После передачи объёмной модели исследуемого узла в расчётный комплекс « Ansys », потребовалось определение метода приложения нагрузок.
Приложить нагрузки в программе « FESTA » не составляло трудности, так как моделирование конструкции производится узловыми и стержневыми элементами с указанием значения момента инерции сечения. Приложить нагрузку к объёмному телу трубчатого характера (внутри краспиц и хлыста мачты пустота, а объём формируется лишь толщиной стенок) в середине сечения требует особой идеи как этого сделать. К тому же, существующие объёмные конечные элементы (элементы типа « solid »), не позволяют прикладывать к разбитой сетке на таких элементах моментов.
Для разрешения этого вопроса были рассмотрены различные методы. Это и применение ссылочных элементов, которые имеют свойство передавать из указанной точки нагрузки на совокупность точек тела. Это и использование в рассматриваемом сечении пластины, к поверхности которой имеется возможность приложить значения сил, но не моментов.
В итоге, для исследуемой в программе «ANSYS» трёхмерной модели, было решено остановится на методе размещения внутри пустотелого объёмного тела (объём которого формируется лишь за счёт толщины стенок) объёмных твердотельных примитивов.
Суть идеи заключается в том, что такой примитив имеет общую поверхность с внутренней поверхностью объёмного тела. Далее, он разбивается рабочими поверхностями (Work Plane) так, что появляется общая центральная точка их пересечения. В эту точку можно приложить значения сил, которые имеются в данном сечении и прикладывались в соответствующем узле программы «FESTA».
|
|
|
Для приложения моментов, необходимо на расстояниях от этой точки равным плечам моментов, приложить значения сил. То есть момент задается по его определению: сила, умноженная на плечо:
 |
Для подтверждения данной методики, было произведён небольшой опыт: труба диаметром в 60 мм с толщиной стенки в 4 мм (внешний диаметр 68 мм) и длиной 2000 мм жёстко заделанная на одном из концов, была нагружена на другом конце силой равной 500 ньютон. Материал трубы – алюминий, модуль упругости 70 000 МПа, коэффициент Пуассона 0.3.
Опыт производился в программах «FESTA» и «ANSYS», после чего, полученные значения напряжений и перемещений были сверены.
В итоге, максимальное перемещение в программе «FESTA» составило:
Максимальное перемещение свободного конца труба в программе «ANSYS» составило:
Из приведенных примеров видно, что перемещение свободного конца практически идентичное, а именно: Для «FESTA» оно составляет 461.94 мм, для расчёта модели в «ANSYS»: 461.15 мм. Учитывая пропорциональную зависимость перемещений и напряжений, можно считать, что данный метод полностью справляется с поставленной задачей: передача действующих усилий с модели узлового – стержневого характера на объёмную модель.
|
|
|
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕЙСТВУЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ В РАССМАТРИВАЕМОМ УЗЛЕ:
В ходе данной работы было произведено исследование действующих напряжений в конструктивном узле соединения нижней пары краспиц с хлыстом мачты парусной яхты проекта «Конрад-25». При этом был рассмотрен не только стандартный случай работы этого узла, но также и его работа в различных аварийных ситуациях.
К аварийным ситуациям были отнесены следующие случаи:
1. Исследование действующих напряжений в рассматриваемом узле при потере парусной яхтой проекта «Конрад-25» ахтерштага.
2. Исследование действующих напряжений в рассматриваемом узле при потере парусной яхтой проекта «Конрад-25» наветренного бакштага.
3. Исследование действующих напряжений в рассматриваемом узле при потере парусной яхтой проекта «Конрад-25» основной наветренной ванты.
СТАНДАРТНЫЙ СЛУЧАЙ РАБОТЫ УЗЛА:
Первоначально произведём исследование действующих напряжений для стандартного случая работы этого узла. Напомним, что ванто-стержневая система яхты проекта «Конрад-25» имеет три пары краспиц. В исследовании принимает участие самая нижняя пара, являющаяся более развитой (большая геометрия по сравнению с двумя другими парами). Ветровые нагрузки, которые воспринимает яхта, были посчитаны программой «MAST» для условия, что данная яхта несёт полное парусной вооружение на курсе бейдевинд в 30 градусов, при скорости ветра 10 м/с.
|
|
|
Из модели данной ванто-стержневой системы, построенной в программе «FESTA», был рассмотрен фрагмент интересующего нас участка конструкции:
В качестве исследуемого фрагмента конструкции мы рассматриваем совокупность стержневых участков, ограниченных узлами 28, 22, 27 и 23. В нагружаемой объёмной модели, к узлу номер 2, прикладываются усилия от основных вант.
Геометрия системы:
Точка 23 – удаление краспицы от мачты (относительно ДП) = 350 мм
Точка 22 – удаление краспицы от мачты (относительно ДП) = 350 мм
Точка 28 – часть хлыста мачты от центра (точка 3) вверх = 300 мм
Точка 27 – часть хлыста мачты от центра (точка 3) вниз = 300 мм
Ниже приводится таблица действующих усилий в соответствующих узлах (которые ограничивают модель) рассматриваемого фрагмента ванто-стержневой системы. Все указанные значения усилий приведены в единицах «Ньютон», моментов в единицах «Ньютон х мм».
|
|
|
| Node | Nx | Ny | Nz | Mx | My | Mz |
| 22 | 1.80E-02 | 9.85E-01 | -3.25E-02 | 3.33E-01 | 3.10E-02 | -1.47E+00 |
| 23 | -5.07E+01 | 1.06E+03 | -7.68E+01 | 2.97E+04 | 9.15E+01 | -2.14E+04 |
| 27 | 4.24E+02 | -1.97E+04 | 3.30E+02 | 1.06E+05 | -2.14E+04 | 2.33E+05 |
| 28 | -2.56E+02 | 1.47E+04 | -1.55E+02 | -7.33E+04 | -1.85E+04 | 2.74E+04 |
В связи с несовпадением ориентации модели в декартовых координатах в программах «FESTA» и «ANSYS», а также, в связи представления значения моментов в виде произведения силы на плечо, полученные величины усилий в программе «FESTA» для каждой точки были адаптированы под расчёт в программе «ANSYS».
Ниже приводятся данные только для первой задачи данной работы. Аналогичные данные имеются и для последующих других трёх задач:
Бочонок наветренной краспицы:
| Узел | Сила | Координата направления |
| 106 | -50.7 | Y |
| 106 | -1060 | X |
| 106 | -76.8 | Z |
| 206 | -3300 | Z |
| 195 | 10.2 | Z |
| 195 | 2380 | X |
Нижний бочонок хлыста:
| Узел | Сила | Координата направления |
| 130 | 424 | Y |
| 130 | 19700 | X |
| 130 | 330 | Z |
| 218 | -3535 | Z |
| 222 | -713 | Z |
| 222 | -7767 | X |
Верхний бочонок хлыста:
| Узел | Сила | Координата направления |
| 152 | -256 | Y |
| 152 | -14700 | X |
| 152 | -155 | Z |
| 229 | 2444 | Z |
| 235 | -617 | Z |
| 235 | -913 | X |
Узел, указанный в таблице слева – keypoint модели в программе «ANSYS». Сила – значение силы в единице «Ньютон». Координата направления – указывает, по какому направлению действует сила, приложенная в данный узел в программе «ANSYS». Под бочонком понимается твердотельный примитив, располагаемый в соответствующем сечении модели.
Ниже приводится демонстрация отдельных этапов работы над узлом:
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 158; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!