БГТУ ВОЕНМЕХ. Цифровизация высокотехнологичных отраслей. Упражнение 3.1 Линейный прочностной расчет

Выполнено Упражнение 3.1 Линейный прочностной расчет

Цель

Учебный пример проводится на геометрии, представляющей собой лопастной насос, и состоящей из 5 деталей. Первоочередная цель – проанализировать сборку под предварительным нагружением от натяжения ремня 100 Н, чтобы проверить, что: − под заданной нагрузкой крыльчатка не прогнется более чем на 0,075 мм. − материал корпуса (пластик) не испытывает пластических деформаций в области отверстия.

Допущения

Предполагаем, что корпус насоса закреплен жестко. Для моделирования этого закрепления приложим frictionless support на привалочную плоскость. Похожим образом, frictionless support будет использован для закрепления крепежных отверстий при моделировании болтового закрепления. (Примечание, для более точного моделирования болтового соединения лучше использовать заделку типа “compression only” (только сжатие)). Наконец, применим нагрузку типа bearing load (Fx = 100 N) на колесе для имитации нагрузки от натяжения ремня. Такого рода нагрузка распределит силу по поверхности колеса только в той зоне, где ремень касается его.

Схематика проекта

1. Из панели инструментов добавьте к проекту расчетную среду “Static Structural”.

2. На ячейке Geometry щелкните ПКМ и выберите “Import Geometry > Browse”. Импортируйте файл “Pump_assy_3.stp”. 

3. Дважды щелкните ячейку “Model” и откройте окно Mechanical. 

Preprocessing

4. Установите рабочую систему единиц измерения: • “Units > Metric (mm, kg, N, s, mV, mA)”.

5. Добавьте “Polyethylene” в приложении Engineering Data (вернитесь в окно Workbench): a. Дважды щелкните ячейку Engineering Data. b. Нажмите кнопку Data Sources и выберите General Materials, затем нажмите значок “+” рядом с материалом “Polyethylene”. c. Вернитесь в окно проекта закрыв вкладку Engineering Data.

Подготовка модели

6. Обновите ячейку Model: a. ПКМ > Refresh.

Вернитесь в окно Mechanical.

7. Измените материал корпуса насоса: a. Выделите деталь “PumpHousing” в ветви Geometry. b. В свойствах детали измените опцию material assignment на “Polyethylene”. 

8. Измените тип контакта для одной из контактных пар, как показано ниже: a. Удерживая shift, выделите все контакты в дереве и нажмите ПКМ>Rename Based on Definition. b. В свойствах контакта PumpHousing to Shaft измените тип контакта на “no separation”.

9. Приложение нагрузки bearing load на колесо: a. Выделите ветвь “Static Structural”. b. Выделите поверхность углубления под ремень в колесе. c. ПКМ > Insert > Bearing Load”. d. В свойствах нагрузки измените поле“Components” и установите величину “Fx = 100 N”.

10. Приложение граничных условий: a. Выберите привалочную поверхность корпуса насоса (деталь 1). b. “ПКМ > Insert > Frictionless Support”.

11. Выберите одну из поверхностей фаски, затем: a. ПКМ, выберите “Create Named Selection.” b. В разделе “Apply geometry items of same,” установите галочку “size.” c. Click “OK.” d. ПКМ > Static Structural >insert > Frictionless Support. e. В поле “Scoping Method” выберите Named Selection. f. В ветке “Named Selection” выберите “Selection.” 

Запуск на расчет

12. Выделите ветвь “Analysis Settings” и в ее свойствах измените значение опции “Weak Springs” на “Off”. Примечание: Из-за наличия поддержек без трения и несвязного контакта, Workbench-Mechanical может переключится в режим использования слабых пружин (weak springs) в процессе решения. Если Вы уверены, что модель полностью закреплена, можно смело выключить эту опцию.

13. Решите задачу:

Выберите Solve на панели инструментов или выполните ПКМ -> “Solve”

Обработка результатов

14. Добавление результатов: a. Выделите ветвь Solution b. В контекстном меню выберите Stresses > Equivalent (von-Mises) или ПКМ > Insert > Stress > Equivalent (von-Mises) c. Повторите предыдущий шаг и выберите Deformation > “Total Deformation”

Эпюры напряженно-деформированного состояния, как отмечалось ранее, отражают правильность формулировки задачи. Однако, они не всегда информативны – результаты на большей части геометрии могут отображаться всего несколькими цветами из спектра (помните, полученные Вами результаты могут отличаться, в частности, из-за различий сетки). 

Для улучшения качества результатов мы применим запрос эпюр на конкретной детали.

15. Запросите результаты для конкретной детали/поверхности: a. Выделите ветвь “Solution” и переключитесь в режим фильтрации геометрии “Body”. b. Выберите крыльчатку (деталь 2) c. “ПКМ > Insert > Stress > equivalent (von- Mises)” Обратите внимание, в свойствах результата в разделе Scope отображается не All Bodies, а одно тело – 1 Body.

16.Повторите предыдущий шаг и вставьте компонент “Total Deformation” для крыльчатки.

17.Повторите действия 15 и 16 и добавьте средства просмотра эпюр напряжений и деформаций для корпуса насоса (деталь 1).

18. Переименуйте только что добавленные компоненты результатов: a. Выделите все результаты, нажмите ПКМ > Rename Based on Definition

19. ПКМ > Evaluate All Results

Проверка деформаций крыльчатки показывает, что цель достигнута. Максимальное перемещение составляет 0,022 мм (что меньше допустимого предела 0,075 мм).

Анализ напряженного состояния корпуса насоса показывает, что напряжения в корпусе существенно меньше предела текучести материала (он равен 25 МПа). Можно снова использовать указание геометрии и еще более конкретизировать область построения эпюры в проблемной зоне.