Скворцов Ю. В. Анализ. Интерактивное мультимедийное пособие в системе дистанционного обучения Moodle самара 2012
 Скачать 6.86 Mb.
|
|
Рисунок 17.6 – Эпюры осевых напряжений в верхних поясах (в МПа) 18-1 18 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 « Расчет упора , импортированного из CAD- системы » Исходные данные: упор (рисунок 18.1) воспринимает нагрузку 10 F = кН , равномерно распределенную по лицевой грани ; материал – Ст .3 ( модуль упругости 2,1·10 5 МПа ; коэффициент Пуассона 0,3; предел текуче - сти 235 МПа ). Твердотельная модель упора , созданная в одной из CAD- систем , записана в файл стандарта IGES. Допущение : способ крепления данного упора позволяет в качестве гра - ничных условий принять заделку по внутренним поверхностям больших от - верстий Цель : импортировать твердотельную модель ; упростить геометрию ; определить общее напряженно - деформированное состояние упора Рисунок 18.1 – Геометрия упора Перед началом выполнения данной лабораторной работы файл sup- port.igs, содержащий геометрическую модель упора , следует скопировать в рабочую папку программы MSC.Patran. F 18-2 Для решения задачи предлагается выполнить следующие действия 1. Запустить пакет MSC.Patran и открыть новую базу данных : File>New Вводим имя файла базы данных Lab6.db, OK 2. Задать начальные установки В разделе «Tolerance» диалоговой панели «New Model Preference» выби - раем опцию «Based on Model» ( на основе модели ) и в поле «Model Dimen- sion» ( габаритный размер модели ) вводим значение 90 ( в мм ), OK 3. Импортировать твердотельную модель из IGES- файла В полосе меню выбираем команду File>Import При этом появляется окно , где в выпадающих меню выбираем : «Object»: Model ( объектом импортирования является модель ) «Source»: IGES ( источник – нейтральный файл стандарта IGES). Снимаем флаг «Import to Parasolid» ( импортировать в формате геометри - ческого ядра Parasolid). Указываем имя файла support.igs, Apply После импорта модели выдается звуковой сигнал и появляется окно со списком импортированных объектов Закрываем его кнопкой OK Отметим , что данная модель состоит из одного B-rep тела ( т е непарамет - рического объема с произвольным числом граней ). Следует напомнить , что вращать отображаемую в графическом окне де - таль можно мышью , нажав среднюю кнопку ( колесико ). Упростим геометрию путем удаления двух маленьких отверстий 4. Разобрать B-rep объем на поверхности , представляющие его грани Выбираем приложение «Geometry» и устанавливаем сочетание Edit/ Solid/Disassemble. Для удаления исходного объема включаем опцию «Delete Original Solids». Активизируем поле «Solid List» и в графическом окне указываем объем 1. Нажимаем Apply и подтверждаем удаление объема кнопкой Yes 5. Удалить внутренние поверхности двух маленьких отверстий Устанавливаем сочетание Delete/Surface. Для поля «Surface List», удерживая нажатой клавишу Shift , выбираем че - тыре поверхности , показанные на рисунке 18.2. Если отключена опция «Auto Execute», нажимаем кнопку Apply 6. Удалить оставшиеся после выполнения предыдущей операции отверстия в поверхностях 18-3 Рисунок 18.2 – К удалению внутренних поверхностей маленьких отверстий Устанавливаем сочетание Edit/Surface/Remove Hole. Ниже располагаются две кнопки : Remove Hole ( удалить отверстие ) и Fill Hole ( заполнить отверстие ). Нажимаем первую Активизируем поле «Trimmed Surface» и указываем сначала , например , правую верхнюю поверхность подошвы ( т е . Surface 11). Активизируем поле «Inner Loop List» и указываем одну или обе кромки удаляемого отверстия ( т е . Surface 11.9 и / или 11.10). Если требуется , нажимаем Apply Далее для поля «Trimmed Surface» указываем левую верхнюю поверх - ность подошвы ( т е . Surface 3), а для поля «Inner Loop List» – кромки уда - ляемого отверстия ( т е . Surface 3.9 и / или 3.10). Apply В заключение указываем нижнюю