Issuu on Google+

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Факультет ТМ

Кафедра «Теорія і системи автоматизованого проектування механізмів і машин»

Спеціальність

«Інформаційні технології проектування»

КУРСОВА РОБОТА На тему: «Дослідження контактних явищ в елементах ланцюгової передачі»

Виконавець: ст. гр. ТМ-88-Б Мухін Д.С. _______________________ Керівник: доцент Грабовський А. В. _______________________

Харків 2012


2

ЗМІСТ ВСТУП...................................................................................................................... 3 1 ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ ......................................................................................... 4 2 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ ..................................................................................... 7 3 ОПИС КОНСТРУКЦІЇ ТА ПОБУДОВА КОМП’ЮТЕРНОЇ МОДЕЛІ.......... 9 3.1 Шахтний скребковий конвеєр....................................................................... 9 3.2 Системи автоматизованого проектування ................................................. 10 3.3 Початкові дані для побудова тривимірної моделі частини ланцюга скребкового шахтного конвеєра в програмі SolidWorks................................ 10 4 ОСНОВИ МЕТОДУ СКІНЧЕННИХ ЕЛЕМЕНТІВ ТА ПОНЯТТЯ КОНТАКТНОГО ТИСКУ .................................................................................... 12 4.1 Загальні поняття методу скінченних елементів ........................................ 12 4.2 Загальні поняття контактного тиску .......................................................... 13 5 МЕТОДИКА ПРАКТИЧНОЇ РЕАЛІЗАЦІЇ ..................................................... 15 5.1 Модифікація моделі для імпорту в CAE систему ..................................... 15 5.2 Створення розрахункової скінченно-елементної моделі у програмному комплексі ANSYS WorkBench .......................................................................... 17 5.3 Внесення граничних умов ........................................................................... 20 5.4 Вивід результатів розрахунків .................................................................... 23 ВИСНОВКИ ........................................................................................................... 33 СПИСОК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ...................................................................... 34


3

ВСТУП

В даній роботі вирішується задача числового моделювання частини ланцюга скребкового шахтного конвеєра. Для підготовки і проведення розрахунків даної задачі було використано декілька програмних продуктів, а саме: SolidWorks 2008, для створення твердотільної моделі частини ланцюга, ANSYS WorkBench 14 для вирішування задачі із числовим моделюванням контактного тиску, переміщень та напружено-деформованого стану у частині ланцюга. В наш час економія сировини та часу для створення продукції досить популярна тема. В даній постановці використано підхід числового моделювання, оскільки це суттєво зменшує фінансові та часові затрати на підготовку деталей для їх виготовлення. Підбір матеріалу, його якісні та інші показники швидше присвоювати в CAE-системах, так як і проводити розрахунки в залежності від виду навантаження. Використання САПР в наш час, практично незамінна методика для вирішення задач в машинобудівній промисловості.


4

1 ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ Метою роботи є: – розрахувати конструкцію моделі частини ланцюга скребкового

шахтного конвеєра; – проаналізувати отримані результати; – дослідити вплив сили розтягування на напруженно-деформований

стан. Модель для розрахунку створена в програмі SolidWorks 2008. SolidWorks – система автоматизованого проектування, інженерного аналізу і підготовки виробництва виробів будь-якої складності і призначення. SolidWorks є ядром інтегрованого комплексу автоматизації підприємства, за допомогою якого здійснюється підтримка життєвого циклу, включаючи двонаправлений обмін даними з іншими Windows-додатками і створення інтерактивної документації. Базові можливості SolidWorks:  твердотільне моделювання;  моделювання поверхонь;  каркасне моделювання та їх комбінація без обмеження ступеня складності;  використання допоміжної геометрії;  робота з імпортованою геометрією;  редагування на основі параметрів та історії побудови моделі. Оскільки освоєння програми почалося з версії SolidWorks 2008, то книга «SolidWorks 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике» [1], в котрій розглядаються програми для інженерного аналізу в сукупності із системою проектування SolidWorks, допомагала в минулому досконало Детальніше

