Изготовитель крепежа применяет Simcenter для создания самых современных технологий

Безопасность превыше всего

Человечество использует резьбовые соединения уже тысячи лет. Они настолько прочно вошли в нашу жизнь, что мы нередко забываем об их важности. Резьбовые соединения буквально окружают нас: их можно найти в бытовой технике, транспортных средствах, станках и промышленных роботах, мостах и т.д.

Во многих отраслях надежность резьбовых соединений крайне важна на всех этапах жизненного цикла изделия. Например, это относится к транспортным средствам, подверженным динамическим нагрузкам и постоянным вибрациям: их безопасность в значительной степени зависит от прочности конструкции. Ослабление резьбового соединения в железнодорожном вагоне может привести к дорогостоящим и даже фатальным последствиям. В небоскребах, мостах и тоннелях также применяется огромное количество таких соединений, многие из которых являются труднодоступными, но должны быть надежно закреплены для обеспечения функционирования и безопасности всего сооружения.

Уже более 30 лет шведская группа компаний Nord-Lock изготавливает надежный и безопасный крепеж. Девиз компании — «максимальная безопасность резьбовых соединений». Чтобы соответствовать требованиям по безопасности и решать самые сложные задачи проектирования соединений, группа Nord-Lock накопила уникальный опыт и разработала инновационные технологии фиксации деталей. Среди флагманских изделий группы — гроверные шайбы и механические натяжители резьбовых соединений Superbolt™. Недавно к ним присоединились инновационные гидравлические натяжители Boltight™.

Самые современные технологии

Когда-то болты и гайки изготавливались вручную, а их ассортимент был крайне ограничен. С тех пор в конструкции резьбовых соединений произошел значительный прогресс. Недавно такие предприятия, как группа компаний Nord-Lock, смогли значительно улучшить характеристики крепежа. В частности, появились новые варианты фиксации. Кроме того, проводится все больше расчетов соединений. «Раньше выбор типоразмера крепежа определялся только опытом конструктора. И была вероятность, что это сработает, — рассказывает специалист по резьбовым соединениям Билл Экклес (Bill Eccless), который работает в этой области уже более 20 лет. — Сегодня все чаще выполняется инженерный анализ, позволяющий гарантировать работоспособность будущего изделия еще до начала его изготовления».

Конструкции натяжителей также заметно улучшились. Натяжители с несколькими домкратными болтами в линейке Superbolt представляют собой инновационную технологию затягивания болтов и шпилек. Гидравлические натяжители нового поколения облегчают и упрощают затяжку соединений, так как они не создают напряжения кручения, приводящиго к соответствующим реакциям и побочным эффектам. При этом несколько болтов затягиваются одновременно, что исключает перекос.

Новый глобальный центр исследований и разработок

Для объединения накопленного опыта в 2011 г. группа компаний Nord-Lock открыла технический центр исследований и разработок. Центр находится в Лионе (Франция) и оказывает поддержку инженерам всего мира, проводя тысячи испытаний и проверок. Центр выполняет самые сложные расчеты и испытания вместе с партнерскими лабораториями, например, CETIM (Технический центр машиностроения). Лаборатория оснащена современным измерительным оборудованием, в том числе и стендом для проведения теста Юнкера — самого жесткого вибрационного испытания резьбовых соединений.

«В нашей лаборатории мы проводим испытания на вибрацию, измеряем момент затяжки и силу преднатяжения, — рассказывает руководитель центра исследований и разработок группы компаний Nord-Lock Зухэйр Чаиб (Zouhair Chaib), специалист по обеспечению безопасности резьбовых соединений. — Кроме того, мы можем испытывать поведение целых систем, чтобы убедиться, что предлагаемое проектное решение надежно и работает необходимым образом. Тест Юнкера позволяет оценивать напряжения и деформации в соединениях, подвергаемых переменным поперечным перемещениям деталей, находящихся под головкой болта или под гайкой».

Центр применяет Cetim Cobra — решение для проектирования и расчетов резьбовых соединений с преднатяжением. Эта система уже много лет является стандартом во многих отраслях промышленности.

Выбор Simcenter в качестве решения для инженерных расчетов

Чтобы оставаться в лидерах и развивать свое техническое «ноу-хау», центр внедрил системы Simcenter™ и NX™ Nastran® от Siemens PLM Software. За поддержкой внедрения группа компаний Nord-Lock обратилась к SmartMeca Solutions — партнеру компании Siemens PLM Software. «Для нас было важно найти партнера, хорошо знакомого с задачами численного моделирования и способного отвечать на сложные технические вопросы, — рассказывает Чаиб. — Нас особенно порадовало, что специалисты компании обладают большим опытом в ведении бизнеса, отлично знают программное обеспечение и всегда готовы прийти на помощь».

«Наши инженеры с большим энтузиазмом отнеслись к автоматизации расчетов. Мы хотели применить богатый опыт конечноэлементного анализа и работы над реальными проектами наших заказчиков — как небольших предприятий, так и огромных корпораций, — говорит директор компании SmartMeca Solutions Себастьян Дучесне (Sébastien Duchesne). – Компания SmartMeca Solutions оказывала поддержку группе компаний Nord-Lock на всех этапах реализации проекта: при выборе и оценке программного и аппаратного обеспечения, его установке, проведении обучения и оказании технической поддержки».

Сегодня Simcenter применяется в основном для выполнения сложных нелинейных расчетов напряженно-деформированного состояния и смещений в резьбовых соединениях. Решение Simcenter стало естественным выбором благодаря его высокой точности, отличной производительности и надежности решателя NX Nastran, наличию встроенных средств управления CAD-моделями и открытой архитектуре.

Понимание, применение, оценка

«На этапе конструирования мы применяем систему для анализа определенных явлений и контроля соблюдения установленных компанией требований, — рассказывает Чаиб. — Параметрический анализ позволяет изучать различные сценарии и строить упрощенные модели, которые мы предоставляем другим техническим центрам по всему миру. Это укрепляет наши позиции, так как большинство инженеров не имеют ни времени, ни ресурсов для проведения столь сложных расчетов. Кроме того, это способ эффективного применения богатого опыта нашей компании».

Система Simcenter также помогает выявлять причины поломок. «Иногда мы сталкиваемся с очень сложными случаями разрушений, особенно если речь идет о многоболтовых соединениях», — поясняет Чаиб.

«Как правило, проблемы в резьбовых соединениях возникают по двум причинам: внезапное ослабление соединения из-за вибраций и динамических нагрузок и постепенное ослабление из-за потери преднатяжения в результате усадки и релаксации напряжений. Чтобы предложить эффективные меры по устранению проблемы, необходимо выявить приведший к разрушению процесс. Для этого необходимо представить наиболее вероятный сценарий. Создаются различные расчетные схемы, которые затем рассчитываются для определения наиболее вероятного сценария.

Группа компаний Nord-Lock применяет Simcenter 3D для замены натурных испытаний. «В ряде случаев натурные испытания резьбового соединения просто невыполнимы, — поясняет Чаиб. — Такое бывает и с огромными, и с микроскопическими соединениями. И тут на помощь приходят цифровые технологии».

В будущем группа компаний Nord-Lock планирует разрабатывать свои собственные приложения на основе интерфейса программирования приложений NX. «В будущем мы собираемся использовать интерфейс NX Open для разработки инструментов, реализующих принятые в Nord-Lock правила проектирования. Затем мы предоставим эти приложения для планшетов нашим техническим представителям», — рассказывает Чаиб.