATIA V5

4

În această etapă vom introduce în CATIA pozele de referinţă cu caroseria auto, în vederea sculptării formei geometrice primare a caroseriei. Pentru aceasta vom folosi modulul Sketch Tracer. Modulul Sketch Tracer este folosită pentru a converti imagini 2D într-o scenă 3D, în scopul de a crea geometrie 3D de la desenele de mâna sau din alte surse, cum ar fi imagini.

5

6

Pasul 4. Prelucrarea estetică a caroseriei În urma ultimelor etape, sa realizat o caroserie cu o formă geometrică brută.

De la această formă şi până la definitivarea caroseriei ca o piesă din tablă vom urmări următorii paşi.

Definirea Aripilor caroseriei. Aici vom realiza aripile caroseriei.

7

Definirea Barei de protecţie spate. In această etapă se realizează bara spate a caroseriei.

Înlăturarea muchilor ascuţite. În această etapă folosind comanda fillet vom înlătura muchiile ascuţite de pe suprafaţa caroseriei

8

Realizarea grosimi caroseriei. Ca o ultimă comandă care o folosim în acest stagiu va fii comanda Shell. Cu această comandă vom crea dintr-o structură tip bloc plin, într-o structură de tip carcasă, deci creăm o caroserie auto.

9

Pasul 5. Crearea suprafeţelor destinate parbrizului, geamurilor laterale, lunetei, a farurilor şi a stopurilor

În aceasta etapa, cu ajutorul modulelor part design si Freestyle, vom înlătura si în acelaşi timp vom adăuga suprafeţe in poziţiile destinate sticlăriei si respectiv a plasticăriei de pe caroserie.

Motivul pentru care in loc de suprafeţe solide vom aplica doar simple suprafeţe este următorul: suprafeţele pe care le vom aplica nu sunt suprafeţe plane ci de diferite concavităţi. Acest lucru se poate realiza in modulul Freestyle.

Pentru început vom crea schiţele destinate geamurilor, urmând a înlătura materialul prin comanda Poket.

Folosind comanda „4-point patch”. Această comandă ne permite să realizăm o suprafaţă din patru puncte, fiecare punct fiind poziţionat în poziţia definită de utilizator.

10

11

Pasul 6. Aplicarea materialului Pentru a termina caroseria vom avea nevoie să îi asociem fiecărui element în parte, materialul din care este făcut. De asemenea, materialele trebuie alese şi după criteriul comportării optime la tipurile dominante de solicitări. Cu ajutorul programului CATIA tot prim modulul Freestyle, prin comanda Apply Material vom putea face acest lucru.

12

ANALIZA CAROSERIILOR AUTO CU METODA ELEMENTELOR FINITE folosind CATIA V5

Metoda elementelor finite (FEM – Finite Element Method) reprezintă una dintre cele mai bune metode existente de realizarea diferitelor calcule şi simulări în domeniul ingineriei. Această metodă şi, desigur, programele care o incorporează au devenit componente de bază ale sistemelor moderne de proiectare asistată de calculator. CATIA pune la dispoziţia utilizatorului mai multe tipuri de analize cu elemente finite: Static Case, Frequency Case, Buckling Case. Combined Case, Static Constrained Modes si Envelop Case. Primul pas in abordarea unei noi analize consta in alegerea tipului acesteia din meniul [Insert], dar, implicit, la lansarea in execuţie a modulului, tipul de analiza statica (Static-case) este cel predefinit. Condiţia principală pentru ca un model sa poată fi analizat cu ajutorul metodei elementelor finite este ca utilizatorul sa stabilească un material pentru acesta şi care sa corespunda rolului funcţional.

Analiza cu elementul finit

In general, instrumentele Masses au la baza teoria maselor distribuţie, utilizate pentru modelarea caracteristicilor de sistem pur inerţiale, reprezentând câmpuri scalare de masa, de o anumita intensitate, aplicate pe modelul supus analizei intr-un singur punct, pe o muchie sau pe o suprafaţa a acestuia. Restricţiile trebuie definite pentru a reprezenta o interfaţă structurală între modelul analizat şi subansamblul sau ansamblul din care acesta face parte. Instrumentele aparţinând acestei bare adaugă restricţii modelului analizat, având, astfel, rolul de a prelua unele grade de libertate. Instrumentele Loads adaugă diverse încărcări modelelor care vor fi analizate prin metodei elementelor finite, etapă esenţială a procesului de analiză. Aceste încărcări virtuale simulează încărcările reale la care va fi supus modelul în timpul funcţionării sale.