вивчити про

і

використовувати

SolidWorks

є

даний

можливість

програмний

ознайомитись

продукт. на

сайті


5

SolidWorks Russia [2]. Приділено увагу проектуванню типових елементів механічних систем за допомогою модуля SolidWorks Toolbox. Модель була створена для подальшого розрахунку в CAE системі ANSYS WorkBench 14. Користувачі, які мають досвід роботи з SolidWorks дізнаються про важливі зміни останньої версії програми: обертанні поверхні, нелінійному моделюванні, планерному спрощення клітин, новому редакторі PhotoView та багато іншого. Корисним

посібниками

для

теоретичних

основ

стали

книги

Р. Галагера [3]. В них здійснюється виклад основ методу скінчених елементів і аналіз важливих задач, а також даються рекомендації відносно практичної реалізації відповідних алгоритмів. Метод скінчених елементів успішно застосовується в самих різних задачах. Він був створений для вирішення складних рівнянь теорії пружності і будівельної механіки і виявився набагато ефективніше методу скінчених різностей. Зараз активно розробляються й інші застосування методу скінчених елементів. Але цей метод незамінний, якщо потрібно враховувати геометричні особливості. Метою наведених книг є пояснення впливу різних чинників на обчислювальну ефективність методу скінчених елементів. Наведемо кілька факторів, від яких залежить ефективність методу скінченних елементів: 

інтерполяція фізичних даних;

вибір кінцевого числа поліноміальних пробних функцій;

спрощення геометрії області;

модифікація крайових умов;

чисельне інтегрування функціоналу у варіаційному принципі;

помилки округлення при вирішенні дискретної системи.


6

У книгах наведено три групи завдань, які можна запропонувати для вирішення. Перша група включає завдання для закріплення теоретичних концепцій і завдання, які властиві традиційним курсам будівельної механіки. Друга група відноситься до звичайних аналізів, які можна здійснити вручну, наприклад при формулюванні нових скіненно-елементних співвідношень або аналізі конструкції, поведінка якої описується не більш ніж трьома алгебраїчними рівняннями. І нарешті, наводяться дані для задач, що мають відомі класичні або альтернативні рішення, які за допомогою методу скінчених елементів зводяться до рішення щодо великого числа рівнянь та здійснюються за допомогою ресурсів комп’ютера. Механіка контактної взаємодії, як показано зі статті [4], займається розрахунком пружних, в’язко пружних і пластичних тіл при статичному або динамічному контакті. Механіка контактної взаємодії є основоположною інженерної дисципліною, обов'язковою при проектуванні надійного та енергозберігаючого обладнання. Вона буде корисна при вирішенні багатьох контактних задач, наприклад, колесо-рейка, при розрахунку муфт, гальм, шин, підшипників ковзання і кочення, двигунів внутрішнього згоряння, шарнірів, ущільнень; при штампуванні, металообробці, ультразвукової зварюванні, електричних контактах, а найголовніше для зубчатих зачеплень, що і досліджується в даній роботі. Вона охоплює широкий спектр задач, починаючи від розрахунків міцності елементів сполучення трибо системи з урахуванням змазує середовища і будови матеріалу, до застосування в мікросистемах і наносистемах.


7

2 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ У роботі розглядаються наступні пункти:  побудова

тривимірної

моделі

частини

ланцюга

скребкового

шахтного конвеєра в програмі SolidWorks для імпорту в CAE пакет;  створення

розрахункової

скінченно-елементної

моделі

у

програмному комплексі ANSYS WorkBench;  спрощення моделі шляхом завдання площин симетрії;  прикладення навантажень та закріплень;  створення контактів для передачі зусиль;  розрахувати конструкцію;  проаналізувати отримані результати;  дослідити вплив сили розтягування на напруженно-деформований стан. Перш за все ланцюги класифікуються за типами:  складова частина ланцюгової передачі;  робоча частина ланцюгової пили;  конвеєрна тягова;  вимірювальний ланцюг (інструмент картографії 18-19 ст.) Оскільки основне дослідження проводиться з метою визначення контактного тиску за допомогою методу скінченних елементів (МСЕ), то доречно буде описати механіку контактної взаємодії та МСЕ. Механіка контактної взаємодії [5] займається розрахунком пружних, в’язко пружних і пластичних тіл при статичному або динамічному контакті. Механіка контактної взаємодії є основоположною інженерної дисципліною, обов'язковою при проектуванні надійного та енергозберігаючого обладнання. Вона буде корисна при вирішенні багатьох контактних задач, наприклад, колесо-рейка, при розрахунку муфт, зубчатих зачеплень, гальм, шин, підшипників ковзання і кочення, двигунів внутрішнього згоряння, шарнірів,


