Изображение получается двухцветным (при палитре − 9 цветовых оттенков) из-за большой разницы между температурами в нагревательном элементе и кожухе. Для отображения распределения температур в кожухе (рис. П14.9, á) селектируйте конечные элементы кожуха одним из способов:
Utility Menu |
Select |
Entities |
Elements Box... |
èëè |
|
|
|
Utility Menu |
Select |
Entities |
Areas → |
выделить поверхности кожуха и отобрать элементы на этих поверхностях
Utility Menu |
Select |
Entities |
Elements |
Attached To Areas, All |
From Full |
OK. |
|
|
|
Восстановите активность всех объектов: |
|
Utility Menu |
Select |
Everything. |
|
10.2. Для векторного отображения теплового потока (рис. П14.10) |
или температурного градиента используйте меню: |
Main Menu |
General Postproc |
Vecktor plot |
Predefined Thermal |
flux (èëè Thermal grad).
Рис. П14.10. Поля теплового потока
11. Для выхода из программы используйте команду:
Utility Menu 
File 
Exit … .
Выход без сохранения базы данных: Quit – No Save! 
OK.
Выход с сохранением базы данных и результатов: Save Everything
OK.
Приложение 15
Расчет винтового забойного двигателя в плоской постановке
Постановка задачи
В рамках двумерной (плоской) модели рассматривается деформирование конструкции, представляющей собой профиль секции винтового забойного двигателя (рис. П15.1). Двигатель спроектирован в виде планетарной передачи внутреннего зацепления «ротор – статор» с эластич- ными зубьями статора и металлическими зубьями ротора по типу гипоциклоидного зацепления. Расчет производится для модификации конструкции с переменной толщиной обкладки статора и с учетом конструктивного диаметрального натяга. Величина натяга определяется геометрией профилей ротора и статора, а также в результате расчета на- пряженно-деформированного состояния элементов конструкции при решении контактной задачи. В основе решения контактной задачи лежит исследование равновесного состояния в рамках статической краевой задачи для упругого тела с соответствующими граничными условиями.
Рис. П15.1. Геометрическая модель сечения рабочей секции винтового забойного двигателя с переменной толщиной обкладки статора
Далее приводится командный способ расчета с разбиением программы на отдельные тематические фрагменты. В листинге П15.1 отражен фрагмент программы для задания и вычисления исходных параметров. Кроме ввода числовых значений параметров производятся вычисления других параметров и приведение значений в систему исчислений <мм, Н, МПа>.
!Исходные данные для расчета pi=3.1415926
!1. Межосевое расстояние aw= 3.5
a=aw |
! радиус производящей окружности |
!2. Радиус катящейся окружности r=1.175*aw
!3. Радиус эквидистанты rc=2.175*aw
!4. Число зубьев статора z1= 5
z2=z1-1 ! число зубьев ротора
!5. Величина смещения исходного контура у статора
xx1= -1.56 |
$ |
xx2= -0.75 ! и ротора |
j_t=0.4 ! диаметральный натяг
!6. Инструментальный диаметр статора
dw1=2*r*z1 |
$ |
dw2=2*r*z2 |
! и ротора |
Ddw1=2*a*z1 |
$ |
Ddw2=2*a*z2 |
|
m_t=2*r |
! |
торцовый модуль |
|
p_t=pi*m_t |
! |
торцовый шаг |
|
h=2*a |
! |
высота зуба |
|
!7. Диаметр корпуса наружный, мм
D_out= 76
r_out=D_out/2. ! Радиус корпуса наружный, мм
!8. Диаметр внешний обкладки, мм D_in= 60
r_in=D_in/2 ! Радиус внешний обкладки, мм
!9. Момент силы на выходном валу в режиме
!максимальной мощности, кН*м
Momen_t= 0.6
Moment=Momen_t*1.e6
!10. Радиальная сила от перекачивающего момента,
Í
F_rad= 100
!11. Модуль упругости (МПа) и коэффициент Пуассона стали
E_st= 2.e5 Nu_st= 0.3
Dens_st_= 7800 ! Плотность, кг/м3
Dens_st=Dens_st_*e-9 ! Â êã/ìì3
! 12. Модуль упругости (МПа) и коэффициент Пуассона резины
E_res= 6.5
Nu_res= 0.48
!13. Осевой шаг зуба, мм Axi_Step= 90
!14. Число точек профиля num= 10
!15. Уровень плотности КЭ-сетки (smart size) Mesh_Level= 3
!16. Диаметр впадин зубьев ротора, мм D_down_r= 31.4
Листинг П15.1. Исходные данные для расчета
Препроцессинг
Описание упругих свойств производится в табличной форме в зависимости от дискретно заданных температур. В данном случае свойства не зависят от температуры, но формальная привязка при входе в таблицу осуществляется с помощью команды MPTEMP с параметрами по умол- чанию: температура ¹ 1, значение 0 (листинг П15.2).
