3.1 Экспорт геометрии из cosmos DesignStar 4.5

Одним из условий, накладываемых на раму, являются ее габариты. Разработанная трехмерная геометрия имеет ограничения пространством, в котором должен находиться компрессорно-конденсаторный агрегат в системе охлаждения. Предварительно, весь спектр исследуемых моделей был разработан в пакете трехмерного проектирования COSMOS DesignSTAR (Приводится на рисунке 3.1).

При построении трехмерной модели компрессорно-конденсаторного агрегата были использованы следующие виды элементов:

• Вытягивание (Элемент построения вытягивание применялся, когда для получения твердого тела необходимо вытянуть эскиз на определенное расстояние);

• Вращение (Элемент построения вращение применялся, когда для построения твердого тела необходимо вращать эскиз на заданный угол);

• Заметать вдоль направляющей (Элемент построения применялся при построении гидравлических шлангов, электрических жгутов и получения кривых форм);

• Отверстие (Элемент построения бобышка применялся при создании в твердых телах отверстий различных видов);

• Бобышка (Элемент построения бобышка применялся при построении шпилек ввариваемых в профиля рамы компрессорно-конденсаторного агрегата);

• Выделение (При необходимости произвести операции с гранью твердого тела применялась операция выделение);

• Блок (Операции блок применялись при построении призматических твердых тел с известными длинами сторон);

• Цилиндр (Операции цилиндр применялись при построении цилиндрических твердых тел с известной длины);

• Конус;

• Сфера.

Рисунок 3.1. Построение геометрии в COSMOSDesignSTAR 4.5

Т. к. подготовка трехмерной геометрии для дальнейшего расчета методом конечных элементов будет произведена в пакете трехмерного моделирования ANSYS Workbench, необходимо произвести экспорт полученной геометрии из COSMOSDesignSTAR 4.5. Для этого необходимо произвести следующие действия:

1. Открыть геометрию в COSMOSDesignSTAR 4.5;

2. Для экспорта геометрии в формат, который можно импортировать в ANSYS Workbench, необходимо выбрать в меню пункт ФайлСохранить как…(Рисунок 3.2);

Рисунок 3.2. Диалоговое окно «Сохранить как»

3. В раскрывающемся списке Save as Type выберем либо тип Parasolid Text(*.x_t), либо тип Parasolid Binary (*.x_b), как указано на рисунке 3.3;

Рисунок 3.3. Выбор типа файла для экспорта модели

4. Сохраним файл.

Экспорт геометрии из COSMOSDesignSTAR 4.5 закончен.

3.2 Импорт геометрии в ANSYS Workbench

Следующий этап – импорт геометрии в ANSYS Workbench. Для этого необходимо выполнить следующие действия:

1. Загрузим ANSYS Workbench и создадим новый файл геометрии, зададим настройки измерения, как указано на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4. Создание геометрии и настройки единиц измерения

2. В пункте меню укажем FileImport External Geometry File… (Рисунок 3.5);

Рисунок 3.5. Импорт файла в ANSYS Workbench

3. В появившемся диалоговом окне «Открыть» файл с типом Parasolid Binary (Рисунок 3.6) выберем экспортированный файл из COSMOSDesignSTAR 4.5 и загрузим его.

Рисунок 3.6. Диалоговое окно импорта

4. Сгенерируем импортированную геометрию в рабочей области (Рисунок 3.7 и 3.8):

Рисунок 3.7. Генерация импортированной модели

Рисунок 3.8. Полученная геометрия упрощенной конструкции компрессорно-конденсаторного агрегата

4. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ

1. Требования, предъявляемые к конструкции рамы

Одним из важных требований представленных заказчиком – это покрытие конструкции рамы. Рама компрессорно-конденсаторного агрегата должна иметь следующее покрытие: Грунтовка ВЛ-02(1), Грунтовка АК-070(2), Эмаль ХС-5146.

Конструкция рамы должна быть изготовлена из профилей прочных как на изгиб, так и на кручение.

В качестве конструктивных элементов были выбраны:

1. Уголки стальные горячекатаные [30];

2. Швеллеры стальные горячекатаные [31].

Конструкция рамы компрессорно-конденсаторного агрегата сваривается сваркой по ГОСТ 5264-80 [33].

При изготовлении рамы необходимо учесть возможность натяжения ремня привода компрессора. Для этого в раму компрессорно-конденсаторного агрегата дополнительно ввариваются четыре шпильки, на которых крепится подвижная рама компрессора.

Натяжение ремня происходит по следующей схеме:

1. Необходимо отжать гайки крепления подвижной рамы компрессора;

2. Специальным винтом для натяжения рамы компрессора переместить раму в необходимое положения, чтобы обеспечить натяжение ремня;

3. Зажать гайки шпилек рамы компрессора.