8

ущільнень; при штампуванні, металообробці, ультразвукової зварюванні, електричних контактах та ін. Вона охоплює широкий спектр задач, починаючи від розрахунків міцності елементів сполучення трибо системи з урахуванням змазує середовища і будови матеріалу, до застосування в мікроі наносистемах. Метод

скінченних

елементів

чи��ельний

метод

розв'язання

диференціальних рівнянь з приватними похідними, а також інтегральних рівнянь, що виникають при вирішенні задач прикладної фізики. Метод широко використовується для вирішення задач механіки деформованого твердого

тіла

(опору

матеріалів),

контактного

тиску,

теплообміну,

гідродинаміки та електродинаміки. У МСЕ є ряд переваг, що виявляються на реальних завданнях: довільна форма оброблюваної області; сітку можна зробити більш рідкісною в тих місцях, де особлива точність не потрібна. Скорочення часу за рахунок зміни геометрії в комп’ютерній моделі без виготовлення фізичних моделей також являється перевагою. З готовою зміненою моделлю є можливість провести розрахунок і вивести результати та проаналізувати їх. Це буде швидше, ніж виготовлення нового зразку. Фізичну модель можна зламати під час експерименту, що приводить до зайвих затрат, математична ж модель не зламається і її спроектувати досить лише раз і проводити над нею стільки розрахунків, дослідів і експериментів, скільки потрібно. На основі отриманих результатів розрахунків можна робити певні висновки щодо достовірності розрахунків, проведених в системі ANSYS WorkBench 14 і про можливість вирішення завдань цього класу.


9

3 ОПИС КОНСТРУКЦІЇ ТА ПОБУДОВА КОМП’ЮТЕРНОЇ МОДЕЛІ

3.1 Шахтний скребковий конвеєр Конвеєр – машина безперервного транспорту [7], призначена для переміщення

сипких,

кускових

або

штучних

вантажів.

Важливою

характеристикою роботи конвеєра є її безперервність. Це вірно і коли конвеєром називають засіб для транспортування вантажів на невеликі відстані, і коли конвеєр – система потокового виробництва на базі двигающегося об'єкта для зборки. Ця система перетворила процес зборки складних виробів, раніше вимагає високої кваліфікації від збирача, в рутинний, монотонний, низькокваліфікований працю, значно підвищивши його продуктивність. Розстановка робочих або автоматів на лінії конвеєрного складання здійснюється з урахуванням технології та послідовності складання або обробки деталей, щоб домогтися ефективного розподілу праці. Скребковий конвеєр - (англ. flight conveyor) транспортує пристрій безперервної дії, в якому переміщення насипних вантажів здійснюється по нерухомому жолобу - рештаків за допомогою скребків, закріплених на одній або декількох тягових ланцюгах і занурених в шар насипного вантажу. Ланцюг - конструкція, що складається з однакових жорстких деталей, званих ланками (в первісному значенні - металевих кілець), рухомо з'єднаних послідовно. Застаріла назва - Верига (в болгарській мові так і називається зараз). Конвеєри використовують досить широко в шахтній промисловості, де дуже жорсткі умови експлуатації. Через це задача, що описана в даній роботі досить актуальна на наш час. Жорсткі умови середовища роботи деталей зменшують термін служби частин обладнання. Для поліпшення якісних характеристик

є

можливість

провести

розрахунки,

на

основі

яких


10

удосконалювати виробництво більш якісних і більш витривалих деталей для обладнання. 3.2 Системи автоматизованого проектування Система автоматизованого проектування, САПР [6] – автоматизована система,

що

реалізує

інформаційну

технологію

виконання

функцій

проектування, являє собою організаційно-технічну систему, призначену для автоматизації процесу проектування, що складається з персоналу і комплексу технічних, програмних та інших засобів автоматизації його діяльності. 3.3 Початкові дані для побудова тривимірної моделі частини ланцюга скребкового шахтного конвеєра в програмі SolidWorks За основу в завданні взято кругло ланковий ланцюг 30х108 [8,9]. Геометричні дані показані на рисунку 3.1.