/prep7 |
! Вход в препроцессор |
MPTEMP |
! Задание свойств материала (сталь) |
MPTEMP,1,0 |
! Температура в таблице |
MPDATA,EX,1,,E_st
MPDATA,PRXY,1,,Nu_st
MPDATA,DENS,1,,Dens_st
MPTEMP ! Задание свойств материала (резина)
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,2,,E_res
MPDATA,PRXY,2,,Nu_res
Листинг П15.2. Описание свойств материала
Задаются три типа КЭ: ¹ 1 − плоский твердотельный шестиузловой треугольной формы Plane2 с опцией «плоское напряженное состояние» и два контактных КЭ для моделирования контактных и целевых поверхностей (листинг П15.3).
ET,1,PLANE2 |
! Основной КЭ, нелинейный |
KEYOPT,1,3,2 |
! Опция ¹ 3: ПНС |
ET,2,CONTA172 ! Контактный КЭ, более подвижный (для резины)
ET,3,TARGE169 ! Целевой КЭ, менее подвижный (для стали)
KEYOPT,3,4,111 ! Опция: актуализированы все степени свободы
Листинг П15.3. Задание типов КЭ
Далее описываются массивы и вычисляются значения координат то- чек образующих профилей зубьев и впадин ротора и статора, причем рассчитывается геометрия только половины зуба, а остальная часть профиля достраивается способами рефлекторного отображения и цикличе- ской симметрии. Сначала вычислим координаты точек на профилях и создадим там ключевые точки (листинг П15.4).
*dim,x1,array,num |
! Описание массивов координат |
*dim,y1,array,num |
! точек профиля |
*dim,x2,array,num |
|
! Создание ключевых точек
*dim,y2,array,num
*dim,tt,array,num *dim,Line_1,array,z1
!номера контурных линий профиля
*dim,Line_2,array,z2 ! статора и ротора
! Задание углов от 0 до pi (неравномерное) tt(1)=0, 0.053, 0.12, 0.25, 0.38, 0.8, 1.4, 1.8, 2.5, pi
!Профиль ротора и статора
*do,ii,1,num
tau=tt(ii)
jj=ii+num
as=a*sin(tau)
ac=a*cos(tau)
*if,as,eq,0.0,then a_pt=pi/2
*else a_pt=atan((r-ac)/as)
*endif
x_pt=-r+ac+rc*sin(a_pt) ! Координаты исходного контура
y_pt=r*tau-as+rc*cos(a_pt) fi_1=2*(y_pt-(x_pt+xx1)/tan(a_pt))/dw1 ! Угол поворота
fi_2=2*(y_pt-(x_pt+xx2)/tan(a_pt))/dw2 ! системы координат x1(ii)=(x_pt+dw1/2+xx1)*cos(fi_1)-(y_pt-dw1*fi_1/2) *sin(fi_1) x2(ii)=(x_pt+dw2/2+xx2)*cos(fi_2)-(y_pt-dw2*fi_2/2) *sin(fi_2) y1(ii)=(x_pt+dw1/2+xx1)*sin(fi_1)+(y_pt-dw1*fi_1/2) *cos(fi_1) y2(ii)=(x_pt+dw2/2+xx2)*sin(fi_2)+(y_pt-dw2*fi_2/2) *cos(fi_2)
K,ii,x1(ii),y1(ii)
K,jj,x2(ii),y2(ii)
306
*enddo
Листинг П15.4. Вычисление координат и создание ключевых точек
По массивам точек строим сплайны (листинг П15.5).
num_L=1 |
|
FLST,3,num,3 |
! Выделить точки профиля статора |
*do,ii,1,num |
FITEM,3,ii |
|
*enddo |
|
BSPLIN,,P51X |
! Создать сплайн (линия ¹ 1) |
FLST,3,num,3 |
! Выделить точки профиля ротора |
*do,ii,1,num |
jj=ii+num |
|
FITEM,3,jj |
|
*enddo |
|
BSPLIN, ,P51X |
! Создать сплайн (линия ¹ 2) |
Листинг П15.5. Построение сплайнов
Для построения полного профиля зуба ротора и зуба (впадины) статора выполним операции симметричного отображения относительно плоскости 0XZ и объединения линий (листинг П15.6).
