5.6 Анализ результатов расчетов

Результатами частотного анализа являются собственные частоты изделия и соответствующие им собственные формы колебаний. Формы колебаний представляют собой относительные ам­плитуды перемещений конструкции в узлах конечно-элементной сетки. По ним можно определить характер движения, осуществляемого системой на частоте колебаний, соответствующей собственной. Для лучшего понимания характера динамических процессов целесообразно использовать специальный инструмент анимации результата, который позволяет увидеть и оценить характер движения в реальном масштабе времени.

При выполнении расчетов на собственные частоты колебаний четвертой модели были получены следующие результаты (Рисунок 5.17 и 5.18).

Рисунок 5.17. Таблица частот собственных колебаний четвертой модели

Рисунок 5.18. Формы собственных колебаний четвертой модели

Как видно из рисунков при доработке конструкции были получены следующие результаты:

1. При установке конструкции без амортизаторов произведено смещение собственных частот колебаний в область 120 Гц, что намного превышает диапазон опасных частот. Следовательно, резонансы данной конструкции не угрожают;

2. При установке на амортизаторах и введении дополнительной точки крепления произведено смещение частот в область 140 Гц, что позволяет предельно снизить возможность возникновения резонанса в конструкции.

При оценке частот собственных колебаний первоначальной модели рамы мы получили слишком большую вероятность возникновения резонансов при колебании конструкции, так как частоты собственных колебаний были достаточно близки к частотам, возникающим при внешнем воздействии на конструкцию. На основании расчетных данных конструкция была доработана таким образом, что собственные частоты конструкции практически в три раза превышают рабочие.

Таким образом, уже на этапе проектирования мы оценили спектр построенных моделей и доработали их с целью получения прочной и надежной конструкции, устойчивой к резонансам и, следовательно, к преждевременному повреждению или разрушению.

6 МОДЕЛИРОВАНИЕ УДАРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕСУЩУЮ КОНСТРУКЦИЮ РАМЫ

6.1 Характер ударного воздействия

До недавнего времени испытания модели на drop-тестах означали проведение сложного нелинейного динамического конечно-элементного анализа. Программная система ANSYS предлагает средства быстрого и наглядного проведения анализа высоколинейных динамических процессов, например, расчета прочности конструкции при падении (drop-test).

При конструкционном анализе существует 4 типа нагрузок:

1. Inertial Loads – Инерционные нагрузки. Действуют на всю конструкцию. Предварительно необходимо задать плотность материала конструкции для вычисления массы.

2. Structural Loads – Конструкционные нагрузки. Это силы и моменты, действующие на детали конструкции.

3. Structural Supports – Закрепления. Это ограничение степеней свободы, которое исключает движение заданных объектов.

4. Thermal Loads – Тепловые нагрузки. Приводят к неоднородному распределению температуры и тепловому расширению конструкции.

Расчет ударных воздействий (так называемый drop-test) будем проводить для модели, конструкция которой была доработана в соответствии с учетом расчета собственных колебаний. Согласно техническим требованиям конструкция рамы должна выдерживать различного рода ударные нагрузки:

1. с пиковым ударным ускорением 150 м/с² (15g) длительностью действия ударного ускорения 5-15 мс;

2. с пиковым ударным ускорением 196 м/с² (20g) (по ГОСТ РВ 20.39.304-98 750 м/с² (75g)) с длительностью действия ударного ускорения 1-5 мс;

3. с пиковым ударным ускорением 147 м/с² (15g) с длительностью действия 5-10 мс, свойственных условиям транспортирования в составе объекта.

На основании полученного в результате моделирования ударного воздействия напряженно-деформированного состояния конструкции можно оценить критические, опасные зоны и участки модели, в которых возможно возникновения разрушения или деформации конструкции, оптимальные, рациональные марки материала в зависимости от напряженно-деформированного состояния конструкции, а также оптимальную форму модели.

Для высокоскоростных процессов (протекающих обычно несколько миллисекунд) и при очень больших деформациях приходится делать шаги весьма малыми, чтобы отследить изменение нагрузки и поведение конструкции. Инерционные нагрузки велики и определяются ускорениями конструкции. Для более точного их расчета эффективно будет вводить ускорения (и скорости) в число узловых степеней свободы.

Свойства материала, тип и схема закреплений остаются неизменными. Меняется только характер воздействия на конструкцию.