поверхность подошвы ( т е . Surface 5) и кромки двух удаляемых отверстий ( т е . Surface 5.5 и / или 5.6 и 5.15 и / или 5.16). Apply 7. Построить новый B-rep объем Выбираем сочетание Create/Solid/B-rep для создания тела с представимы - ми границами путем определения полного списка топологически конгру - энтных поверхностей , образующих замкнутый объем Устанавливаем флаг «Delete Original Surfaces» ( удалить исходные поверх - ности ). Активизируем поле «Surface List» и в графическом окне указываем все поверхности , пользуясь зоной выбора в виде прямоугольника Указываемые поверхности первого отверстия Указываемые поверхности второго отверстия 18-4 Нажимаем Apply ( если требуется ) и подтверждаем удаление исходных по - верхностей кнопкой Yes 8. Разбить объем на конечные элементы Выбираем приложение «Elements» и для построения сетки в объеме уста - навливаем сочетание Create/Mesh/Solid. Выбираем : «Elem Shape»: Tet ( тетраэдральная форма ) «Mesher»: TetMesh ( автоматический генератор сложных сеток из тетра - эдральных элементов ) «Topology»: Tet10 ( топология – тетраэдр с десятью узлами ). Отметим , что здесь мы не используем генератор регулярных сеток , по - скольку построенный объем является сложным ( изображается белым цве - том ). Непараметрический объем можно разбивать только на элементы тетраэд - ральной формы первого или второго порядка Тетраэдральный элемент первого порядка имеет только четыре узла в вершинах Такой элемент обычно завышает жесткость конструкции , и для получения приемлемых результатов здесь требуется довольно мелкая сетка Поэтому более эко - номичными являются элементы второго порядка с десятью узлами Активизируем поле «Input List» и в графическом окне указываем объем 1. В разделе «Global Edge Length» отключаем опцию автоматического вы - числения глобальной длины стороны элемента и в поле «Value» вводим значение 7 ( в мм ). Нажимаем Apply Получаемая здесь разбивка показана на рисунке 18.3. 9. Задать свойства материала Запускаем приложение «Materials» и выбираем сочетание Create/Isotropic/ Manual Input. В поле «Material Name» вводим имя материала , например steel3. Далее нажимаем кнопку Input Properties и вводим свойства : «Elastic Modulus» = 2.1e5 ( модуль упругости в МПа ) «Poisson Ratio» = 0.3 ( коэффициент Пуассона ) OK В конце нажимаем кнопку Apply 18-5 Рисунок 18.3 – Сетка конечных элементов 10. Определить свойства элементов Выбираем приложение «Properties». Для задания свойств объемных эле - ментов устанавливаем сочетание Create/3D/Solid. В поле «Property Set Name» вводим имя набора свойств , например volume. Не меняя установленные по умолчанию опции , нажимаем кнопку Input Properties Для объемных элементов здесь необходимо указать лишь материал Нажимаем кнопку и из списка существующих материалов выбираем steel3. Закрываем окно кнопкой OK Нажимаем кнопку Select Application Region и указываем объем 1. Затем последовательно нажимаем Add , OK и Apply 11. Задать граничные условия Согласно принятому допущению рассматриваемый упор жестко защемлен по всем оставшимся после упрощения геометрии отверстиям Запускаем приложение «Loads/BCs» и для задания перемещений выбира - ем сочетание Create/Displacement/Nodal. В поле «New Set Name» вводим имя вновь создаваемого набора , например fixed. Нажимаем кнопку Input Data и в поле «Translations» ( поступательные пе - ремещения ) вводим <0,0,0>, OK 18-6 Далее нажимаем кнопку Select Application Region Для выбора геометриче - ских объектов устанавливаем опцию «Select»: Geometry. Активизируем поле «Select Geometry Entities», в пиктографическом меню выбора нажимаем кнопку ( поверхность или грань ) и указываем внут - ренние поверхности оставшихся четырех отверстий ( всего восемь ). Последовательно нажимаем Add , OK и Apply 12. Приложить нагрузку Напомним , что по условию задачи нагрузка 10 F = кН равномерно распре - делена по лицевой