Необходимость в мягких захватных устройствах растет день ото дня в медицинской робототехнике, особенно когда необходимы безопасные, мягкие движения и мягкое прикосновение. В связи с чем создаются различные модели гибких приводов (soft actuators). Асимметричный гибкий пневматический привод был предложен в качестве инновационного метода изготовления искусственной человеческой руки.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5dfd6ad08fa5c6260ea_1.jpeg)
В изготовлении данного актуатора применяются асимметричные полимерные трубки с некоторыми дополнениями, изготовленные из достаточно твердого материала, что обеспечивает прочность привода. В то же время такой актуатор достаточно эластичен, что позволяет ему изгибаться и скручиваться. Расчетная схема актуатора (soft actuators)
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5dfb870981f4bcfec82_1(a).jpeg)
Построение геометрической модели актуатора
Создайте цилиндр с высотой 30 мм и радиусом 2 мм. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Создать. Из списка геометрических примитивов выберите Цилиндр и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5df660681eea6fece60_2.jpeg)
Для удобства просмотра геометрической модели актуатора поверните её по оси y на 90°. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Преобразовать. Из выпадающего списка выберите Повернуть. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5dfd1c852af68007e0f_3.jpeg)
Затем сместите геометрическую модель по оси x на -15 мм. Из выпадающего списка выберите Переместить. Нажмите Применить.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5df47e2af0f59858050_4.jpeg)
Для наглядности перемещения включите шкалу.
Создайте сферу радиуса 2 мм. Из списка геометрических примитивов выберите Сфера и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5dfcfa8789815ab5c64_5.jpeg)
Объедините две геометрические модели, на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Логические операции. Из списка геометрических примитивов выберите Объединить. Задайте нужные объемы. Нажмите Применить.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e0d87d4881edbfa237_6.jpeg)
Затем отпечатайте и срастите цилиндр со сферой. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Отпечатать/срастить, из выпадающего списка выберите Точное отпечатывание. Нажмите Применить.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e1017c35064191b134_7.jpeg)
Переместите геометрическую модель по оси x на 30 мм и опустите на -1 мм по оси y.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e172b43b67ea97663f_8.jpeg)
Создайте параллелепипед с шириной 1 мм, высотой 2 мм и глубиной 4 мм. Это делается для того, чтобы у цилиндра сделать необходимые вырезы. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Создать. Из выпадающего списка выберите Параллелепипед и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e0a08d4a7da0da67dc_9.jpeg)
Для реализации выреза необходимо переместить параллелепипед по оси x на 29 мм.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e1a23dd7582afe347a_10.jpeg)
Затем из цилиндра вычесть параллелепипед. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Логические операции. Из выпадающего списка выберите Вычесть. Нажмите Применить.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e1d0f5d77d5efdbdeb_11.jpeg)
Создайте параллелепипед с шириной 1 мм, высотой 2 мм и глубиной 4 мм. Переместите параллелепипед на 26 мм по оси x. Затем из цилиндра вычесть параллелепипед.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e13eee3b72dda0f6da_11(a).jpeg)
Создайте параллелепипед с шириной 1 мм, высотой 2 мм и глубиной 4 мм. Переместите параллелепипед на 23 мм по оси x. Затем из цилиндра вычесть параллелепипед.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e2ab2c15596e5cc5dc_12(b).jpeg)
Создайте параллелепипед с шириной 1 мм, высотой 2 мм и глубиной 4 мм. Переместите параллелепипед на 20 мм по оси x. Затем из цилиндра вычесть параллелепипед.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e2f926420ce2efadff_11(c).jpeg)
Создайте параллелепипед с шириной 1 мм, высотой 2 мм и глубиной 4 мм. Переместите параллелепипед на 17 мм по оси x. Затем из цилиндра вычесть параллелепипед.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e2373f254625b408d5_11(d).jpeg)
Создайте параллелепипед с шириной 1 мм, высотой 2 мм и глубиной 4 мм. Переместите параллелепипед на 14 мм по оси x. Затем из цилиндра вычесть параллелепипед.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e368416fbd642d3e84_11(f).jpeg)
Создайте параллелепипед с шириной 1 мм, высотой 2 мм и глубиной 4 мм. Переместите параллелепипед на 11 мм по оси x. Затем из цилиндра вычесть параллелепипед. В результате получим картинку
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e2859daa5c715276ca_11(g).jpeg)
Далее создайте второй цилиндр высотой 30 мм и радиусом 0.5 мм, для того, чтобы в большом цилиндре сделать отверстие, в которое будет подаваться давление. Нажмите Применить.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e394a3d81c4dbbb5ad_12.jpeg)
Поверните созданный цилиндр по оси y на 90° и затем переместите его на 15 мм по оси x, не забывая при этом нажимать Применить.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e3ab294a5d54801ee5_13.jpeg)
Вычтите из большого цилиндра малый. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Логические операции. Из выпадающего списка выберите Вычесть. Задайте параметры. Нажмите Применить.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e3017c35e08a91b154_14.jpeg)
Переместите геометрическую модель пневматического актуатора на 0.8 мм по оси y.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e34f3577a3d12187b9_15.jpeg)
Для создания плоского основания на геометрической модели, создайте параллелепипед с шириной 35 мм, высотой 0.5 и глубиной 3 мм.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e43c41e75a54589d44_16.jpeg)
Переместите созданный параллелепипед на 15 мм по оси x. Нажмите Применить.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e4b7eff828121b9eef_17.jpeg)
Вычтите из геометрической модели параллелепипед.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e49db8880ad4cb863f_18.jpeg)
Построение сетки
Постройте конечно-элементную сетку для модели актуатора. Для этого на панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Поверхностная, Действие - Интервалы. Из списка геометрических примитивов выберите Автоматический размер. Задайте необходимые параметры. Нажмите Задать размер, Построить сетку.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e505b42936317c097e_19.jpeg)
Задание материала и свойств блока
Создайте материал, на панели команд выберите модуль задания свойств материала Режим - Материал, Объект - Управление материалами. Перетащите импортированный материал Резина во вторую колонку. Нажмите Применить и закройте окно Управление материалами .
