Создание расчетных моделей и расчет на прочность тел вращения

7

Геометрическая модель, используемая в данной главе, создается заново средствами AutoCAD. Подобно изложенному в главе 6, модель может состоять исключительно из отрезков прямых и дуг окружностей или включать в себя поверхность (объект region).

В этой главе рассматривается решение задачи расчета осесимметричного тела (диска), нагруженного центробежными силами и контурной нагрузкой. Для расчета могут быть применены конечные элементы как I, так и II порядков.

Как и в случае, описанном в главе 6, последовательность действий сводится к следующему:

1.Создание геометрической модели средствами AutoCAD.

2.Передача построенной геометрической модели в препроцессор МКЭ ANSYS.

3.Окончательные работы по формированию геометрической модели, проводимые средствами МКЭ ANSYS.

4.Определение типа элемента, характеристик элемента и материала.

5.Создание сетки конечных элементов.

6.Приложение нагрузок и закреплений.

7.Выполнение расчета.

8.Просмотр результатов.

9.Изменение сетки КЭ и повторный расчет (при необходимости).

Ниже описывается последовательность перечисленных действий. Разумеется, что описывать порядок построения поперечного профиля тела вращения нет необходимости. Построенная модель представлена на рис. 7.1.

Следует указать особо, что при выполнении машиностроительных чертежей принято ось вращения диска располагать горизонтально, то есть параллельно оси X комплекса AutoCAD. В отличие от принятых в практике проектирования соглашений, ось вращения модели в МКЭ ANSYS — ось Y. Поэтому построенную модель требуется повернуть на 90°. При этом необходимо помнить, что координаты X элементов модели будут восприниматься как радиусы. Поэтому в модели не может быть точек с отрицательными значениями координаты X.

Аналогично описанному в главе 6, созданную средствами CAD модель можно передать в формате IGES или в формате ACIS.

В случае если в препроцессор МКЭ передаются только линии профиля, в препроцессоре требуется построить поверхность поперечного сечения детали, как об этом уже было сказано в главе 6.

1. Выбор типа конечного элемента, описывающего плоское напряженное состояние, как это показано на рис. 7.2 (в данном случае выбирается конечный элемент II порядка).

I ihiiiy of ritinrn) Тур

JiiKaf и тК Юшки* Тягач

ШшШШШШШШШШШ

ЫЙВгЧя» iMtwasa ми!»»

<,и.1с Г5Г"

tlnndr

1. >,„ode 2 г Iniida 25 rtnndf- Л I 111 и V Riiudf IS

Н.1Г j

Рис. 7.2. Панель Library of Element Types при выборе типа КЭ, пригодного для

расчета осесимметричного НДС

2. Определение для выбранного типа КЭ опции «Осесимметричное напряженно-деформированное состояние», как это показано на рис. 7.3.

PI AMI (l.J clement type options

ЮСЗопс Sa» PIANEB2, Element Type Ref. K». i ОДВДЬ UhftwfDfКЗ

ИННН

fa£*-a B*u»f *св output

Nn p.t i4 output "I

JNo i--in output jrj

OK ICancel Help

Рис. 7.3. Выбор опции «Осесимметричное НДС» для элемента PLANE82

Свойства материала определяются обычным, уже описанным выше способом. В данном случае для материала требуется задать модуль Юнга, коэффициент Пуассона и плотность.

Определение типа элемента, характеристик элемента и материала

Особого типа осесимметричного конечного элемента в МКЭ ANSYS нет. Однако путем подбора опций типа элемента плоский конечный элемент превращается в КЭ, описывающий осесимметричное напряженно-деформируемое состояние. Поэтому выбор требуемого типа элемента выполняется в два этапа:

Далее для построенной поверхности плоского поперечного сечения диска требуется определить тип материала и тип элемента (см. выше). Сетка конечных элементов также строится аналогично описанному выше.

Приложение нагрузок и закреплений к модели

В данном случае требуется приложить ограничение на осевое перемещение (то есть в направлении оси Y) и указать скорость вращения диска (в радианах в секунду). Помимо этого можно указать контурную нагрузку, приложенную к линиям контура диска. Такая нагрузка соответствует давлению газов на диск и воздействиям, возникающим из-за наличия лопаток на диске (разумеется, если проводится расчет на прочность диска лопаточной машины, а не просто маховика).

Прикладывать ограничения в направлении оси X (то есть по радиусу) в данном случае не обязательно, но при расчете реального диска (или маховика) точки приложения закреплений и их количество определяются конструктивным исполнением реальной детали или узла.

Закрепления лучше прикладывать в геометрических точках, а не в узлах, поскольку при изменении модели (вызванном, в частности, изменением числа элементов по линиям закрепления) приложенные в узлах закрепления будут удаляться.

Определение скорости вращения диска осуществляется командами экранного меню Preprocessor -» Loads-Apply -» Other -» Angular Velocity... После этого на экране возникает панель Apply Angular Velocity (рис. 7.4). В полях этой панели задаются скорости вращения вокруг осей X, Y и Z. В данном случае следует указать скорость вращения вокруг оси Y в радианах в секунду поскольку именно она является осью вращения.

Apply Angular Velocity

[ONEGA] Apply Angular Uelocity OHEGK Globe! Cartesian X-conp

OHEGV Global Carteviwi V-срвц»

§jj[

0ПВ6Е Global Cwtcvint XSPIli Spin softening/ J»j ,

OK

Cancel

1200

F

ч. -W.tr,#<3:l4j$;-

r? No nullification С Decrease sciffn

He

.....

Рис. 7.4. Панель Apply Angular Velocity

Из командной строки та же самая скорость вращения задается в виде OMEGA,0,1200,0,0.

Если контурная нагрузка не прикладывается, на этом задание нагрузок и закреплений завершено.