T-FLEX.
СТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДЕТАЛЕЙ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Рязань 2011
СТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДЕТАЛЕЙ: РАСЧЕТ, ПОДБОР СЕТКИ И НАГРУЖЕНИЯ
Цель работы: изучение среды «Т-Flex Анализ» на примере статического расчета твердотельной модели изделия, подбор оптимальной сеточной модели, исследование изменения результатов статического анализа под воздействием различных нагрузок.
1. Теоретическая часть
Статический анализ позволяет осуществлять расчёт напряжённо-деформированного состояния конструкций под действием приложенных к системе постоянных во времени сил. Модуль «Статический анализ» позволяет оценить прочность разработанной конструкции по допускаемым напряжениям, определить наиболее уязвимые места конструкции, внести необходимые изменения и таким образом оптимизировать конструкцию детали или изделия.
Все расчёты ведутся с применением метода конечных элементов (МКЭ). Суть метода заключается в замене исходной пространственной конструкции сложной формы на дискретную математическую модель, отражающую физическую сущность и свойства исходного изделия. Важнейшим элементом этой модели является конечно-элементная дискретизация изделия - построение совокупности элементарных объёмов заданной формы (конечных элементов, КЭ) объединённых в единую систему (конечно-элементную сетку).
В данной работе используются КЭ тетраэдральной формы. Они аппроксимируют исходную конструкцию, связываясь между собой в граничных точках - узлах, в каждом из которых вводится по три поступательных степени свободы (для задач механики). Действующие на конструкцию внешние нагрузки приводятся к эквивалентным силам, прикладываемым в узлах конечных элементов. Ограничения на перемещение конструкции (закрепления) также переносятся на КЭ, которыми моделируется исходный объект.
Погрешность
конечно-элементной аппроксимации обычно
уменьшается
с увеличением степени дискретизации
моделируемой системы - чем большее
количество КЭ участвует в дискретизации
(или чем меньше относительные размеры
КЭ), тем точнее получаемое решение.
Естественно, что более плотное разбиение
КЭ приводит к увеличению временных
затрат при моделировании.
2. Практическая часть
2.1 Порядок выполнения работы
При проведении статического анализа конструкции детали необходимо выполнить следующие пункты:
1) построить трёхмерную модель детали;
2) создать «Задачу»;
3) сгенерировать тетраэдральную конечно-элементную сетку;
4) задать материал модели;
5) наложить граничные условия, определяющие сущность физического явления, подлежащего анализу;
6) выполнить расчёт;
7) проанализировать результаты;
8) подобрать оптимальную конечно-элементную сетку;
9) подобрать нагрузку для детали «Уголок», при которой достигается 100-кратный запас прочности коэффициент запаса по эквивалентным напряжениям.
10) оформить отчет по результатам анализа.
2.2. Подготовка объемной твердотельной модели изделия
Рассмотрим статический прочностной расчёт на примере конструкции детали «Брусок». В среде T-FLEX CAD создайте трёхмерную твердотельную модель изделия с заданными размерами (рис.1)
Рис.1
2.3. Создание «Задачи»
2.3.1. Создание сеточной модели
В строке меню с помощью команды «Анализ/ Новая Задача/ Конечно-элементный анализ» создайте «Задачу». В левой стороне окна в панели «Свойства» увидите тип анализа «Экспресс-расчет» и поставьте флажок «Создать сетку» (рис. 2).
Рис. 2
Далее
в автоменю нажмите опцию «Выбрать тело»
(рис. 3) и при нажатии
откроется окно
создания сетки (рис. 4).
Рис. 3.
Установите бегунок шкалы в крайнее левое положение. После подтверждения выбора откроется окно расчета сетки (рис. 4).
.
Рис. 4. Параметры сетки
Результат создания сетки приведен на рис. 5
Рис.5. Выбор размера сетки
2.3.2. Назначение материала
Выбираем команду Анализ/Материал.
Для изменения материала выбрать «другой» в диалоге «Материал задачи», далее нажать «библиотека» и выбрать нужный материал (рис. 6). Назначим для нашей модели материал «Сталь/AISI 304» из базы материалов T- FLEX Анализа (рис. 6).
Рис. 6. Выбор материала
2.3.3. Наложение граничных условий
В статике роль граничных условий выполняют закрепления и приложенные к системе внешние нагрузки. Для задания закрепления предусмотрена команда: «Полное закрепление».
Команда Анализ/ Ограничение/ Полное закрепление применяется к вершинам, граням и рёбрам модели. Она определяет, что данный элемент трёхмерного тела полностью неподвижен, т.е. сохраняет своё первоначальное расположение и не меняет своего положения под действием приложенных к системе нагрузок.
Применим эту команду и укажем с помощью ЛКМ боковую грань детали. После нажатия появится соответствующий элемент, указывающий на наличие данного граничного условия (рис.7).
Рис.7. Выбор типа закрепления и грани для закрепления
2.3.4. Задание нагружений
Для задания нагружений Анализ/ Нагружение/ Сила необходимо нажатием ЛКМ указать грань «Бруска», на которую прикладывается нагрузка (рис.8). В диалоге свойств команды в поле «Величина» выбирается значение силы (550 Н). Созданная сила равномерно распределится по указанной грани. Изначально направление действия силы берется по нормали к указанной плоской грани. При необходимости направление вектора силы можно задать в любом направлении.
Рис.8. Задание вектора силы
После нажатия получаем в дереве задач (рис. 9) все четыре элемента, необходимых для моделирования: сетка, материал, закрепление, нагружение.
Рис.9.