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e405b429219a7c097d_20.jpeg)
Создайте блок одного типа материала. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Добавить сущность в блок и задайте параметры. Нажмите Применить.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e5c807cb1f88102616_21.jpeg)
Задайте параметры блока. На панели команд выберите Режим — Блоки, Объект — Блок, Действие — Свойства/параметры блока. Задайте необходимые значения. Нажмите Применить.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e5d0f5d72207fdbe20_22.jpeg)
Задание граничных условий
Закрепите поверхность 89 по всем направлениям. На панели команд выберите Режим — Граничные условия, Объект — Перемещение, Действие — Создать. Задайте значения.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e67228ce11bb954028_23.jpeg)
На поверхность 79 приложите давление, значение которого равно 3000 Па. На панели команд выберите Режим — Граничные условия, Объект — Давление, Действие — Создать. Задайте требуемые параметры и нажмите Применить.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e6859daa20f85276d1_24.jpeg)
Запуск расчета
Для запуска на расчет в CAE Fidesys выберите на панели команд Режим — Настройки расчета, Объект — Статический, Действие — Общие. Задайте требуемые параметры и нажмите Применить, Начать расчет.
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e631822e58e4f7920e_25.jpeg)
В открывшемся окне Сохранить файл результатов выберите место для сохранения результатов и введите имя файла. Затем нажмите Сохранить.
Анализ результатов
Откройте файл с результатами. Это можно сделать тремя способами:
- Нажмите Ctrl+E.
- В главном меню выберите Расчёт — Результаты. Нажмите Открыть последний результат.
- На панели команд выберите Результаты (Режим — Результаты, Результаты — Открыть Результаты).
Появится окно Fidesys Viewer, в котором вы сможете ознакомиться с результатами расчёта.
Отобразите деформированный 3D вид модели. Установите фокус в дереве объектов на Ваш файл в Дереве и отобразите для него Фильтры – Алфавитный указатель – Деформировать по вектору. Во вкладке Свойства установите значение 400 в поле Множитель масштаба. Нажмите Применить.
Ниже на рисунках показаны распределение перемещений, деформаций и напряжений в актуаторе (soft actuaturs).
![Fidesys: Расчет напряженного-деформированного состояния пневматического актуатора в CAE Fidesys](https://uploads-ssl.webflow.com/577f3315340bfadb0a80534f/627ce5e6859daa79575276d0_26.jpeg)
Использование консольного интерфейсa
Построение геометрии, генерацию сетки, задание граничных условий и материалов можно выполнить с использованием консольного интерфейса. Ниже приведён код программы, позволяющий выполнить шаги описанного выше руководства, необходимо только самостоятельно указать полный путь и название сохраняемого файла.
reset
create Cylinder height 30 radius 2
rotate Volume 1 angle 90 about Y include_merged
move Volume 1 x -15 include_merged
create sphere radius 2
unite volume 2 1
imprint tolerant volume 2 merge
move Volume 2 x 30 include_merged
move Volume 2 y -1 include_merged
brick x 1 y 2 z 4
move Volume 3 x 29 include_merged
subtract volume 3 from volume 2
brick x 1 y 2 z 4
move Volume 4 x 26 include_merged
subtract volume 4 from volume 2
brick x 1 y 2 z 4
move Volume 5 x 23 include_merged
subtract volume 5 from volume 2
brick x 1 y 2 z 4
move Volume 6 x 20 include_merged
subtract volume 6 from volume 2
brick x 1 y 2 z 4
move Volume 7 x 17 include_merged
subtract volume 7 from volume 2
brick x 1 y 2 z 4
move Volume 8 x 14 include_merged
subtract volume 8 from volume 2 brick x 1 y 2 z 4
move Volume 9 x 11 include_merged
subtract volume 9 from volume 2
move Volume 2 y 2 include_merged
create Cylinder height 30 radius 0.5
rotate Volume 10 angle 90 about Y include_merged
move Volume 10 x 15 include_merged subtract volume 10 from volume 2
move Volume 2 y 0.8 include_merged
brick x 35 y 0.5 z 3
move Volume 11 x 15 include_merged
subtract volume 11 from volume 2
volume 2 scheme tetmesh
mesh volume 2
create material 1 from 'Резина'
block 1 add volume 2
block 1 name 'Block_1' # создаем блокblock 'Block_1' material 1 cs 1 element solid order 1
create displacement on surface 89 dof all fix 0
create pressure on surface 79 magnitude 3000
analysis type static elasticity findefs dim3
calculation start path 'C:/Documents/CAE-Fidesys-4.0/example.pvd'