Рисунок 3.1 – Кругло ланковий ланцюг Характеристики ланцюга зображені в таблиці 3.1.


11

Таблиця 3.1. Характеристики ланцюга номіналу 30х108. Навантаження, кН (не менш)

Видовження, %

номінальний типорозмір

пробна

руйнуюча

при пробному навантаженні, (не більше)

при руйнуючому навантаженні, (не менше)

30х108

850

1130

1,6

14

Модель ланцюга зображена на рисунку 3.2.

Рисунок 3.2 – Фоторелістичне зображення ланцюга Дане

зображення

SolidWorks PhotoWorks

створено 360,

що

зображення із комп’ютерної моделі.

за

допомогою

позволяє

робити

модуля фото

програми реалістичні


12

4 ОСНОВИ МЕТОДУ СКІНЧЕННИХ ЕЛЕМЕНТІВ ТА ПОНЯТТЯ КОНТАКТНОГО ТИСКУ

4.1 Загальні поняття методу скінченних елементів Метод скінчених елементів (МСЕ) — це числова техніка знаходження розв'язків інтегральних та часткових диференціальних рівнянь (ЧДР). Найважливішими перевагами методу скінченних елементів є: Властивості матеріалів суміжних елементів можуть бути різними. Це дозволяє застосовувати метод до тіл, складених з декількох матеріалів. Скінченними елементами є прості області (прямі лінії, трикутники, прямокутники, піраміди, призми). Таким чином, даним методом можна апроксимувати тіла із складною формою країв. Розміри елементів можуть бути змінними. Це дозволяє збільшувати чи зменшувати елементи сітки. За допомогою МСЕ легко розглянути граничні умови з розривним поверхневим навантаженням, а також змішані граничні умови. Алгоритм методу скінченних елементів дозволяє створити загальні програми для розв'язку завдань різного класу. Завдання зводиться до розв'язку системи рівнянь алгебри великої розмірності. Проте хороша обумовленість системи розв'язних рівнянь алгебри дозволяє отримувати досить точні розв'язки для систем рівнянь розмірністю 5-10 мільйонів і більше. Головний недолік цього методу полягає у потребах великого обсягу пам'яті ЕОМ і високої швидкості розрахунку. В наш час розвиток ЕОМ практично усунув цей недолік. Вузлові точки характеризуються векторами сили і переміщення, які в загальному вигляді записуються наступним чином:

F=|k| {x},

(4.1)


13

де {F} – вектор сили, {X} – вектор переміщення, [k] – матриця жорсткості елемента. 4.2 Загальні поняття контактного тиску Контактні напруження, які виникають при механічних взаємодії твердих деформованих тіл на майданчиках їх стикання та поблизу цих майданчиків (наприклад, при стисненні дотичних тіл). Деформації й напруження, що виникають при взаємному натисканні двох дотичних тіл, називають контактними. Внаслідок деформації в місцях зіткнення елементів конструкції передача тисків відбувається по досить малих площадках. Матеріал поблизу такої площадки, не маючи можливості вільно деформуватися, випробовує об'ємний напружений стан. Концентрацією напружень називається збільшення напружень в малих областях, прилеглих до місць з різкою зміною форми поверхні тіла, розмірів його перетину або з локалізованою неоднорідністю матеріалу всередині тіла. Реальні конструкції завжди мають зони, в яких проявляється локальна концентрація напружень. Конструкційні особливості деталей, що викликають концентрацію напружень, прийнято називати концентраторами напружень. Як показують розрахунки, контактні напруження мають явно місцевий характер і досить швидко убувають у міру видалення від місця зіткнення. Незважаючи на це, досліджувати контактні напруження й деформації необхідно для рішення питань міцності багатьох відповідальних деталей. До таких деталей ставляться, наприклад, кулькові й роликові підшипники, зубчасті колеса, елементи кулачкових механізмів, колеса рухомого состава, рейки, кульові й циліндричні котки й т.д. Уперше правильне рішення основних випадків стискання пружних тіл дано методами теорії пружності в роботах німецького фізика Г. Герца, що ставляться до 1881 – 1882 р. Подальший розвиток контактної проблеми належить головним чином радянським вченим.


