Моделирование плоской пластины с прямоугольными, круглыми, треугольными и т.П. Отверстиями

Цель работы: приобрести навыки проведения прочностных расчетов плоской пластины с прямоугольными, круглыми, треугольными и другими отверстиями в среде SolidWorks Simulation.

Краткие теоретические сведения

В данной работе в качестве плоской пластины рассматривается наружная стенка пассажирского вагона, в частности оценивается влияние гофр на ее прочностные свойства. Внешний вид стенки показан на рис. 1.

Рис. 1. Внешний вид наружной стенки пассажирского вагона с гофрами

С внутренней стороны наружная стенка пассажирского вагона крепится к каркасу – см. рис. 2.

Рис. 2. Внутренний вид наружной стенки пассажирского вагона, крепящейся к каркасу

Расчеты на прочность стенки пассажирского вагона заключается в имитации ветровой нагрузки (давление 500 Па) и оценке влияния на коэффициент запаса прочности формы окон, величины радиуса скругления углов окон, высоты гофр.

В индивидуальном задании заданы следующие параметры:

– ширина малого окна в его нижней части Bm1, мм;

– ширина малого окна в его верхней части Bm2, мм;

– ширина большого окна в его нижней части Bb1, мм;

– ширина большого окна в его верхней части Bb2, мм;

– радиусы скругления окон в углах R, мм;

– высота гофр h, мм.

В сборке стенка пассажирского вагона не закреплена на каркасе, поэтому в прочностных расчетах требуется указать наличие контакта или зазора между компонентами. Обычно указывается контакт компонентов без интерференции, который может быть определен программой автоматически.

Ветровая нагрузка действует как на внешнюю поверхность стенки, так и на поверхность окон, но для простоты модели окна отсутствуют, и давление на их поверхность заменяется в модели силой, приложенной к ободу (шириной 20 мм) вокруг кромки оконного проема. Эта сила рассчитывается для каждого окна, как произведение давления 500 Па (ветровая нагрузка) на площадь окна в м². Площадь трапециевидного окна рассчитывается, как произведение высоты окна (0,642 м) на полусумму величин ширина окна в нижней и верхней части; скругление углов оконного проема приближенно учитывается вычитанием из данного произведения площади круга с радиусом, равным радиусу скругления R, м.

Сетка метода конечных элементов задается для стенки пассажирского вагона с гофрами не стандартная, а на основе кривизны.

Порядок выполнения работы

1. Откройте файл «Сборка1-Лаб_раб-3.SLDASM». Активизировав мышью деталь «Деталь1 к Лаб_раб-3», переведите ее в режим редактирования кнопкой .

2. Запустите инструмент «Инструменты \ Уравнения...» и измените значения глобальных параметров Bm1, Bm2, Bb1, Bb2, R и h в соответствии с заданным вариантом (табл. 1).

3. Активизируйте SolidWorks Simulation путем выбора данного приложения на вкладке «Продукты SolidWorks». Запустите новое исследование. Задайте тип исследования - статический.

4. Задайте входные параметры: материал – «сталь легированная», крепление – заделка грани каркаса с внутренней стороны стенки пассажирского вагона (рис. 3), нагрузка первого типа – давление в 500 Па, приложенная к внешней стороне стенки (рис. 4), нагрузка второго типа – сила в Н, приложенная к ободу малого окна (задается для каждого малого окна по отдельности), нагрузка третьего типа – сила в Н, приложенная к ободу большого окна (задается для каждого большого окна по отдельности – см. рис. 5), контакты/зазоры – определяются автоматически при выборе секущей рамкой всей сборки (рис. 6), сетка – высокая плотность, на основе кривизны, 4 точки Якобиана (рис. 7), запустите решение. В выходных параметрах задайте эпюру коэффициента запаса прочности, скопируйте ее с помощью клавиши клавиатуры PrtSc в файл отчета, созданный в MS Word.

5. Уменьшите на 200 мм величины Bm2 и Bb2, повторите создание сетки, расчет и копирование новой эпюры коэффициента запаса прочности в свой отчет.

6. Увеличьте на 10 мм величину R, повторите создание сетки, расчет и копирование новой эпюры коэффициента запаса прочности в свой отчет.

7. Увеличьте на 20 мм величину h, повторите создание сетки, расчет и копирование новой эпюры коэффициента запаса прочности в свой отчет. Сделайте вывод о влиянии на коэффициент запаса прочности формы окон, величины радиуса скругления углов окон, высоты гофр. Сохраните отчет с указанием номера лабораторной работы, фамилии и группы (например, "ЛР-3_Иванов ПС-13"). Отошлите отчет на сервер для проверки.

Контрольные вопросы:

1. Как в модели сборки учитывается закрепление деталей (компонентов) между собой, если в модели не выполнены крепежные элементы (резьбовые соединения, заклепки, сварка)?

2. Как в прочностных расчетах стенки пассажирского вагона учитывалось давление на окна, если в модели сборки стекла окон отсутствовали?

3. Какое требование к сетке МКЭ ставится из-за наличия гофр у стенки пассажирского вагона?

Рис. 3. Задание типа крепления и места его приложения

Рис. 4. Задание величины и места приложения давления

Рис. 5. Задание силы и места ее приложения для каждого окна в отдельности

Рис. 6. Задание контактов/зазоров между компонентами сборки

Рис. 7. Задание параметров сетки

Таблица 1

Варианты индивидуального задания

Номер варианта	Bm1, мм	Bm2, мм	Bb1, мм	Bb2, мм	R, мм	h, мм
1	450	450	935	935	10	30
2	400	400	900	900	10	30
3	410	410	910	910	10	30
4	420	420	920	920	10	30
5	430	430	930	930	10	30
6	440	440	940	940	10	30
7	450	450	950	950	10	30
8	440	440	950	950	10	30
9	430	430	950	950	10	30
10	420	420	950	950	10	30
11	410	410	950	950	10	30
12	400	400	950	950	10	30
13	410	410	900	900	10	30
14	420	420	900	900	10	30
15	430	430	900	900	10	30
16	440	440	900	900	10	30
17	450	450	900	900	10	30
18	450	450	910	910	10	30
19	450	450	920	920	10	30
20	450	450	930	930	10	30
21	450	450	940	940	10	30
22	430	430	940	940	10	30
23	420	420	940	940	10	30
24	410	410	940	940	10	30
25	400	400	940	940	10	30
26	400	400	930	930	10	30
27	410	410	930	930	10	30
28	420	420	930	930	10	30
29	440	440	930	930	10	30
30	400	400	920	920	10	30

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4.