Моделирование формы и оценка прочности вилки
4.3.1. Постановка задачи
Ниже в качестве примера приведены действия, выполняемые при моделировании формы и оценке прочности вилки (рис. 4.21). Цилиндрическая шейка вилки установлена во втулке и является двойной направляющей конструкторской базой, лишающей вилку четырех степеней свободы. Торцовая поверхность вилки контактирует с торцовой поверхностью втулки и является опорной конструкторской базой, лишающей вилку одной степени свободы. На поверхность каждого отверстия в ушках вилки действует в вертикальном направлении (в направлении оси Z) сила, равная 2000 Н. Материал вилки – конструкционная сталь 30. Этот материал отсутствует в списке материалов встроенной библиотеки NX.
Рис. 4.21. CAD-модель вилки
4.3.2. Создание CAD-модели вилки и новых файлов модели
1. Запускают NX и создают модель вилки.
2. Переходят в модуль «Расширенная симуляция»(Начало → Расширенная симуляция).
Производят настройку диалоговых окон «по умолчанию», выбрав через главное меню Настройки → Интерфейс пользователя. На вкладке ОбщийустанавливаютопциюСброс настроек диалогового окна,нажимаютОК.
3. Для создания конечно-элементной и расчетной моделей выбирают кнопку Новая конечно-элементная модель и симуляцияна панели Расширенная симуляция.По другому вариантувыбирают правой клавишей мыши модель «*. prt» в окне Навигатор симуляции, затем выбирают опцию Новая конечно-элементная модель и симуляция. Появится диалоговое окно создания FEM файла, в качестве Решателя выбирают NX Nastran, тип анализа – Структурный, нажимают ОК. Если идеализацию геометрии детали выполнять не предполагается, то в окне Новая конечно-элементная модель и симуляция опция Создать идеализированную детальдолжна быть выключена. Появится новое диалоговое окно создания SIM файла, в окне Решение выбирают Тип решения – «SOL 101 – Линейный статический анализ», нажимают ОК.
|
|
|
Если предполагается выполнять идеализацию модели, то выбирают двойным нажатием левой клавиши мыши файл «* fem1_i» в окне Вид файла симуляцииипереходят к идеализированной модели. При этом появляется окно с предупреждением о том, что если необходимо выполнить какие-либо операции с геометрической моделью вилки, то следует сделать ассоциативную копию геометрической модели, ОК.
Выполняют команду Перенос (панель инструментов «Расширенная симуляция») для создания ассоциативной копии, затем выбирают объект (в данном случае модель кольца). В окне Вид файла симуляции двойным нажатием левой клавиши мыши выбирают файл «*_fem1».
4.3.3. Создание конечно-элементной модели
1. Сложная геометрическая форма вилки обусловливает использование тетраэдральной сетки.
|
|
|
Выполняют команду 3D-тетраэдральная сетка (панель инструментов Конечно-элементная модель), указывают:
– Выберите тела– выбирают созданную модель вилки двойным щелчком мыши.
– Тип – выбирают тип элементов, например CTETRA(4).
– Размер элемента – 4 … 6 мм, либо нажимают кнопку – Автоматический размер элемента.
– Убеждаются, что включена опция Автоматическое создание (Коллектор назначения), нажимают ОК.
2. Задают материал вала – сталь 45. Этот материал отсутствует в библиотеке, поэтому его добавляют в локальную библиотеку и назначают этот материал для вала.
3. Для сохранения модели (при необходимости) нажимают правой клавишей мыши на «*_fem1»в окне Вид файла симуляции и выбирают Сохранить.
4. Задают материал вилки– сталь 30. Поскольку этот материал отсутствует в библиотеке материалов, необходимо добавить новый материал с заданными свойствами в локальную библиотеку.
Сталь 30 имеет следующие характеристики при температуре 20 °С [10]: плотность – 7850 кг/м3; модуль Юнга – 200 000 МПа; коэффициент Пуассона – 0,26; предел текучести – 295 МПа; предел прочности на растяжение – 460 МПа.
Чтобы добавить новый материал в библиотеку материалов, в выпадающем списке Список материаловвыбирают опцию Управление материалами. В появившемся окне Управление материалами в разделе Список материалов устанавливают опцию Библиотека материалов (см. рис. 3.18). Чтобы воспользоваться данными материала Steel в качестве шаблона, выделяют строку Steel и нажимают кнопку – Копировать выбранный материал.
|
|
|
В диалоговом окне Изотропный материал (см. рис. 3.19) в разделе Имя-описания вводят Steel_30 и характеристики этой стали, при этом метод задания параметров переключают в значение Выражение. Нажимают ОК.
После этих действий в появившемся окне Управление материалами опция Список материала переключается в состояние Локальные материалы. Нажимают на кнопку Закрыть.
Задают материал вилки– сталь 30. Из выпадающего списка Список материаловвыбирают пункт Назначить материал. В появившемся диалоговом окне Назначить материал в разделе Тип устанавливают опцию Выбрать телаи выбирают модель детали двойным щелчком мыши. В разделе Список материалов выбирают опцию Локальные материалы. При этом строка Steel_30выделяется.Нажимают клавишу ОК. Материал детали выбран.