грани упора ( см рисунок 18.1). В том же приложение для интегрального задания распределенной нагруз - ки устанавливаем сочетание Create/Total Load/Element Uniform. В поле «New Set Name» вводим имя нового набора , например load. В качестве типа целевых элементов выбираем объемные , т е . «Target Element Type»: 3D. Нажимаем кнопку Input Data и в поле «Load» вводим компоненты сум - марного вектора нагрузки в угловых скобках ( в Н ): <0 0 10000>. OK Далее нажимаем кнопку Select Application Region Для выбора геометриче - ских объектов устанавливаем опцию «Select»: Geometry. Активизируем поле «Select Solid Faces» и указываем лицевую грань упора Здесь должна появиться запись Solid 1.22. Последовательно нажимаем кнопки Add , OK и Apply 13. Запустить задачу на счет Выбираем приложение «Analysis» и устанавливаем сочетание Analyze/ Entire Model/Full Run. Нажимаем Apply , ничего не меняя 14. Присоединить файл результатов расчета к базе данных программы MSC.Patran. В том же приложении для доступа к результатам расчета устанавливаем сочетание Access Results/Attach XDB/Result Entities. Нажимаем кнопку Select Results File и в появившемся окне выбираем файл lab6.xdb, OK В заключение нажимаем Apply 15. Отобразить поле напряжений по Мизесу на деформированном состоянии упора Выбираем приложение «Results». Для быстрого изображения результатов используем сочетание Create/Quick Plot. 18-7 В списке «Select Fringe Result» в качестве величины для многоцветного представления ее поля указываем Stress Tensor ( тензор напряжений ). В качестве компоненты (Quantity) выбираем von Mises ( напряжение по Мизесу ). Далее в списке «Select Deformation Result» в качестве результата для изо - бражения деформированного состояния модели указываем строку Dis- placement, Translational ( поступательные перемещения ). С помощью кнопки - пиктограммы устанавливает вид для настройки многоцветного представления поля Выбираем «Style»: Continuous ( непрерывное изображение поля без четких границ ). С помощью кнопки - пиктограммы устанавливает вид для настройки изображения деформированного состояния модели Отключаем опцию «Show Undeformed» ( показать недеформированное со - стояние ). В конце нажимаем Apply Получаемое при этом изображение представлено на рисунке 18.4. Рисунок__18.5_–_Отсеченная_часть_модели_с_полем_напряжений'>Рисунок__18.4_–_Напряжения_по_Мизесу_(в_МПа)'>Рисунок 18.4 – Напряжения по Мизесу (в МПа) Видно , что максимальное напряжение составляет 201 МПа , что меньше предела текучести Здесь же внизу приводится и максимальное перемеще - ние ( равное 0,186 мм ). 18-8 Можно ли доверять такому решению ? Для ответа на этот вопрос необхо - димо исследовать его сходимость , т е выполнить расчет для более мелкой разбивки 16. Создать плоскости отсечения Для построения произвольной плоскости отсечения в полосе меню выби - раем команду Viewing>Arbitrary Clipping В поле «Clipping Plane Name» вводим имя плоскости отсечения , например clip_1. Включаем опции «Post Clipping Plane» ( послать плоскость отсечения ), «Move with Model» ( перемещать вместе с моделью ) и «Display Direction Icon» ( отображать значок направления ). В соответствующие поля вводим : «Direction»: <0 0 1> ( вектор внешней нормали к плоскости отсечения ) «Location»: [0 0 7] ( точка , лежащая на плоскости отсечения ) Apply Для определения второй плоскости отсечения вводим : «Clipping Plane Name»: clip_2. «Direction»: <0 0 -1> «Location»: [0 0 30] Apply Следует отметить , что оставляемая часть модели лежит со стороны векто - ра внешней нормали к плоскости отсечения ( рисунок 18.5). Рисунок 18.5 – Отсеченная часть модели с полем напряжений 18-9 Кроме того , с помощью команды Viewing>Clipping/Perspective можно за - дать две стационарные ( не связанные с моделью ) плоскости отсечения : Back ( задняя ) и Front ( передняя ). Нормали к этим плоскостям всегда пер - пендикулярны плоскости экрана Отметим , что при выборе способа изображения результатов Quick Plot здесь не показывается внутренность объема и , как следствие , распределе - ние напряжений по сечению Для отображения внутренности объема необходимо установить сочетание Create/Fringe, нажать кнопку - пиктограмму Target Entities и в выпадающем меню «Addtl. Display Control» выбрать пункт Faces. 