CATIA permite încărcări de tip presiune, forţă distribuită, forţă concentrată, moment, acceleraţie etc. :

• Pressure - această încărcare, exprimată în N/m creează o presiune uniformă, aplicată pe anumită suprafaţă, astfel încât direcţiile forţelor care o exercită sunt permanent perpendiculare ceasta

• Distributed Force - forţele distribuite sunt, in fapt sisteme de forte echivalente static cu o rezultanta a unei forte reale, aplicata intr-un anumit punct unui model sau unei piese virtuale.

• Acceleration - reprezintă încărcări concentrate de tip câmp de acceleraţii (N/kg sau m/s) cu intensitate uniformă, aplicate modelelor analizate sau pieselor virtuale.

13

14

Rezultatele analizei cu element finit

Instrumentul Compute îndeplineşte unui dintre cele mai importante roluri in procesul de analiza cu elemente finite al unui model: declanşează acest proces, dar numai pentru modelul complet constrâns si care prezintă încărcări. Astfel, de-a lungul procesului, utilizatorul defineşte un set de parametri (caracteristici de material, restricţii, forte etc.), urmând paşii descrişi anterior in acest capitol. Apoi, in timpul calculului, programul transforma si interpretează aceşti parametri in condiţii aplicate modelului, permiţând utilizatorului accesul la date vizuale si numerice. Sunt disponibile mai multe variante de interpretare si prezentare a rezultatelor unei analize cu elemente finite, prin intermediul instrumentelor:

Deformation - imaginile oferite de acest instrument sunt folosite pentru a vizualiza modelul analizat în reprezentare deformata, ca rezultat al tuturor condiţiilor impuse

Von Mises Stress - imaginile produse in urma utilizării acestui instrument prezintă câmpul modelului Von Mises, reprezentând fapt, valorile unui câmp scalar obţinut din volumul densităţi: energiei de deformaţie si folosit pentru a măsura starea de tensiune creată în model.

15

Displacement - instrumentul este utilizat pentru a vizualiza câmpul deplasărilor (în mm) ale nodurilor reţelei, ca rezultat al impunerii condiţiilor de restricţii şi încărcare asupra unui model.

16

REALIZAREA DESENELOR DE EXECUŢIE CU CATIA V5

Modalul CATIA Drafting oferă un set complex de funcţionalităţi şi instrumente de proiectare, care permit crearea, completarea, modificarea şi cotarea desenelor de execuţie ale pieselor şi ansamblurilor modelate tridimensional. De asemenea, modulul CATIA Drafting permite, facilitate suplimentară, fiind însă, utilizată mai rar, şi trasarea bidimensională a acestora. În Generative Drafting, pornind de la un corp tridimensional, creat anterior, se obţin numeroase proiecţii (vederi şi secţiuni) ale acestuia, reprezentând desenele de execuţie necesare pentru o definire completă. În cazul ansamblurilor, modulul CATIA Drafting foloseşte numele componentelor acestora în ordinea în care au fost inserate pentru a crea în mod automat tabelul de componenţă.

Concluzii Această lucrare încearcă să ofere o abordare sistematică, în curs de dezvoltare, în elaborarea a diferite stiluri, de la imagini cu schiţe conceptuale la produse finale, manual realizate de un artist, cu ajutorul software-ului CATIA V5. Această abordare este utilă pentru orice produs de dezvoltare care are nevoie de clasa A-surfacing. Ca o părere personală pot adăuga, ca fapt divers ,cu trecerea timpului, necesitatea conceperii unui model nou de autovehicul într-o perioadă scurtă de timp se poate realiza doar cu ajutorul calculatoarelor, mai exact cu aceste software specializate, dedicate inginerilor din zilele noastre.

17