Построение моделей из объемных конечных элементов

Цель работы: приобрести навыки построения конечно-элементных моделей из объемных конечных элементов в SolidWorks Simulation.

Краткие теоретические сведения

В данной работе исследуется напряженно деформируемое состояние модели полурамы вагонов, у которых кузов является несущим (хоппер, 8- осная цистерна), созданной из криволинейных конечных элементов, методом конечных элементов при нагружениях типа «сила» и «дистанционные нагрузки/масса».

Твердотельная модель полурамы представлена на рис. 1. Там же показаны уравнения, управляющие размерами модели, и точка центра масс кузова.

Рис. 1. Твердотельная модель полурамы с размерами до точки центра масс кузова

Полурама опирается пятником на подпятник и фиксируется в нем своей цилиндрической поверхностью. На рис. 2 показано задание крепления типа «зафиксированный шарнир».

Рис. 2. Задание крепления цилиндрической грани пятника

Опора нижней части пятника имитируется креплением, типа «ролик/ползун», приложенном к плоской поверхности пятника, как показано на рис. 3.

Рис. 3. Задание крепления типа «ролик/ползун» на плоской поверхности пятника

Рис. 4. Задание поверхности приложения силы, имитирующей воздействие автосцепного устройства при соударениях вагонов

В данном исследовании предполагается приложение силы к упорному угольнику, расположенному внутри хребтовой балки. Данная сила прередается на угольник от автосцепного устройства при соударениях. Процесс приложения силы к упорному угольнику показан на рис. 4.

Также предполагается приложение дистанционной нагрузки, приложенной к поверхности полурамы из геометрического центра вагона, и имитирующей вес кузова с грузом, а также силу инерции при ускорении, вызванном соударением вагонов. На рис. 5 показан процесс приложения силы, имитирующей половину веса кузова с грузом.

Рис. 5. Задание граней приложения силы, имитирующей половину веса кузова с грузом

Рис. 6. Задание дистанционной нагрузки, состоящей из силы, направленной по оси Z, имитирующей силу инерции массы всего кузова с грузом при ускорении цистерны 3g

На рис. 6 показан процесс приложения дистанционной нагрузки к модели.

На рис. 7 показано задание набора контактов деталей, составляющих сборочную единицу «полурама».

Рис. 7. Определение набора контактов в ручном режиме

Рис. 8. Процесс задания параметров сетки конечных элементов

На рис. 8 показан процесс установления параметров сетки конечных элементов.

После запуска решения и получения результатов можно добавить в результаты эпюру коэффициента запаса прочности.

Порядок выполнения работы

1. Откройте файл «Лаб_раб-7.SLDASM».

2. Активизируйте SolidWorks Simulation путем выбора данного приложения на вкладке «Продукты SolidWorks». Запустите новое исследование. Задайте тип исследования – «Статический анализ».

3. Задайте входные параметры:

– материал из библиотеки «solidworks materials» в соответствии с заданным вариантом (табл. 1);

– первое крепление – фиксированный ролик на цилиндрической поверхности пятника (рис. 2),

– второе крепление – крепление типа «ролик/ползун» плоской грани пятника (рис. 3);

– первая нагрузка – сила в Н, имитирующая воздействие автосцепного устройства при соударениях вагонов(рис. 4);

– вторая нагрузка – сила в Н, рассчитываемая как 0,5(G_г+G_к)g, приложенная нормально к поверхности полурамы (рис. 5), где g=9,8 м/с² – ускорение свободного падения, G_г – масса груза в кг, G_к - масса кузова вагона без рамы в кг из табл. 1;

– третья нагрузка – дистанционная нагрузка – сила сила инерции груза в Н при ускорении 3g, рассчитываемая как 3(G_г+G_к)g, где g=9,8 м/с² –- ускорение свободного падения, G_г – масса груза, G_к –масса кузова вагона без рамы в кг из табл. 1, приложенная в геометрическом центре кузова вагона и передаваемая к граням полурамы (рис. 6);

– набор контактов, задаваемый вручную указанием всех контактирующих деталей (рис. 7);

– сетка – на основе кривизны со средними по величине элементами, заново создаваемая для деталей с несовместимой сеткой (рис. 8).

Запустите решение и проконтролируйте время его выполнения. Если время решения более 10 минут, остановите процесс и измените сетку на стандартную, грубую, черновую. При получении решения скопируйте полученную эпюру коэффициента запаса прочности с помощью клавиши клавиатуры PrtSc в файл отчета, созданный в MS Word.

4. Запустите инструмент «Инструменты \ Уравнения...», измените в модели полурамы значение глобальной переменной S и повторите расчет, скопируйте новую эпюру коэффициента запаса прочности в отчет, сделайте вывод об изменении минимального коэффициента запаса прочности в зависимости от толщины стенки деталей полурамы. Отошлите отчет на сервер для проверки.

Контрольные вопросы:

1. Как параметры сетки влияют на скорость решения в модели с объемными элементами?

2. Как толщина деталей влияют на коэффициент запаса прочности?

Таблица 1

Варианты индивидуального задания

Номер варианта	Масса груза Gг, кг	Масса кузова вагона Gк, кг	Материал
1	60000	10000	AISI 1020 Сталь, холоднокатанная
2	62000	11000	AISI 1020
3	66000	12000	AISI 1045 Сталь, холоднотянутая
4	69000	13000	AISI 4340 Сталь, нормализованная
5	66000	12500	Легированная сталь
6	72000	14000	Легированная сталь (SS)
7	125000	40000	AISI 1020 Сталь, холоднокатанная
8	54000	9000	AISI 1020
9	62000	9500	AISI 1045 Сталь, холоднотянутая
10	67000	11500	AISI 4340 Сталь, нормализованная
11	90000	34000	AISI 1020
12	52000	8500	Легированная сталь
13	47000	8000	Легированная сталь (SS)
14	70000	12000	AISI 1020 Сталь, холоднокатанная
15	77000	14500	AISI 1045 Сталь, холоднотянутая
16	60000	10500	AISI 1020 Сталь, холоднокатанная
17	62000	11500	AISI 1020
18	66000	12500	AISI 1045 Сталь, холоднотянутая
19	69000	13800	AISI 4340 Сталь, нормализованная
20	66000	11500	Легированная сталь
21	72000	13000	Легированная сталь (SS)
22	125000	38000	AISI 1020 Сталь, холоднокатанная
23	54000	7500	AISI 1020
24	62000	9000	AISI 1045 Сталь, холоднотянутая
25	67000	12500	AISI 4340 Сталь, нормализованная
26	90000	38000	AISI 1020
27	52000	7000	Легированная сталь
28	47000	65000	Легированная сталь (SS)
29	70000	11000	AISI 1020 Сталь, холоднокатанная
30	77000	12000	AISI 1045 Сталь, холоднотянутая

Лабораторная работа №8