Механические характеристики материалов
Отметим также узлы, которые имеют определенные перемещения ( табл.7). При этом используется символ подвижного и неподвижного шарнира (см. рис. 2 а ).
Т а б л и ц а 7
Граничные условия
5. Расчет ндс элементов конструкции при заданных внешних силах.
Для проведения расчета зададим в качестве внешней силы давление, действующее на мембрану р= 20 МПа. Для этого силы давление, действующей по нормали к поверхности занесем в табл. 8 экранного меню. В таблице задается график изменения давления по одной из координат R или z (в табл. 8 - постоянное), а далее перечисляются узлы КЭ к которым приложена данная нагрузка. При необходимости подобным образом задаются компоненты вектора сосредоточенных (узловых) сил, а также компоненты вектора объемных сил и температурное поле с указанием номеров элементов КЭ -схемы.
Т а б л и ц а 8
Данные о нагрузка
После заполнения всех экранных форм запускается задача расчета НДС.
Результаты решения задачи иллюстрируются тоновыми полями компонентов НДС (см. рис. 3 -5)
Радиальные напряжения (x10-1)
Осевые напряжения (x10-1)
Рис. 3. Напряжения в МПа.
Рис. 5. Перемещения (102 мм)
|
6. Определение и оценка наиболее нагруженныех областей конструкции
Из экранных рисунков видно, что наибольшие компоненты напряжений и деформаций достигаются в центральной части стальной мембраны крышки. Причем здесь наблюдаются большие градиенты радиальных напряжений по толщине мембраны. Радиальные напряжения изменяются по толщине крышки от отрицательных величин (–250 МПа) до положительных( 240 МПа). При этом крышка деформируется так, что наибольшие перемещения в направлении оси z составляют -0,08 мм, при давлении на крышку p=20 МПа.
Выделим в расчетной области зоны наибольшей интенсивности напряженного состояния (рис. 6) в каждой из деталей конструкции, изготовленных из различных материалов – алюминиевого сплава (основание крышки) и стали (мембрана). Механические характеристики материалов КЭ обеих деталей приведены в табл.6.
Рис. 6. Интенсивности напряжений (в МПа)
Сравнивая наибольшие расчетные значения интенсивностей с пределами текучести в соответствии с критерием Мизеса , получаем соответственно для основания крышки и мембраны:
[МПа];
[МПа].
Можем сделать заключение, что данная конструкция при указанных условиях нагружения (p=20 МПа) не является прочной. Условия прочности нарушаются в пластмассовой детали корпуса в зоне канавки, а так же вблизи переднего сужения того же корпуса.
7. Анализ жесткости конструкции
Жесткость конструкции оценим по
наибольшим перемещениям, которые могут
быть ограничены по условиям работы
(функционирования) рассчитываемого
узла (крышки) в составе механизма или
машины наибольшими допустимыми значениями
.
Полученные в расчете наибольшие
перемещения – осевые в центре мембраны
(см. рис. 6)
=0,08
мм должны быть меньше (с коэффициентом
запаса)
.
Для определения предельной прочности (несущей способности) крышки в указанных условиях нагружения будем постепенно увеличивать поверхностное давление p до момента достижения критериев текучести и далее до разрушения. Результаты проиллюстрируем графиками (рис. 7).
а) б)
в)
Рис. 7. Кривые жесткости
а) –интенсивности напряжений; б) –интенсивности деформаций; в) –зависимость осевого перемещения крышки от нагрузки. 1- мембрана; 2 –основание.
Из графиков (рис.7, а и б) видно, что в
момент появления пластических деформаций
в материале мембраны внешнее давление
составляет
38
МПа, а в материале основания
58
МПа. Следовательно предельно допустимой
нагрузкой, удовлетворяющей условию
начала пластических деформаций, следует
считать давление
МПа.
При возрастании давления больше чем на 38 МПа материал мембраны будет испытывать пластические деформации, которые приведут к изменению формы крышки, сохраняющемуся после снятия нагрузки, что недопустимо для многократного использования такой конструкции.
Если по условиям функционирования
конструкции допускаются пластические
деформации, то условием нарушения
функционирования следует считать то,
согласно которому разрушение произойдет,
если интенсивности деформаций
достигнут предельной величины
Для наиболее напряженных точек, лежащих
вблизи поверхностей мембраны и основания
крышки имеем
МПа. Следовательно
,
а
.
Для материала мембраны
МПа;
Для материала основания
МПа.
Анализируя построенные графические зависимости для интенсивностей деформаций (рис. 7 б), видим, что предельные деформации как в основании крышки, так и в мембране могут быть достигнуты при внешнем давлении > 100 МПа. Такие условия нагружения приведут к значительному изменению формы крышки вследствие пластических деформаций мембраны. Так осевые перемещения мембраны в центральной ее части составят (см. рис. 7, в) несколько миллиметров, что может быть ограничено условиями жесткости
.