ДЗ / Novikov_SM9-51_LR_balki
.pdfФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана
(национальный исследовательский университет)» (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
ФАКУЛЬТЕТ: Специальное машиностроение
КАФЕДРА: СМ9 «Многоцелевые гусеничные машины специального назначения и мобильные роботы»
Лабораторная работа №1
Группа: СМ9-51
Тема лабораторной работы: Основы проведения статического расчёта МКЭ в системе Ansys Workbench
Тип задания: учебное
Цель работы: Ознакомление со средствами автоматизированного вычисления параметров статических систем и проведение расчёта простейших расчётных схем.
Студент: |
04.01.2023 |
|
Новиков А. Д. |
|||
|
|
подпись, дата |
|
фамилия, и.о. |
||
|
|
|
|
|
||
Руководитель: |
|
|
|
|
Сулегин Д. А. |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
подпись, дата |
|
фамилия, и.о. |
Оценка |
|
|
|
|
|
|
|
|
Москва, 2023 г. |
|
|
Содержание.
Введение;
1)Порядок проведения работы;
2)Аналитическое решение задачи (подготовительный этап);
3)Выполнение работы:
Этап 1. Построение расчётной схемы;
Этап 2. Создание сетки;
Этап 3. Задание ограничений и приложение сил;
4)Анализ полученных результатов;
Заключение.
Введение.
Многие задачи, с которыми сейчас сталкиваются инженеры-
конструкторы, не поддаются аналитическому решению, либо требуют огромных ресурсов на экспериментальную реализацию. Зачастую,
единственной возможностью быстрого анализа инженерной проблемы является компьютерное математическое моделирование. В анализе конструкций находит свое наиболее важное применение метод конечных элементов. В данной лабораторной работе рассмотрены основные положения компьютерного анализа методом конечных элементов с помощью программного пакета Ansys Workbench.
1. Порядок проведения работы.
Вданной работе необходимо создать две модели:
1)Балка квадратного сечения 50 мм, длина 1000 мм;
2)Балка круглого сечения диаметром 50 мм, длина 1000 мм; Приведённые тела необходимо закрепить в заделке за один из торцов и
нагрузить изгибающей силой F=1000 H на свободном конце. В качестве исследуемых параметров назначаются следующие:
Эквивалентное напряжение по Мизесу;
Общая деформация.
Испытания проводятся для различных типов разбиения моделей на конечные элементы в целях анализа точности полученных результатов.
2. Аналитическое решение (подготовительный этап).
Аналитическое решение поставленной задачи будет иметь следующий вид:
1)Стержень квадратного сечения:
= |
|
= |
|
|
= |
1000 6 |
= 48 МПа; |
||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
3 |
0.053 106 |
||||||||
|
|
|
|
|
6 |
|
1000/2 103 |
|
|||
|
|
|
/2 |
|
|
||||||
|
= |
|
|
|
|
= |
|
|
|
= 4.81 мм; |
|
|
|
|
2 104 5.2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2)Стержень круглого сечения:
= |
|
|
= |
|
|
= |
|
|
1000 |
|
|
|
= 40.7 МПа; |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
3 |
|
|
3 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.14 0.05 |
106 |
|||||
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
= |
/2 |
|
= |
1000/2 103 |
|
= 8.14 мм; |
|||||||
|
|
|
2 104 3.07 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Выполнение работы.
Этап 1. Составление расчётной схемы
На данном этапе необходимо разработать модели, которыми будем использоваться в расчёте. Используем для этого ПО Siemens NX.
Как обычно, создание модели начинается с плоского эскиза:
Рис. 1
Применяя инструмент «Вытягивание», можно получить следующую картину:
Рис. 2
Описанными методами можно получить следующие модели:
Рис. 3
Описав таким образом необходимую геометрию, легко убедиться, что
данные загружены без ошибок:
Рис. 4
Этап 2. Разбиение модели на конечные элементы
Поскольку материалы деталей уже заданы автоматически (конструкционная сталь), в первую очередь необходимо обратить внимание на раздел Mesh.
Здесь следует создать новый метод разбиения.
Размер конечного элемента для рассматриваемой лабораторной работы
допустимо выбирать по следующему принципу:
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
Тип элементов |
Число подразбиений |
Размер элемента, мм |
HEX8 |
0 |
5 |
HEX20 |
1 |
5 |
TRI4 |
0 |
5 |
TRI8 |
1 |
5 |
Квадратное сечение:
Рис. 5 (Hex8)
Рис. 6 (Hex20)
Рис. 7 (Tet4)
Рис. 8 (Tet10)
Круглое сечение:
Рис.9 (Hex8)
Рис.10 (Hex20)
Рис.11 (Tet4)
Рис.12 (Tet10)
Построим таблицу, где будет отображено количество элементов для каждого
тела с разными элементами:
|
Тип КЭ |
Количество |
Количество |
|
|
элементов |
узлов |
|
Hex8 |
20000 |
24321 |
|
|
|
|
Квадратное |
Hex20 |
20000 |
92741 |
|
|
|
|
сечение |
Tet4 |
11584 |
3650 |
|
|
|
|
|
Tet10 |
11584 |
21763 |
|
|
|
|
|
Hex8 |
51872 |
38704 |
|
|
|
|
Круглое |
Hex20 |
36279 |
135524 |
|
|
|
|
сечение |
Tet4 |
8924 |
31369 |
|
|
|
|
|
Tet10 |
31907 |
56610 |
|
|
|
|
Таблица 2
Этап 3. Задание ограничений и приложение сил
Применим заделку к балкам:
Квадратное сечение:
Рис. 13
Круглое сечение:
Рис. 14