Введение общие сведения о методе конечных элементов
Метод конечных элементов основан на идее аппроксимации непрерывной функции (в физической интерпретации - температуры, давления, перемещения и т.д.) дискретной моделью, которая строится на множестве кусочно-непрерывных функций, определенных на конечном числе подобластей, называемых конечными элементами. Исследуемая геометрическая область разбивается на элементы таким образом, чтобы на каждом из них неизвестная функция аппроксимировалась пробной функцией (как правило, полиномом). Причем эти пробные функции должны удовлетворять граничным условиям непрерывности, совпадающим с граничными условиями, налагаемыми самой задачей. Выбор для каждого элемента аппроксимирующей функции будет определять соответствующий тип элемента.
В данных методических указаниях рассматриваются вычислительные алгоритмы по методу конечных элементов в системе COSMOSWorks, приведены примеры решения технических задач.
Лабораторная работа № 5 анализ сборки стержня с проушиной
Краткое описание задачи:
Сборка стержня с проушиной (рис.1) закреплена за торцевые поверхности стержня. Нагрузка приложена к торцевой грани проушины по направлению, проитвоположному стержню.
Р
ис.
1. Внешний вид исследуемой
сборки
Используя свойства симметрии мы разложим модель на четыре части, из которых используем только одну, применив к ней соответствующие граничные условия.
Порядок работы:
Откройте в SolidWorks файл предварительно созданной твердотельной сборки (ее одной четверти). Для этого с помощью команды открыть через стандартный диалог открытия файла выберете требуемую модель (рис.2).
Р
ис.
2. Внешний вид четвертой части
анализируемой сборки
По аналогии с предыдущими лабораторными работами создайте исследование статического типа.
По аналогии с предыдущими лабораторными работами задайте в качестве материала детали легированную сталь.
Задайте ограничения для детали. Для выбранных поверхностей (рис.3) необходимо отметить ограничения «Симметрия» (рис.4).
Р
ис.
3. Выбор поверхностей
Р
ис.4.
Ограничение «симметрия»
Зафиксируйте торцевую поверхность стержня как показано на рис.5.
Р
ис.
5. Фиксация торцевой поверхности
Приложите нормальную силу в 3000 Н к поверхности детали согласно рис. 6. Для изменения направления вектора силы на обратной необходимо изменить значение силы с положительного на отрицательное.
Рис. 6. Деталь с указанием нагрузок и ограничений
Установите сопряжения для касающихся поверхностей: из контекстного меню иконки «Контакты/Зазоры» выберете «Определить набор соприкасания» (рис. 7).
Р
ис.
7. Запуск диалога определения контактирующих
поверхностей
Укажите контактирующие поверхности и параметры их контакта (узел к узлу) - рис. 8.
Рис. 8. Диалог настройки параметров
контакта поверхностей
Разбейте деталь на конечные элементы. Результат разбиения показан на рис. 9.
Р
ис.
9. Разбиение модели
на конечные элементы
Запустите выполнение анализа. По его завершению оцените диаграмму напряжений (пункт «Усилие сжатия») на различных поверхностях модели (рис. 10).
Рис. 10. Диаграмма напряжений
Сравните полученные результаты с параметрами материала деталей. Сделайте выводы о работоспособности детали при расчитанных напряжениях.
Откройте диаграмму перемещение (рис. 11). Исходя из назначения узла и условий его работы сделайте выводы о работоспособности сборки при рассчитанной жесткости.
Р
ис.
11. Диаграма жесткости
модели
С помощью пункта «проверка построения» оцените коэффициент запаса почности модели (рис. 12).
Р
ис.12.
Графическое представление
проверки построения модели
Отчет по лабораторной работе должен быть выполнен в электронном виде и содержать:
изображение рассчитываемой сборки;
условия ее работы;
характеристики применяемых материалов;
обоснованные схемы нагружения и граничных условий;
изображение конечно-элементной модели;
результаты расчета напряжений и перемещений;
анализ работоспособности модели и предложения по изменению ее конструкции с учетом коэффициента запаса прочности и жесткостных характеристик.
В качестве отчета по лабораторной работе запрещается использовать отчет, сформированный COSMOSWorks.