Лабораторная работа №1. Лабораторная работа 1 Конечноэлементный анализ изделия. Анализ напряжений и оптимизация детали
 Скачать 2.92 Mb.
|
|
1 Лабораторная работа №1 Конечно-элементный анализ изделия. Анализ напряжений и оптимизация детали Цель работы: Изучения принципов работы среды «Анализ» системы Autodesk Inventor. Ход работы: 1. Изучить теоретические аспекты. 2. Выполнить задание 3. Подготовить отчет. Отчет должен содержать: - скриншоты выполнения лабораторной работы с пояснениями - ответы на контрольные вопросы 4. На проверку в Элинос прикрепить файл 3D-модели детали в формате ipt и файл отчета в формате docx или pdf. Теоретические сведения Расчет на прочность — обязательное условие при проектировании и изготовлении ответственных изделий. Важно знать, как поведет себя деталь в реальных условиях эксплуатации под воздействием всех нагрузок. Определить выдержит ли изделие условия эксплуатации можно на натурном образце экспериментальным способом при проведении испытаний, но не всегда у разработчика есть такая возможность. Иногда изготовление детали является слишком дорогостоящим, занимает много времени или сложно смоделировать нагрузку, в таких случаях инженеру приходит на помощь метод конечных элементов . Метод конечных элементов — способ представления непрерывного тела с помощью большого количества элементов конечно малого размера. Такой способ упрощает существующую модель, за счет этого даёт возможность произвести все необходимые расчеты с помощью компьютера, при этом результаты имеют лишь небольшое отклонение от реальных данных. Сама геометрия детали разбивается на малые треугольники, в зависимости от их расположения они могут иметь разные размеры. Таким образом мы сводим дифференциальную задачу к системе уравнений для заданных точек, связанных друг с другом. Чем на более мелкие элементы мы разобьем исследуемую модель, тем с большей точностью получим результаты расчета. Задача расчета на прочность методом конечных элементов решается специализированными инженерными программами. В настоящий момент их есть большое множество. Некоторые программы универсальны, некоторые рассчитаны на определенные виды расчетов. Инженером данная задача 2 решается заданием твердотельной 3D модели правильных граничных условий, разбивкой модели на конечные элементы с учетом предполагаемых проблемных мест. Далее программа выполняет все необходимые расчеты. Процесс компьютерной симуляции требует большое количество системных ресурсов и времени работы, поэтому выполнять эти работы желательно на мощных компьютерах. Последним этапом является анализ полученных компьютерных данных, установление слабых мест в конструкции и решение с помощью изменения геометрии или подбора материала. Применение метода конечных элементов 1. Расчет конструкций на прочность под действием статических нагрузок. 2. Модальный анализ — расчет частот собственных колебаний, анализ вибраций. 3. Расчет на прочность от воздействия циклических нагрузок (количество циклов до разрушения). 4. Тепловой анализ. Установление теплового потока, градиента температур. 5. Гидродинамика. Решение задач механики жидкости. Прочностные расчеты могут применяться не только для установления и исправления слабых мест в конструкции, но и для прохождения различных проверок и сертификаций, чтобы контролирующие органы удостоверились в надежности уже существующего изделия. Задание 1. В программе Autodesk Inventor создать 3D-модель детали «Кронштейн» или любой другой опорной детали. Форму и размеры задать произвольно. 2. Выполнить анализ напряжений и провести оптимизацию формы детали на 3D-модели. Направление действия и величину сил задать самостоятельно. Пример выполнения лабораторной работы Создаем 3D-модель кронштейна. Необходимо полностью определить все зависисмости. Кронштейн снизу будет привариваться к раме. За отверстия в верхней части кронштейна будут тянуть две какие-то тяги. В случае приложения тяги необходимо определиться с направлением действия сил. 3 Рисунок 1 – 3D-модель кронштейна Затем необходимо провести анализ на прочность и выполнить оптимизацию модели. Нажимаем закладку «Среды», выбираем команду «Анализ напряжений» и переходим в закладку «Анализ», выбираем команду «Создать исследование» Рисунок 2 – Создание исследования 3D-модели Необходимо осуществить поиск формы кронштейна, которая будет отвечать заданным требованиям. Мы создаем исследование и выбираем «Генератор форм». Также в данном исследовании при необходимости можно 4 провести статический анализ, модальный анализ (на собственные частоты колебаний). Нажимаем ОК. Далее нужно задать граничные условия: 1. Закрепление. Выбираем команду «Защемление», выделяем грань участка модели, где предполагается крепление кронштейна к раме. Нажимаем «Применить», закрываем окно зависимости фиксации. Рисунок 3 – Задание условия закрепления 2. Материал изделия. Выбираем команду «Назначить материал». У нас по умолчанию назначена сталь, нажимаем ОК. Рисунок 4 – Выбор материала изделия 5 В случае необходимости материал можно переопределить в открывшемся диалоговом окне. 3. Направление действия сил. Для того, чтобы указать направления сил сначала необходимо построить дополнительный эскиз. Выбираем вспомогательную плоскость на расстоянии 5 мм от основной плоскости модели. Рисунок 5 – Построение вспомогательной плоскости На этой плоскости строим эскиз в виде двух отрезков, соединяющих центры окружностей и верхние углы прямоугольника. Оставляем эскиз 6 видимым. По этим отрезкам мы будем указывать направление тяговой силы, действующей на отверстия кронштейна. Рисунок 6 – Построение эскиза в виде двух отрезков Выбираем команду «Сила» и выделяем нужную грань, появляется стрелка с указанием направления силы. Корректируем ее направление по отрезку на эскизе Рисунок 7 – Выбор направления действия сил Корректируем ее направление по отрезку на эскизе. 7 Рисунок 8 - Корректировка направления силы Далее задаем величину силы 1000 Н и нажимаем «Применить». То же самое проделываем со вторым отверстием. Следующим шагом выбираем команду «Сохранить область» и сохраним область крепления нашего кронштейна к раме. Это необходимо сделать для того, чтобы в случае изменения нашей модели эта часть осталась неизменной. Нажимаем кнопку «Применить». Рисунок 9 – Сохранение области крепления кронштейна Затем укажем направление силы тяжести 8 Рисунок 10 – Задание направления силы тяжести Далее в ленте выбираем команду «Создать форму», нажимаем кнопку выполнить. На скриншоте видно, как выполняется проверочный расчет. Программа проводит прочностной анализ, убирает всё лишнее и оставляет только то, что необходимо. Рисунок 11 – Выполнение анализа После проведения анализа и необходимых расчетов, мы получаем оптимизированную форму кронштейна по заданным требованиям. 9 Рисунок 12 – Оптимизированная форма кронштейна Контрольные вопросы 1. В чём суть метода конечных элементов? 2. Что такое конечный элемент? 3. Какие задачи можно решать с помощью метода конечных элементов? 4. Что такое «препроцессор» в системах конечно-элементного анализа? 5. Что такое «постпроцессор» в системах конечно-элементного анализа? |