FLST,3,1,4,ORDE,1 |
! Выделить половину впадины |
|
статора |
FITEM,3,1
LSYMM,Y,P51X, , , ,1,0 ! Отобразить отн. пл. XZ FLST,3,2,4,ORDE,1 ! Выделить половину зуба
ротора
FITEM,3,2
LSYMM,Y,P51X, , , ,1,0 ! Отобразить отн. пл. XZ NUMMRG,ALL, , , ,LOW ! Совместить совпадающие
объекты
!Образованы выступ (зуб) ротора (линия ¹ 2)
!и впадина статора (линия ¹ 1)
FLST,2,2,4,ORDE,2 |
! Объединить две половины |
|
(линии ¹¹ 1 и 3) |
FITEM,2,1 |
! впадины статора в одну |
|
(линия ¹ 1) |
FITEM,2,3 |
|
LCOMB,P51X, ,0 |
|
FLST,2,2,4,ORDE,2 |
! Объединить две половины |
|
(линии ¹¹ 2 и 4) |
FITEM,2,2 |
! зуба ротора в одну (линия ¹ 2) |
FITEM,2,4 |
|
LCOMB,P51X, ,0 |
|
Листинг П15.6. Построение профиля зубьев |
Для создания полных контуров зацепления ротора и статора применим операции циклической симметрии вокруг оси вращения для профилей зубьев и впадин, а затем объединим полученные в результате копирования линии для образования замкнутых контуров (листинг П15.7). Перед применением операции циклической симметрии необходимо сделать активной глобальную цилиндрическую СК.
CSYS,1 |
|
! Активная цилиндрическая СК |
num_L=2 |
|
|
Line_1(1)=1 |
|
|
Line_2(1)=2 |
|
|
*do,ii,1,z1-1 |
! Повторяем z1-1 раз профиль |
|
|
впадины статора |
num_L=num_L+1 |
|
|
angl_1=360/z1*ii |
|
|
FLST,3,1,4,ORDE,1 |
! Циклическая симметрия для |
|
|
полного |
FITEM,3,1 |
|
! профиля |
LGEN,2,P51X, , ,0,angl_1,0, ,0
Line_1(ii+1)=num_L
*enddo
*do,ii,1,z2-1 ! Повторяем z2-1 раз профиль впадины ротора
num_L=num_L+1 |
|
|
angl_2=360/z2*ii |
|
|
FLST,3,1,4,ORDE,1 |
|
! Циклическая симметрия для |
|
|
полного |
FITEM,3,2 |
! профиля |
LGEN,2,P51X, , ,0,angl_2,0, ,0 |
Line_2(ii+1)=num_L |
|
*enddo |
|
|
NUMMRG,ALL, , , ,LOW |
! Совместить совпадающие |
|
|
объекты |
Листинг П15.7. Построение контуров в зацеплении |
Следующий этап: создание сечений статора и ротора в виде областей, ограниченных контурными линиями, при этом достраиваются круговые контурные линии (листинг П15.8). Перед этой операцией необходимо вернуться к глобальной декартовой СК.
CSYS,0 |
! Активная декартова глобальная СК |
FLST,2,z2,4 |
! Выделить контур ротора |
*do,ii,1,z2 |
|
FITEM,2,Line_2(ii) |
*enddo |
|
AL,P51X |
! Создать поверхность профиля рото- |
ðà |
|
num_A_rot=1 |
|
CYL4,0,0,r_out |
! Круг по внешнему контуру двигателя |
num_A_full=2 |
|
FLST,2,z1,4 |
! Выделить контур статора |
*do,ii,1,z1 |
|
FITEM,2,Line_1(ii) |
*enddo |
|
AL,P51X |
! Создать поверхность профиля статора |
num_A=3 |
|
ASBA,2,3 |
! Вычитание из круга профиля статора |
num_A=4 |
! Номер полученной поверхности |
|
|
(¹ 1 - ротор) |
K,1000,0,0,0 |
! Центр |
circle,1000,r_in ! Создать контур слоя обкладки |
|
|
(резина) |
num_L=z1+z2+4 |
|
|
FLST,3,4,4 |
! |
Выделить контур обкладки |
*do,ii,1,4 |
|
|
FITEM,3,num_L+ii |
|
|
*enddo |
|
|
ASBL, num_A,P51X |
! Разделить поверхность на внешнюю |
|
! стальную оболочку и обкладку |
num_A_in=3 |
! |
номер внешней стальной оболочки |
num_A_out=2 |
! |
номер обкладки |
FLST,3,1,5,ORDE,1
FITEM,3,num_A_rot
AGEN,,P51X,,,aw,,,,,1 ! Сдвиг ротора на межосевое ! расстояние
GPLOT ! Перерисовать
Листинг П15.8. Создание поверхностей
Граничные условия в данном случае удобно задавать на геометриче- ских объектах, описанные таким образом условия не будут меняться при перестроении сеточной модели или новом анализе. Исходя из условий эксплуатации двигателя будем считать, что по внешнему контуру конструкция жестко закреплена, т.е. все (ALL) степени свободы нулевые (листинг П15.9). Условия нагружения (работы двигателя) в данной задаче не рассматриваются, исследуется статичное состояние после монтажа, а деформации конструкции возникают вследствие предварительного натяга.
!***** |
Описание граничных условий |
FLST,2,4,4,ORDE,2 |
! Закрепление по внешнему контуру |
FITEM,2,10 |
|
FITEM,2,-13 |
|
