МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Томский государственный архитектурно-строительный университет»

(ТГАСУ)

Механико-технологический Факультет

Кафедра: строительные и дорожные машины

Курсовая работа

по дисциплине «Основы автоматизированного проектирования»

Тема: 1. «Проектирование и расчет автобусной остановки»

2. «Проектирование и расчет опоры подшипника скольжения»

Выполнил студент МТФ, гр. 311-1 /Кыпчаков А.А.

Проверил ассистент каф. СДМ /Савельков И.В.

Проверил к.т.н каф. СДМ /Ананин Г.В.

Томск-2013г.

Задание на проектирование

1. Спроектировать расчетную схему остановки и опору подшипника по заданным параметрам.

2. Нагрузить конструкцию, подобрать поперечные сечения несущих элементов остановки и произвести расчет на несущую способность с получением оптимального коэффициента запаса прочности.

1. Содержание проекта

2.Введение

5

2. Введение. Проектирование и расчет методом конечных элементов трехмерных конструкций в среде арм Structure3d.

Повышение качества создаваемого механического оборудования и конструкций необходимо связывать, прежде всего, с уменьшением их веса и стоимости, повышением надежности и улучшением ряда других характеристик. В настоящее время актуальна проблема сочетания в процессе проектирования двух взаимоисключающих тенденций: экономии материала, с одной стороны, и обеспечение требуемых прочностных характеристик конструкции, с другой стороны.

Все это можно обеспечить за счет использования современных компьютерных технологий. Сегодня невозможно создать качественное, надежное и конкурентоспособное оборудование без всестороннего инженерного анализа проектируемых объектов с помощью современных программных средств и принятия на его основе грамотных конструктивных решений. Под инженерным анализом понимается, прежде всего, исследование напряженно-деформированного состояния моделей проектируемых конструкций, получение их динамических характеристик и характеристик устойчивости при постоянных и переменных режимах внешнего напряжения.

Наиболее эффективным приближенным методом решения такого класса задач является метод конечных элементов (МКЭ). Для полноценного конечно- элементного анализа необходимо:

1. изобразить модель проектируемого объекта в трехмерном пространстве; Трёхмерное пространство — геометрическая модель материального мира, в котором мы находимся. Это пространство называется трёхмерным, так оно имеет три

измерения — высоту, ширину и длину, то есть трёхмерное пространство описывается тремя единичными ортогональными векторами.

В аналитической геометрии каждая точка трёхмерного пространства описывается как набор из трёх величин— координат. Задаются три взаимно перпендикулярных координатных оси, пересекающихся в начале координат. Положение точки задаётся относительно этих трёх осей заданием упорядоченной тройки чисел. Каждое из этих чисел задаёт расстояние от начала отсчёта до точки, измеренное вдоль соответствующей оси, что равно расстоянию от точки до плоскости, образованной другими двумя осями.

2. провести разбиение модели на конечные элементы;

3. выполнить весь комплекс необходимых вычислений;

4. визуализировать полученные результаты и корректно интерпретировать их с целью принятия правильных конструкторских решений.

МКЭ реализован в таких известных и широко распространенных программных продуктах, обеспечивающих прочностной расчет моделей

конструкций, как ANSYS, NASTRAN, COSMOS и некоторых других. Мы будем решать поставленные задачи с помощью модуля конечно-элементного анализа АРМ WinMachine (АПМ - Автоматизированное проектирование машин.)

Основные сведения о методе конечных элементов.

При разработке любой конструкции перед проектировщиком стоит задача нахождения распределения напряжений в её элементах. Кроме того, требуется также знать величины перемещений отдельных точек проектируемой конструкции как при статическом характере внешнего нагружения, так и в условиях действия переменных нагрузок.

При традиционном подходе для решения такой задачи в общем случае необходимо записать уравнения, которые в той или иной форме обеспечивают выполнение условий равновесия и совместности деформаций. Возникающая в связи с этим проблема заключается в том, что в случае двумерной или трехмерной конструкции поведение системы описывается уравнениями в частных производных, для которых весьма редко существуют точные решения.

Одним из способов устранения данной трудности является использование конечно-разностных методов, основанных на замене по определенным правилам дифференциальных уравнений алгебраическими, имеющими более простой вид. Ключевая идея МКЭ заключается в следующем: сплошная среда (конструкция в целом) заменяется дискретной путем разбиения ее на области (конечные элементы), в каждой из которых поведение среды описывается с помощью отдельного набора функций, представляющих собой напряжения и перемещения в указанной области. Конечные элементы соединяются узлами. Взаимодействие конечных элементов друг с другом осуществляется только через узлы. Расположенные определенным образом, в зависимости от конструкции объекта, и закрепленные в соответствии с граничными условиями, конечные элементы позволяют адекватно описать все многообразие конструкций и деталей.

К конечному элементу могут быть приложены внешние нагрузки (сосредоточенные и распределенные силы и моменты), которые приводятся к узлам данного элемента и носят название узловых нагрузок.

При расчетах методом конечных элементов вначале определяются перемещения узлов данного конечного элемента (или конструкции в целом, если она состоит только из стержневых элементов). Величины внутренних усилий в элементе пропорциональны перемещениям в узлах элемента. Коэффициентом пропорциональности выступает матрица жесткости элемента, количество строк (и столбцов) которой равно произведению числа узлов элемента на число степеней свободы в узле. Все остальные параметры конечного элемента, такие как внутренние нагрузки в узлах и напряжения в самом конечном элементе, вычисляются на основе его узловых перемещений.

Основными типами применяемых на практике конечных элементов являются: