5.2 Задание материала конструкции

На панели инструментов главного окна приложения выбираем раздел для просмотра или задания материала конструкции. Если материал уже задан, то можно вносить изменения для каждого элемента конструкции, выбрав его свойства в пункте «Geometry» (Рисунок 5.1).

Рисунок 5.1. Меню выбора материала

В результате открывается окно «Engineering Data» (Приводится на рисунке 5.2). В стандартной версии ANSYS Workbench поставляется библиотека конструкционных материалов, которые могут быть назначены операциям твердотельного моделирования, причем пользователь может пополнять стандарт­ную базу материалов другими материалами. Пользователь также может настроить или просмотреть физические свойства уже заданного материала конструкции или ее элементов, например такие характеристики, как модуль Юнга, теплопроводность, теплоемкость и т.п.

Рисунок 5.2. Свойства стали – материала конструкции

5.3 Генерация конечно-элементной сетки

Предварительно необходимо разбить построенную модель на конечные элементы для последующего проведения расчетов. При создании сетки разбиения на конечные элементы пользователь определяет степень дискретизации твердотельной модели, указывая в параметрах ориентировочный размер элементов, при помощи которых будет описана математическая модель моделируемого изделия. Здесь необходимо отметить следующие моменты. Конечно-элементная сетка может существенным образом влиять на качество получаемых решений в случае сложной пространственной конфигурации изделий. Как правило, более мелкое разбиение обеспечивает лучшие по точности результаты. Однако аппроксимация модели большим количеством малых элементов приводит к системе алгебраических уравнений большого порядка, что может негативно сказаться на скорости выполнения расчета. Вообще, оценить качество конечно-элементной модели можно последовательным решением нескольких задач с различными возрастающими степенями дискретизации. Если результаты решения (собственные частоты) перестают заметно меняться при использовании более густой сетки, то можно со значительной долей уверенности считать, что достигнут определенный оптимальный уровень дискретизации и что дальнейшее увеличение дискретизации сетки нерационально.

В меню можно сгенерировать предварительное конечно-элементное разбиение модели (команда Mesh – Рисунок 5.3):

Рисунок 5.3. Разбиение модели на конечные элементы

Модель примет следующий вид после разбиения (Приводится на рисунке 5.4):

Рисунок 5.4. Модель рамы после конечно-элементного разбиения

5.4 Наложение граничных условий. Задание закреплений

Рассчитаем на собственные частоты колебаний модель компрессорно-конденсаторного агрегата, рама которого жестко закреплена в 8 местах (Приводится на рисунке 5.5).

StructuralFixed Support _{Указываем курсором и выделяем поверхности, которые необходимо закрепить Apply:}

Рисунок 5.5. Закрепление модели

5.5 Выполнение расчета собственных частот и форм колебаний конструкции

В свойствах процессора пользователь может определить такие дополнительные свойства, как точность вычислений или количество нижних собственных частот конструкции, подлежащих определению. Известно, что почти вся энергия механических колебаний аккумулируется на нескольких нижних гармониках изделия, поэтому при частотном анализе в первую очередь представляют интерес первые три-пять наименьших собственных частот. Для данной модели в меню Tools выбираем расчет Frequency Finder и определяем 6 моделей для получения собственных частот (Рисунок 5.6):

Рисунок 5.6. Расчет собственных частот колебаний

При выполнении расчетов на собственные частоты колебаний первой модели были получены следующие результаты (Рисунок 5.7 и 5.8).

Рисунок 5.7. Таблица частот собственных колебаний первой модели

Рисунок 5.8. Формы собственных колебаний первой модели

Как видно из представленных выше рисунков (Рисунок 5.7 и 5.8), первая частота модели находится в непосредственной близости с недопустимой частотной областью.

Рисунок 5.9. Первая собственная форма колебаний

На основании данных из представленного выше рисунка (Рисунок 5.9) в первой модели конструкции рамы компрессорно-конденсаторного агрегата ослабленной является передняя балка рамы. Данный недочет учтен во второй модели конструкции. Была изменена геометрия модели, а именно – была доработана схема креплений конструкции.

При выполнении расчетов на собственные частоты колебаний второй модели были получены следующие результаты (Рисунок 5.10).

Рисунок 5.10. Таблица частот собственных колебаний второй модели

Рисунок 5.11. Формы собственных колебаний второй модели

Как видно из представленного выше рисунка (Рисунок 5.11), собственные частоты колебаний находятся в допустимой частотной области.

Расчет третей конструкции рамы компрессорно-конденсаторного агрегата произведен с учетом установленных амортизаторов. Т.е. вместо жесткого закрепления непосредственно самой рамы на местах креплений были установлены резиновые амортизаторы (Приводится на рисунке 5.12).

Рисунок 5.12. Установленный амортизатор

Материал амортизаторов – неопреновая резина со следующими физическими характеристиками (Приводятся на рисунке 5.13):

Рисунок 5.13. Параметры Neoprene Rubber

При выполнении расчетов на собственные частоты колебаний третьей модели были получены следующие результаты (Рисунок 5.14 и 5.15).

Рисунок 5.14. Таблица частот собственных колебаний третьей модели

Рисунок 5.15. Формы собственных колебаний третьей модели

Модель в результате расчета обладает достаточной устойчивостью к резонансам. С целью улучшить показатели данной модели, т.е. чтобы частота собственных колебаний модели отличалась как можно больше от частот в диапазоне до 50 Гц, вызывающих нарушение ее функциональности, был также проведен расчет конструкции с дополнительной точкой крепления и установленным в ней амортизатором (Приводится на рисунке 5.16).

Рисунок 5.16. Рама с дополнительной точкой закрепления