14

Нижче наведені деякі результати, отримані методами теорії пружності при наступних припущеннях: – навантаження створюють у зоні контакту тільки пружні деформації, що випливають із закону Гука; – площадки контакту мала в порівнянні з поверхнями дотичних тіл; –

сили тиску, розподілені по поверхнях контакту, нормальні до цих поверхонь.


15

5 МЕТОДИКА ПРАКТИЧНОЇ РЕАЛІЗАЦІЇ

5.1 Модифікація моделі для імпорту в CAE систему Оскільки створення СЕ сітки являється дуже складною і кропіткою роботою, то твердотільну модель потрібно зробити по максимуму спрощеною. Зайві елементи геометрії, такі як фаски та округлення, потрібно уникати, через те, що вони будуть заважати створювати адекватну СЕ сітку для подальшого розрахунку, оскільки в ланцюгах таких елементів немає, то це спрощує даний етап модифікації. Всі ці операції також проводяться для скорочення часу на створення як самої сітки так і для скорочення часу для розрахунку. В наш час комп’ютери стали більш потужними, ніж кілька років тому, але цю перевагу потрібно використовувати із користю. Модель має вигляд двох частин ланцюга, що контактують, але не повністю, а лише 1/8 від кожної ланки. Всього для розрахунку потрібно дві частини ланок. На рисунку 5.1 зображена 3D модель частин ланцюга, що була створена в програмі SolidWorks за для розрахунку в програмі ANSYS WorkBench.

Рисунок 5.1 – Модель ланцюга (1/8 частина с кожної ланки)


16

В такий спосіб зберегли досить велику кількість часу на розрахунок, що потрібно використати при створенні СЕ моделі, тобто зробити густішу СЕ сітку задля зменшення похибки результатів розрахунку. Після побудови моделі, її потрібно імпортувати до програмного комплексу ANSYS WorkBench для самого розрахунку математичної моделі. Також важливим аспектом є місце дослідження, в даному випадку це зона контакту. У зоні дослідження сітку потрібно буде згущувати для поліпшення результату аналізу. Що до середовища ANSYS Workbench [10], то воно є основним інструментом, на якому базується концепція «Проектування виробів на підставі

результатів

інженерних

розрахунків».

Тісна інтеграція

між

компонентами додатків дає безпрецедентну легкість використання при підготовці і проведенні розрахунків, а також при вирішенні складних міждисциплінарних задач. Інноваційна схема проекту всередині платформи ANSYS Workbench змінює порядок проведення розрахунків. Проекти подаються у вигляді взаємопов'язаних систем у формі блок-схеми. З першого погляду можна зрозуміти інженерний задум, взаємозв'язку між даними і стан проекту розрахунку. У будь-яку частину розрахунку можна внести зміни, а платформа ANSYS Workbench виконає запуск потрібних додатків для автоматичного оновлення / перестроювання проекту. Таким чином, значно знижуються тимчасові витрати на ітерації по перебору точок проекту (варіантів конструкції) [25]. В процесі підготовки моделі до розрахунку неможливо обійтись без модулю ANSYS Workbench – ANSYS DesignModeler. DesignModeler – універсальний

CAD-редактор

з широким набором інструментів для

створення нової геометрії, а також для розбиття і спрощення імпортованої геометрії. Даний модуль в своїй основі має ядро Parasolid ®, володіє надійності, відмовостійкості генератором геометрії і відповідає виробничим стандартам. ANSYS DesignModeler дозволяє створювати, параметризованих


17

геометрію на основі двовимірних ескізів або вбудованих примітивів, а також виконувати

наступні

операції

редагування.

