Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные методы прочностных расчетов элементов конструкции гидромашин. Учебное пособие
.pdf
Рис. 2.22. Напряжения на поверхности вала штока
Рис. 2.23. Создание сетки на основе смешанной кривизны
Далее необходимо изучить влияние типа решающей программы на результаты расчета. В анализе конечных элементов задача
представлена набором алгебраических уравнений, которые должны
61
быть решены совместно. Существует два класса методов решения:
прямой и итеративный. С помощью прямых методов решаются
уравнения с использованием точных числовых методов. При применении итерационных методов решения уравнений используются
способы аппроксимации, где в каждой итерации предполагается
решение, а связанные с ним погрешности подсчитаны. Повторы
продолжаются до тех пор, пока погрешности не становятся приемлемыми.
По умолчанию установлен тип программы FFEPlus, который использует усовершенствованное переупорядочение матрицы, что делает
ее более эффективной для больших задач. Кроме нее существуют программы Direct Sparse, Large Problem Direct Sparse и Intel Direct Sparse.
Автоматический выбор решающей программы – параметр по
умолчанию для статических, частотных, потери устойчивости итермических исследований.
В случае многозоновых контактных задач, в которых площадь
контакта находится посредством нескольких контактных итераций,
более предпочтительна решающая программа Direct sparse.
В то время как все решающие программы являются эффективными для небольших задач (25 000 степеней свободы или
менее), могут быть большие различия эксплуатационных характеристик (скорость и использование памяти) при решении
больших задач.
Если решающая программа требует большей дополнительной памяти, чем та, что доступна на компьютере, то решающая
программа использует дисковое пространство для хранения и
извлечения временных данных. Когда возникает такая ситуация,
приходит сообщение, информирующее, что решение выходит из
ОЗУ, и процесс решения замедляется. Если объем данных, который должен быть записан на диск, очень большой, то процесс
решения будет крайне медленным. В таких случаях (для статических и нелинейных исследований) следует использовать Large
Problem Direct Sparse.
В зависимости от типа исследования применяются следующие
рекомендации (табл. 2.4).
62
Рекомендации по выбору типа решающей программы
Таблица 2.4
№
п/п
1 Статический Используйте программы Direct Sparse и Large Problem
2 Частота
3 Термические Термические задачи имеют одну степень свободы
4 Нелинейные Для нелинейных исследований моделей, которые
Тип
программы
и потеря
устойчивости
Описание
Direct Sparse, если имеется достаточно объема ОЗУ
инесколько ЦП, для решения следующих задач:
– модели с контактами без проникновения, особенно если включены эффекты трения;
– модели с деталями, свойства материалов которых
значительно различаются;
– модели с комбинированной сеткой
Используйте решающую программу FFEPlus для
расчета любых мод твердого тела. Тело без каких-либо ограничений имеет шесть мод твердого тела.
Используйте решающую программу Direst Sparce
для следующих задач:
– учет влияния нагрузки на собственные частоты;
– модели с деталями, свойства материалов которых
значительно различаются;
– модели, у которых несовместимые сетки связаны
с помощью уравнений ограничения;
– добавление мягких пружин для стабилизации
недостаточно поддерживаемых моделей (исследования потери устойчивости)
(DOF) на узел, поэтому их решение обычно занимает
гораздо меньше времени, чем решение конструкционных задач с таким же количеством узлов. Для очень
больших задач (имеющих более 50 000 степеней свободы) используйте решающую программу FFEPlus
имеют более 50 000 степеней свободы, решающая
программа FFEPlus более эффективна в выдаче
решения за малый период времени. Решающая
программа Large Problem Direct Sparse может действовать и в небазовых решениях
63
Как видно из табл. 2.4, для наших расчетов особой разницы в
выборе решающей программы нет. Однако это следует проверить посредством проведения расчетов. Для этого в свойствах исследования
Рис. 2.24. Выбор типа решающей программы
64
Рис. 2.25. Упрощение модели для расчета
меняем тип решающей программы (рис. 2.24) и повторяем расчеты
для двух случаев: сетки 5/1 мм и сетки 5/0,2 (рис. 2.23) мм элементов.
Результаты заносим в табл. 2.3.
Частным случаем расчета является попытка решить проблему
аналогичным способом (снижением количества элементов сетки) за
счет упрощения модели. Для этого в исходной конфигурации штока
(когда он целый) в дереве анализа на сетке выбираем в выпадающем меню пункт «Упростить модель для создания сетки». В меню
ищем элементы «Фаски» и «Скругления» и исключаем те из них,
Рис. 2.26. Создание нового исследования упрощенной модели
65
в которых не наблюдалось максимальных напряжений, т. е. все фаски и скругления, кроме участвовавших в расчете ранее (рис. 2.25).
В результате упрощения будет создана новая конфигурация модели без элементов лишней кривизны, в которых сильно сгущается
сетка, но они не являются высоконапряженными. В данной конфигурации проводим расчет с прежними параметрами, а результаты
заносим в табл. 2.3.
Активировать новое статическое исследование в этом случае можно через вкладку «Модель» (рис. 2.26). Для перехода в предыдущие
исследования надо активировать соответствующие конфигурации.