17. Выйти из программы : File>Quit 19-1 19 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 « Исследование напряженно - деформированного состояния двойной проушины ( вилки )» Исходные данные: геометрия проушины показана на рисунке 19.1; ма- териал – сталь 08пс (модуль упругости 2,03·10 5 МПа; коэффициент Пуассона 0,3; предел текучести 175 МПа). Проушина нагружена через болт силой 20 кН. Допущение: болт принимается абсолютно жестким. Цель: определить общее напряженно-деформированное состояние двойной проушины. Рисунок 19.1 – Геометрия проушины Приведенная на рисунке 19.1 двойная проушина, а также нагрузка име- ют вертикальную плоскость симметрии, что позволяет для исследования на- пряженно-деформированного состояния ограничиться рассмотрением лишь половины конструкции. Однако здесь мы будем моделировать проушину полностью, поскольку она будет использоваться в следующей лабораторной работе для анализа собственных колебаний (где требуется полная модель). Начало системы координат поместим в центр отверстия передней поверхно- сти проушины. 19-2 Для решения задачи предлагается выполнить следующие действия. 1. Запустить пакет MSC.Patran и открыть новую базу данных: File>New. В поле «File name» указываем имя файла базы данных Lab7.db, OK. 2. Задать начальные установки. В разделе «Tolerance» диалоговой панели «New Model Preference» выби- раем опцию «Based on Model» (на основе модели) и в поле «Model Dimen- sion» (габаритный размер модели) вводим значение 200 (в мм), OK. 3. Построить точку на контуре отверстия. Выбираем приложение «Geometry» и для построения точки по трем коор- динатам устанавливаем сочетание Create/Point/XYZ. Вводим: «Point Coordinate List»: [25 0 0] Apply. Включаем нумерацию геометрических объектов (кнопка Label Control па- нели инструментов). 4. Вращением точки относительно оси Z построить четыре дуги окружности, определяющие верхнюю половину контура отверстия. В том же приложении устанавливаем сочетание Create/Curve/Revolve. В соответствующие поля вводим: «Axis»: Coord 0.3 (ось вращения – ось Z) «Total Angle»: 45 (полный угол, град) «Offset Angle»: 0 (отступ угла, град). Включаем опцию «Auto Execute», активизируем поле «Point List» и после- довательно указываем в графическом окне точки 1, 2, 3 и 4 (рисунок 19.2). Рисунок 19.2 – Четыре дуги окружности 5. Построить цилиндрическую систему координат. В дальнейшем нам потребуется цилиндрическая система координат. 19-3 Для определения системы координат по трем точкам устанавливаем соче- тание Create/Coord/3Point. Здесь меняем только тип «Type»: Cylindrical (цилиндрическая), Apply. При этом будет построена цилиндрическая система координат Coord 1, начало которой совпадает с началом глобальной декартовой системы ко- ординат (изображается белым крестиком). 6. Выполнить копирование кривых со смещением в радиальном направлении для описания внешнего контура уха. Устанавливаем сочетание Transform/Curve/Translate. В разделе «Type of Transformation» (тип преобразования) выбираем строку «Curvilinear in Refer. CF» (криволинейное в базовой системе координат). Вводим: «Refer. Coordinate Frame»: Coord 1 (базовая система координат) «Translation Vector»: <25 0 0> (вектор смещения) «Repeat Count»: 1 (количество копий). Для выполнения операции копирования, а не смещения снимаем флаг «Delete Original Curves» (удалить исходные кривые). При включенной опции «Auto Execute» активизируем поле «Curve List» и последовательно указываем кривые 1 и 2 (рисунок 19.3). |