Также в конструкции предусмотрены четыре рым-болта для удобного монтажа компрессорно-конденсаторного агрегата. Три рым-болта использованы стандартного исполнения, четвертый организован в виде оси вваренной в швеллер. Расположение рым-болтов в крайних точках компрессорно-конденсаторного агрегата.

2. Выбор расчетной схемы

В процессе разработки геометрической модели был получен полный вид компрессорно-конденсаторного агрегата (Рисунок 4.1).

Рисунок 4.1. Пространственная модель компрессорно-конденсаторного агрегата

Для создания конечно-элементной модели необходимо было геометрию, полученную в пакете трехмерного моделирования, экспортировать из COSMOSDesignStar в Ansys Workbench.

Для облегчения создания конечно-элементной модели на основе созданной геометрической модели произведены следующие упрощения:

1. Гидравлические и электрические элементы типа жгутов и шлангов исключены из расчетной схемы (Рисунок 4.2);

Рисунок 4.2. Вид компрессорно-конденсаторного агрегата без шлангов и жгутов

2. В ходе анализа конструкции было замечено, что расположение мест крепления конденсатора находится непосредственно над местами крепления самой рамы компрессорно-конденсаторного агрегата. Таким образом, конденсатор не будет влиять на распределение частот собственных колебаний всей конструкции. Решено конденсатор исключить из расчетной схемы (Рисунок 4.3).

При задании граничных условий будем учитывать, что места крепления для разного вида конструкции имеют различные расположения, поэтому в процессе расчета будет необходимо производить построение новых мест крепления.

Рисунок 4.3. Готовая упрощенная модель для экспорта из COSMOSDesignStar в Ansys Workbench

5 РАСЧЕТ СОБСТВЕННЫХ ЧАСТОТ И ФОРМ КОЛЕБАНИЙ КОНСТРУКЦИИ

5.1 Целесообразность определения собственных частот

Необходимость в расчете собственных частот и соответствующих им форм колебаний нередко возникает при анализе динамического поведения конструкции под действием переменных нагрузок. Наиболее распространена ситуация, когда при проектировании требуется убедиться в малой вероятности возникновения в условиях эксплуатации такого механического явления, как резонанс. Как известно, суть резонанса за­ключается в значительном (в десятки раз и более) усилении амплитуд вынужденных колебаний на определенных частотах внешних воздействий — так называемых резонансных частотах. В большинстве случаев возникновение резонанса является крайне нежелательным в плане обеспечения надежности изделия явлением. Многократное увеличение амплитуд колебаний при резонансе и вызываемые этим высокие уровни напряжений — одна из основных причин выхода из строя изделий, эксплуатируемых в усло­виях вибрационных нагрузок. Для защиты от резонансных воздействий можно использовать различные механические устройства, которые принципиально меняют спектральные характеристики конструкции и поглощают энергию колебаний (например, виброизоляторы). Однако есть и другой эффективный способ противодействия резонансам. Известно, что резонансы наблюдаются на частотах, близких к частотам собственных колебаний конструкции. Если при проектировании изделия имеется возможность оценить спектр собственных частот конструкции, то можно со значительной долей вероятности прогнозировать риск возникновения резонансов в известном диапазоне частот внешних воздействий. Во избежание или для значительного уменьшения вероятности появления резонансов необходимо, чтобы большая часть нижних собственных частот конструкции не лежала в диапазоне частот внешних воздействий. В этом случае можно обойтись без применения специальных виброизолирующих систем. Но для оптимизации спектра собственных частот конструкции прежде всего необходимо оценить эти частоты на этапе проектирования изделия. Именно эту функцию и выполняет модуль частотного анализа системы ANSYS Workbench – Frequency Finder. Модуль позволяет на этапе проектирования оценить спектр собственных частот конструкции. Далее разработчик может оптимизировать конструктивные параметры изделия таким образом, чтобы вывести большую часть собственных частот из рабочего диапазона вибровоздействий.

В данном проекте произведен частотный анализ конструкции рамы компрессорно-конденсаторного агрегата. Если собственные частоты рамы не попадут в рабочий диапазон частот вращения, обеспечиваемый приводом, то можно быть уверенным в отсутствии резонансных явлений в работе механизма. Конструкция, на примере которой мы иллюстрируем работу с модулем частотного анализа, представляет собой сборочную трехмерную модель и состоит из нескольких отдельных твердотельных деталей.

Рассмотрим общий порядок выполнения расчета собственных частот в системе конечно-элементного моделирования ANSYS Workbench.