Details

В данной работе разработан комплекс программных средств для автоматизированного синтеза геометрии портального крана и последующего инженерного анализа в среде Femap. Актуальность исследования обусловлена необходимостью сокращения времени и уменьшения числа ошибок при CAE-расчётах, а также обеспечением воспроизводимости результатов. В рамках работы были решены следующие задачи: 1. Анализ существующих методов параметрического моделирования и цифрового проектирования грузоподъёмных машин, включая выявление достоинств и ограничений традиционных подходов. 2. Разработка математической модели геометрического синтеза, основанной на кинематическом анализе шарнирно-сочленённой стреловой системы, и её реализация в виде программы на Python. 3. Интеграция разработанного модуля с Femap через API для автоматического построения стержневой CAE-модели, задания сечений и материалов, наложения граничных условий и нагрузок. 4. Организация цикла статического расчёта с извлечением и пост-обработкой результатов, а также автоматизированная проверка элементов на усталостную выносливость с учётом нормативных критериев. 5. Визуализация результатов синтеза и анализа: построение траекторий узлов, графиков скоростей и анимация работы механизма. Практическая значимость работы заключается в создании инструмента, позволяющего инженерам быстро генерировать параметрическую CAE-модель портального крана и получать надёжные расчёты прочности и усталости с минимальным вмешательством оператора. Теоретическая ценность – демонстрация эффективной интеграции Python-скриптов и Femap API для полного цикла цифрового проектирования и анализа механических систем.

In this paper, a set of software tools for automated synthesis of gantry crane geometry and subsequent engineering analysis in the Femap environment is developed. The relevance of the study is due to the need to reduce the time and reduce the number of errors in CAE-calculations, as well as to ensure the reproducibility of the results. Within the framework of the work the following tasks were solved: 1. Analysis of existing methods of parametric modeling and digital design of hoisting machines, including identification of advantages and limitations of traditional approaches. 2. Development of a mathematical model of geometric synthesis based on the kinematic analysis of the articulated boom system and its implementation in the form of a Python program. 3. Integration of the developed module with Femap via API for automatic construction of the frame CAE-model, specifying sections and materials, imposing boundary conditions and loads. 4. Organization of static calculation cycle with extraction and post-processing of results, as well as automated fatigue endurance testing of elements taking into account regulatory criteria. 5. Visualization of synthesis and analysis results: construction of node trajectories, velocity graphs and animation of mechanism operation. The practical significance of the work is the creation of a tool that allows engineers to quickly generate a parametric CAE-model of a portal crane and obtain reliable strength and fatigue calculations with minimal operator intervention. The theoretical value is the demonstration of effective integration of Python scripts and Femap APIs for full cycle digital design and analysis of mechanical systems.