Если после этого из выпадающего списка Список материаловвыбрать пункт Управление библиотекой материалови в появившемся диалоговом окне Список материалов (см. рис. 3.22) выбрать пункт Локальные материалы, то материал Steel_30в колонке Используемый будет иметь значок зеленого цвета. Это означает, что данный материал использован в модели.
|
|
|
5. Для сохранения модели (при необходимости) нажимают правой клавишей мыши на «*_fem1»в окне Вид файла симуляции и выбирают Сохранить.
4.3.4. Задание нагрузок и граничных условий
1. Двойным нажатием левой клавиши мыши выбирают файл симуляции «*…sim1» в окне Вид файла симуляции и открывают расчетную модель.
2. Для задания ограничения на степени свободы выполняют команду Ограничение, задаваемое пользователем (выпадающее меню Тип ограничения панели инструментов «Расширенная симуляция»).
Появляется диалоговое окно с опцией Выбрать объект. Для выбора объекта сначала указывают на цилиндрическую шейку, нажимают ОК. Поскольку шейка является двойной направляющей базой, лишающей вилку четырех степеней свободы, в том числе перемещений в направлениях осей XC и YC, то параметры DOF (degree of freedom) принимают следующие значения:
– DOF 1 – отсутствие (Фиксировано) перемещения вдоль оси X;
– DOF 2 – отсутствие (Фиксировано) перемещения вдоль оси Y;
– DOF 3 – наличие (Свободный) перемещения вдоль оси Z;
– DOF 4 – наличие (Свободный) вращения относительно оси X;
– DOF 5 – наличие (Свободный) вращения относительно оси Y;
– DOF 6 – наличие (Свободный) вращения относительно оси Z.
Повторяют команду, выбирая в качестве объекта торцовую поверхность, примыкающую к цилиндрической шейке. Эта торцовая поверхность, являющаяся опорной базой, лишает вилку одной степени свободы – перемещения вдоль оси ZC, поэтому лишь один параметр DOF примет значение Фиксировано – DOF 3 – отсутствие (Фиксировано) перемещения вдоль оси ZC; остальные параметры примут значение Свободный.
3. При задании нагрузки в подобных случаях моделируют давление смятия, возникающее при приложении силы. Давление смятия (Bearing) – задание давления на цилиндрическую грань или круговое ребро с указанным углом раствора по выбранному закону распределения: синусоидальному или параболическому.
Из выпадающего меню Тип нагрузки (панель инструментов «Расширенная симуляция») выбирают команду Давление смятия. В диалоговом окне (рис. 4.22) выбирают пункты:
– Выбрать объект– выбирают поверхность отверстия.
Рис. 4.22. Окно «Давление смятия»
– Задать вектор – задают вектор -ZC.
– Сила – в соответствующее поле вводят значение силы, равное 2000 Н.
– Нажимают ОК.
Повторяют вышеприведенные действия, выбрав второе отверстие.
В результате создается расчетная модель вилки (рис. 4.23).
Рис. 4.23. Модель вилки с приложенным давлением
4.3.5. Выполнение статического анализа
1. Выполняют проверку качества конечно-элементной и расчетной моделей. Для этого выполняют команду Анализ → Проверка конечно-элементной модели → Настройка модели, или выбирают кнопку Настройка моделина панели Расширенная симуляция.
Выполняется проверка задания нагрузок и ограничений, соответствия созданной КЭ-модели геометрической модели и проверка задания материала. Результаты проверки отображаются в окне Информация.
2. Для запуска решения выполняют команду Решение или Анализ → Вычисления, либоуказывают правой клавишей мыши на вкладку Solution 1в окне Навигатор симуляции, в появившемся диалоговом окне выбирают опцию Решитьи нажимаютОКв появившемся диалоговом окне.
3. После завершения работы решателя NXNastran закрывают все появившиеся окна.
4.3.6. Просмотр результатов статического анализа
1. В дереве модели окна Навигатор симуляциивыбираютдвойным нажатием левой клавиши мыши вкладку Результаты,за счет чего переходят на вкладку Навигатор постпроцессора с загруженными результатами. Для просмотра результатов раскрывают вкладкуSolution 1, выбирают нужные параметры, в данном случае Перемещение - По узлам и Напряжения - по элементам / узлам.
В появившихся графических окнах отобразится деформированное (рис. 4.24) и напряженное (рис. 4.25) состояния вилки.
При данных условиях максимальная деформация вилки в направлении оси X составит 0,116 мм, максимальные напряжения (нормальные в направлении оси Z) – 102 МПа, что не превышает предела текучести материала вилки.
Выполняют команду Изменить вид постпроцессора на панели инструментов Постпроцессор. В появившемся окне Вид постпроцессора (рис. 4.26) включают опцию Показать недеформированную деталь(рис. 4.27).
Рис. 4.24. Графическое окно, отображающее результат
Вычисления перемещения
Рис. 4.25. Графическое окно, отображающее результат
Вычисления напряжений
Рис. 4.26. Графическое окно «Вид постпроцессора»
2. Для представления деформации вилки в графической форме в Навигаторе постпроцессора раскрывают строку Post View, затем выбирают строку Новый график. В разделе Путь появившегося окна График нажимают кнопку Создать. Появляется диалоговое окно Трасса, маркером выбирают узлы на наружной цилиндрической поверхности модели вилки (рис. 4.28). Нажимают ОК в окнах Трасса и График и получают график деформации в узлах КЭ-модели.
Рис. 4.27. Графическое окно, отображающее результат
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 374; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!