Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Кафедра «Конструирования машин и технологии обработки материалов»
Курсовая работа
Проектирование, расчет стеклопластиковой крыши автомобильно-транспортного средства
Выполнил:
Студент гр.ТМК-12-м Вершинина Т.А.
Проверил: Шингель Л.П.
Пермь 2012
Общая постановка задачи
Спроектировать, рассчитать стеклопластиковую крышу автомобильно-транспортного средства. Вертикальный статический прогиб крыши не должен превышать 3 мм. Амплитуда вертикальных колебаний в диапазоне частот до 10 Гц не должна превышать 4мм. Таким образом, требуется: определить опасные собственные колебания в частотах до 10 Гц и оценить их амплитуду.
Исходные данные
В качестве исходного материала принимаем армированный стеклопластик, который состоит из нескольких слоев с разными углами ориентации. Таким образом, оптимизируется устойчивость к нагрузке по различным направлениям, так как слоистый материал подвержен воздействию комплексной внешней нагрузке.
Структура стеклопластиков определяется в основном видом, соотношением размеров армирующих элементов и расположением их в полимерной матрице. Поэтому их свойства можно варьировать изменением структуры за счет изменения типа армирующего материала, либо схемы его ориентации.
Крыша изготавливается из стеклопластика на основе ткани Т-10-80 и эпоксидного связующего, толщина слоя пластика 0,25 мм.
Конструкция крыши задана.
Габаритные размеры крыши:
Длина L=3 м;
Ширина h=1,6 м;
Высота (с учетом скругления) g=0,4м;
Радиус скругления крыши R=0,3 м;
Ширина кронштейна 0,09 м;
Расстояние от края крыши до кронштейна 0,35м;
Количество кронштейнов: 4
Плотность
Модуль упругости по оси X: Е=24,6 ГПа (по основе);
Модуль упругости по оси Y: Е=18,6 ГПа (по утку);
Модуль сдвига: G=5 ГПа;
Коэффициент
Пуассона:
На рис. 2.1 приведена геометрическая модель проектируемой крыши.
Рис.2.1 Геометрическая модель проектируемой крыши.
Построение геометрической модели.
С помощью геометрических элементов точка, линия, дуга строим контур основания крыши. На высоте 0,1 м над контуром ставим точку и соединяем с контуром линией. Линию последовательно вытягиваем вдоль контура. Скругления крыши радиусом 0,3 м получаем построением дуги и 1/8 части сферы, с последующим вытягиванием вдоль верхнего контура крыши. Достраиваем 4 кронштейна крыши согласно заданным размерам. Создаем недостающие плоскости и «склеиваем модель».
Для слоистой конструкции крыши выбираем элемент Shell99. Задаем характеристики используемого материала:
- mp, ex - модуль упругости по оси X;
- mp,ey - модуль упругости по оси Y;
- mp,gxy – модуль сдвига;
- mp, nuxy – коэффициент Пуассона;
- mp, dens – плотность.
Задаем параметры слоев (углы армирования, толщина слоя) и их количество. Исходя из поставленных задач и свойств стеклопластика принимаем количество слоев 20.
Созданную конструкцию крыши необходимо разбить на конечно-элементную сеть (Рис.3.1). Затем исключить осевые перемещения кронштейнов и приложить к каждому узлу нагрузку (собственный вес крыши), для определения прогиба от собственного веса. Исполнительный файл построения геометрической модели стеклопластиковой крыши в Приложении 1.
Рис.3.1 Конструкция крыши, разбитая на конечно-элементную сеть
Определение прогиба крыши от собственного веса.
На рисунке 4.1 приведено решение задачи определения прогиба стеклопластиковой крыши массой 77,7 кг от собственного веса. На цветовой шкале показана картина распределения вертикальных перемещений крыши при прогибе от собственного веса.
Рис. 4.1 Картина распределения перемещений при прогибе под действием собственного веса.
По результатам расчета прогиб крыши оказался 3 мм, что удовлетворяет условию поставленной задачи.
На рис 4.2 приведена картина распределения напряжений в модели. Напряжение достигает примерено 8 МПа, что многократно не достигает предела прочности стеклопластика, равного ≈1000 МПа.
Рис 4.2 Картина распределения напряжений в стеклопластиковой крыше