2.2.5. Обработка и анализ результатов расчета
По результатам расчетов строятся графики зависимости максимальных напряжений и напряжений в теле штока от количества
узлов сетки. В лабораторной работе количество расчетных точек
ограничено, поэтому кривую расчета следует нанести только для
варианта решающей программы, в которой были три расчетные
700
σ, МПа
600
500
400
300
200
100
0 100 000 200 000 300 000 400 000 500 000 600 000 700 000 800 000
Рис. 2.27. Результаты расчета штока на прочность
66
σ
max
σ
шт
FFE
PDS
IDS
Узлы, шт.
точки. Остальные параметры наносятся только точками с подписью соответствующих данных. Кроме того, на график необходимо
нанести точку расчета исходной геометрии для случая сетки 5/1 мм.
Пример графика представлен на рис. 2.27.
Проанализировав полученный график, необходимо сделать
выводы о необходимости и достаточности построенной сетки,
различиях применения типов решающих программ. Для этого
можно сделать расчет процентного различия результатов расчетов
в зависимости от решающей программы и минимального размера
элемента (табл. 2.3).
В анализе результатов также следует учесть тот факт, что минимальные запасы прочности при конструировании изделий составляют 150… 200 %. Следовательно, малые изменения в результатах
расчетов не принесут большой погрешности в выборе размеров
элемента.
2.3. Лабораторная работа 2
Исследование влияния дефекта материалов на прочность деталей
В данной лабораторной работе необходимо провести численное
исследование влияния дефекта заготовки материала на прочность
изготовленной из нее детали. Пропущенные при изготовлении
детали дефекты могут привести к ее последующей отбраковке, а в
худшем случае – к выходу из строя в процессе работы ответственного механизма.
Контроль деталей и заготовок, из которых изготавливаются
детали, производится контролерами отдела технического контроля
(ОТК). Начальник ОТК завода несет ответственность за качество
выпускаемой цехом продукции, своевременное предупреждение
массового брака на основных операциях и своевременную приемку
представленных на контроль поковок/заготовок. Начальник ОТК
осуществляет руководство участками контроля через подчиненных
ему мастеров или старших контролеров, возглавляющих отдельные
участки.
Наружный осмотр заготовок/деталей невооруженным глазом
или с помощью лупы применяют для выявления поверхностных
67
дефектов. Для обнаружения особо мелких дефектов поверхности
пользуются магнитным и люминесцентным методом контроля.
Внутренние дефекты обнаруживают с помощью ультразвуковых
или рентгеновских установок.
Одним из таких внутренних дефектов являются закалочные
трещины – тонкие разветвляющиеся трещины, глубоко проникающие в тело поковки/заготовки. В случаях резкой закалки закалочные трещины представляют собой криволинейные разрывы
в местах перехода от тонких сечений к толстым или на тонких
ребрах и кромках. Основные причины возникновения закалочных трещин:
– чрезмерная скорость охлаждения;
– резкое различие в содержании углерода в местах среза заусенца и в соседних слоях металла (поковки с тонкими сечениями
и сложной формой);
– несоответствие химического состава стали (повышенный
против установленного по ГОСТу процент углерода, хрома или
марганца);
– загрязненный металл с резкой ликвацией.
Для предупреждения закалочных трещин такие поковки, как
шатуны, перед закалкой в воде должны проходить нормализацию
или изготовляться из стали, закаливающейся в масле.
2.3.1. Исходные данные
Изучать влияние трещин на прочность детали в данной лабораторной работе будем на примере стального цилиндра – стержня. Исходные данные для построения твердотельной модели
представлены на рис. 2.28. В табл. 2.5 приведены геометрические
данные и данные по нагрузкам в зависимости от номера варианта
студента.
Номер варианта – порядковый номер студента группы в алфавитном порядке. С учетом исходных данных необходимо построить
твердотельную модель стержня в трех конфигурациях: без дефекта,
с внешним дефектом, с внутренним дефектом.
68
Внешний дефект получается операцией «Повернутый вырез»
эскиза на виде «В» (рис. 2.28) на угол 45°. Внутренний дефект –
поворотом эскиза на виде «А» на 20°.
Нагрузка действует на растяжение стержня.
ØD1
ØD2
I
Конфигурация с внутренним дефектом
А
Конфигурация с внешнем дефектом
B
R10
Два места
L
А (5:1)
Поворот на 45°
5
0,10
B (5:1)
Поворот на 20°
0,10
5
Рис. 2.28. Исходная геометрия стержня
69
Материал для стержня – простая углеродистая сталь из библиотеки SW.
Таблица 2.5
Варианты геометрии и нагрузок на стержень
Номер
варианта
1 200 30 25 50 50 000
2 200 30 26 50 52 000
3 200 30 27 50 54 000
4 200 30 28 50 56 000
5 200 30 29 50 58 000
6 250 40 30 55 60 000
7 250 40 31 55 63 000
8 250 40 32 55 66 000
9 250 40 33 55 68 000
10 250 40 34 55 70 000
11 300 50 35 60 73 000
12 300 50 36 60 76 000
13 300 50 37 60 80 000
14 300 50 38 60 83 000
15 300 50 39 60 86 000
16 350 60 40 65 89 000
17 350 60 41 65 92 000
18 350 60 42 65 95 000
19 350 60 43 65 97 000
20 350 60 44 65 100 000
L, мм l, мм D1, мм D2, мм Нагрузка, Н
2.3.2. Проведение расчета
Используя навыки, полученные в предыдущей работе, необходимо провести исследование для трех случаев: без дефекта, с
внешним дефектом, с внутренним дефектом. Для всех расчетов
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]