Весь

хід

моделювання

відображається в деревоподібної історії проекту, що дозволяє змінювати початкові параметри в будь-який момент створення геометрії. Модель в даному модулі зображена на рисунку 5.2.

Рисунок 5.3 – ANSYS DesignModeler Після операцій із ANSYS DesignModeler потрібно переходити до наступного кроку. 5.2 Створення розрахункової скінченно-елементної моделі у програмному комплексі ANSYS WorkBench Дана конфігурація включає в себе модуль ANSYS Structural, а також і модуль ANSYS Thermal, що дозволяє визначати поля температур з рішення задач стаціонарної і нестаціонарної теплопровідності, конвекції, теплообміну випромінюванням. Рішення ANSYS для задач механіки деформованих твердих тіл в своїй основі мають потужну технологію елементів і матеріалів. Компанія ANSYS пропонує набір поглиблених методів моделювання для різних типів завдань. Можливе виконання модального, гармонійного, спектрального аналізу, рішення задач динаміки обертових конструкцій і задач

механіки

багатьох

деформованих

тіл,

циклічної

симетрії,


18

розшарування, руйнування композиційного матеріалу, механіки руйнувань. Інструменти ANSYS також дозволяють виконувати адаптивне побудова сіткової моделі, перестроювання сіткової моделі при двовимірному аналізі, підмоделювання, народження і смерть елемента, топологічну оптимізацію. Інструменти ANSYS для задач механіки деформованих твердих тіл пропонують широкий набір можливостей, які дозволяють виконувати моделювання різних фізичних явищ, здійснювати тепло-міцнісний аналіз, електромеханічний аналіз, конструкційно-акустичний аналіз, аналіз дифузії мас і теплової аналіз текучих середовищ. ANSYS Meshing дозволяє генерувати СЕ моделі для різних типів аналізу (практично всі галузі фізики). Кожен з СЕ методів задовольняє специфічним вимогам тієї чи іншої області (механіка деформівних твердих тіл, динаміка текучих середовищ, електромагнетизм та ін), дозволяє використовувати спрощену постановку задачі (двовимірні, балкові моделі і др.). Методи побудови гексаедріческой сітки:  Звичайна сітка протяжкою (Sweep).  Сітка протяжкою для оболонкових тіл (Thin sweep).  Багатозонна (на основі блочної сітки ICEM CFD).  З переважанням гексаедр. В даній задачі використаний метод звичайної сітки протяжкою (Sweep) За допомогою інструментів WorkBench була створена на скінченноелементна модель ланцюга, на основі створеної твердо тільної деталі. В місцях контакту тіл ланцюгів сітка згущена за допомогою інструменту «Edge Sizing». На рисунку 5.4 показана СЕ модель.


19

Рисунок 5.4 – СЕ модель частин ланок На рисунку 5.5 показана СЕ модель в приближеному виді с демонстрацією згущеної сітки, а на рисунку 5.6 показана згущена сітка в зоні контакту.

Рисунок 5.5 – Демонстрація згущеної сітки


20

Рисунок 5.5 – Демонстрація згущеної сітки в зоні контакту Статистика скінченно-елементної моделі:  Вузлів ~ 214 тис.;  Елементів ~ 193 тис. 5.3 Внесення граничних умов Оскільки в даній роботі було використано частину моделі, то потрібно задавати поверхні симетрії, вони зображені на рисунку 5.6.

Рисунок 5.6 – Поверхні симетрії


21

При імпорті геометрії ANSYS автоматично визначає і налаштовує контакти або шарніри між частинами зборки. Є можливість зміни налаштувань, а так само додавання нових контактів вручну. Шарніри в розрахунках модуля «flexible / rigid dynamics» визначаються автоматично. Кожен контакт або шарнір можна легко виділити за допомогою графічних інструментів середовища. Властивості даного контакту в будь якому випадку повинні враховувати тертя, котре має значення 1,5 (із умов, що були задані в початкових даних). На рисунку 5.7 показані задані поверхні контакту.

Рисунок 5.7 – Поверхні контакту на ланцюгах В деяких випадках потрібно було доповнити поверхню контакту, роблячи висновки по контактному тиску, що виходив за межі контактних поверхонь. Оскільки для збереження ресурсів комп’ютера та скорочення часу для розрахунку модель була спрощена не тільки видаленням більшої частини деталі, а навіть видаленням частин деталі по площинам симетрії, то ці площини симетрії і було задано за допомогою інструментів програми ANSYS WorkBench. Це позволяє програмі розраховувати меншу кількість елементів за менший час, але з урахуванням не половини, а цілої деталі.


22

Оскільки програма не буде рахувати подібні задачі, коли нема жорсткого закріплення на жодній із деталей, то було закріплено частину ланцюга по площині симетрії абсолютно жорстко. До частини, яка імітує іншу ланку ланцюга, була прикладена дія переміщення вздовж напряму ланцюга. Граничні умови по закріпленням були зроблені двох видів, а саме: – закріплення поверхні на одній ланці ланцюга (рис. 5.8); – переміщення на протилежній ланці ланцюга вздовж осі Х (рис. 5.9).

Рисунок 5.8 – Закріплення поверхні

Рисунок 5.9 – Переміщення вздовж осі Х


23

5.4 Вивід результатів розрахунків Основною метою розрахунку було виведення по закінченню аналізу контактного тиску та НДС, точніше місць максимального значення напруження та максимального контактного тиску. Числові значення на даному етапі не мають особливого значення. Важливим аспектом являється виявлення концентраторів напруження. Було проведено досить багато розрахунків із різними параметрами СЕ сітки, та самих скінченних елементів. Одними із кінцевих результатів розрахунків, де уже були враховані та виправленні всі попередні недоліки е розрахунок, структура якого зображена на рисунку 5.10

Рисунок 5.10 – Структура розрахунку в ANSYS WorkBench Дані розрахунки відрізнялись типом скінченних елементів, у першому без створення вузлів на середині ребра елемента (Element Midside Nodes – Dropped), а в другому із вузлами на середині ребра елемента (Element Midside Nodes – Kept). Другий варіант розрахунку, повинен був дати значно точніші результати за рахунок більшої кількості вузлів в моделі. Але на пратиці вони не досить значно відрізняються, що зображено на рисунках 5.11-5.16. Було розраховано модель з трьома варіантами переміщення:  1 мм;  2 мм;  4 мм. В умовах даного розрахунку були переміщення в 1 мм.


24

На рисунках показано напруження по Мізису, переміщення та контактний тиск.

Рисунок 5.11 – Напруження по Мізису із «Dropped» властивостями

Рисунок 5.12 – Напруження по Мізису із «Kept» властивостями

Рисунок 5.13 – Переміщення із «Dropped» властивостями


25

Рисунок 5.14 – Переміщення із «Kept» властивостями

Рисунок 5.15 – Контактний тиск із із «Dropped» властивостями

Рисунок 5.16 – Контактний тиск із «Kept» властивостями Через те, що різниця між результатами розрахунку, показаного на попередніх рисунках майже не відрізняється було вирішено розраховувати в постановці з меншою кількістю вузлів в елементах.


26

На рисунку 5.17 показна схема розрахунку з розрахунком переміщень 1, 2 та 4 мм.

Рисунок 5.17 – Структура розрахунку в ANSYS WorkBench Оскільки розрахунки проводились при однакових налаштуванням, відмінність лиш в розмірності переміщення, а саме 1, 2 та 4 мм, то результати розрахунків будуть в цій же послідовності. На рисунках 5.18 – 5.20 показані напруження по Мізесу для трьох розрахунків, зазначених вище. На рисунках 5.21 – 5.26 показані результати із виводом контактного тиску та формами контактних плям від взаємодії ланок однієї на іншу, при чому на останніх трьох рисунках показана СЕ сітка на поверхні контакту. На рисунках 5.27 – 5.32 показані напруження по Мізису. На перших трьох показане із масштабом в деформованому вигляді, що підтверджено формою деформації. На останніх трьох показаний вид зверху на першу частину ланки із прихованим другим ланцюгом.


27

Рисунок 5.18 – Напруження по Мізесу (переміщення 1 мм.)

Рисунок 5.19 – Напруження по Мізесу (переміщення 2 мм.)

Рисунок 5.20 – Напруження по Мізесу (переміщення 4 мм.)


28

Рисунок 5.21 – Контактний тиск (переміщення 1 мм.)

Рисунок 5.22 – Контактний тиск (переміщення 2 мм.)

Рисунок 5.23 – Контактний тиск (переміщення 4 мм.)


29

Рисунок 5.24 – Контактний тиск (переміщення 1 мм.)

Рисунок 5.25 – Контактний тиск (переміщення 2 мм.)

Рисунок 5.26 – Контактний тиск (переміщення 4 мм.)


30

Рисунок 5.27 – Напруження по Мізесу (переміщення 1 мм.)

Рисунок 5.28 – Напруження по Мізесу (переміщення 2 мм.)

Рисунок 5.29 – Напруження по Мізесу (переміщення 4 мм.)


31

Рисунок 5.30 – Напруження по Мізесу (переміщення 1 мм.)

Рисунок 5.31 – Напруження по Мізесу (переміщення 2 мм.)

Рисунок 5.32 – Напруження по Мізесу (переміщення 4 мм.)


32

6 АНАЛІЗ РЕЗУЛЬТАТІВ Розподіл еквівалентних напружень і перших головних деформацій при різних значеннях подовження модельованого сегмента ланцюга переходить до згину ланки ланцюга. Зона концентрації напружень зміщується до країв кругових ділянок ланки, що зображено на рисунках 5.18 – 5.20. При цьому положення точки максимуму позитивних деформацій з деякого моменту залишається практично незмінним: найбільшого розтягнення відбувається в точках на внутрішній стороні ланки на невеликому видаленні від його прямої ділянки, що яскраво виражено контактними плямами на рисунках 5.21 – 5.23. Цю область можна вказати як найбільш вірогідне місце початку руйнування, оскільки із зростанням навантаження саме там вперше будуть досягнуті граничні деформації.


33

ВИСНОВКИ Аналіз результатів вирішення модельної задачі дозволяє зробити наступні висновки:  в ланках ланцюгів спостерігається складний напружено деформований стан в середині самого ж ланцюга;  контактні плями мають досить складні форми та росподіл контактного тиску;  ланцюг приймає подовження своєрідного характеру перед руйнуванням. Запропонований підхід надає можливості коректного рішення задач аналізу контактної взаємодії і напружено деформованого стану елементів силових ланцюгів при їх проектуванні, виборі матеріалу, режимів термообробки, а також при визначенні граничних режимів експлуатації.


34

СПИСОК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ 1. Алямовский А. А., Собачкин А. А., Одинцов Е. В., Харитонович А. И., Пономарев Н. Б. «SolidWorks 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике»: БХВ Петербург, 2008 – 1040 с. 2. «http://www.solidworks.ru» - офіційний сайт solidworks в Росії 3. Р. Галлагер Метод конечных элементов Пер. с англ. – М.: Мир, 1984г. – 428с. 4. «http://ru.wikipedia.org/wiki/Механика_контактного_взаимодействия» інформація про контактну взаємодію твердих тіл. 5. «http://ru.wikipedia.org/wiki/Механика_контактного_взаимодействия» – інформація про механіку контактної взаємодії. 6. «http://ru.wikipedia.org/wiki/Система_автоматизированного_проектиров ания» – інформація о САПР. 7. «Советская энциклопедия» в период 1984—1991 годов, выпущенная ордена Трудового Красного Знамени, Главный редактор — Е. А. Козловский 8. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины: Учебник для вузов. – М.: Высш. шк., 1985. – 520 с 9. Шеффлер. М., Патер Г., Курт Ф. Основы и конструирование подъемно-транспортных машин.– М. Машиноведение, 1980. – 258 с. 10. http://www.cae-expert.ru/product/ansys-workbench


Mukhin_course_project