МИНОБРНАУКИ РОССИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» (ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН») Институт машиностроения и инжиниринга Кафедра станков Гиловой Л.Я. Лабораторные занятия по дисциплине «Интегрированные CAE системы в машиностроении» для студентов МГТУ «СТАНКИН», обучающихся по направлению 150700.62 "Машиностроение" Магистры, профиль "Металлообрабатывающие станки и комплексы" 2023 Лабораторная работа №1 Сравнительный анализ результатов расчёта напряженно-деформированного состояния модели на сетках объёмных и балочно-стержневых конечных элементов Цель работы: 1. Освоить применение сеток объёмных и балочно-стержневых конечных элементов для расчёта напряженно-деформированного состояния конструкций. 2. Оценить адекватность расчёта балочными конечными элементами и границы их применимости в сравнении с объёмными элементами. Задачи: 1. Построить 3-D модель балки для применения комбинированной объёмной и балочной сетки конечных элементов. Для этого 3-D модель должна состоять из двух частей, обладающих одинаковыми упругими характеристиками, т.е. одинаковыми геометрическими размерами в поперечном сечении, по длине, а также одинаковыми модулями упругости E, G и коэффициентом Пуассона; 2. Построить расчётную конечно-элементную модель в SolidWorks Simulation. 3. Выполнить расчёт и сравнить полученные результаты для двух половин расчётной модели на из комбинированной сетки (одна половина из тетраэдров, вторая - из балок). 4. Оформить отчёт, отразив в нём: • Цели и задачи работы • Расчётную схему (граничные условия, геометрические характеристики, физические свойства); • Свойства расчётной модели (применённые кинематические ограничения и нагрузки, поверхности их приложения и направление действия, параметры сетки, отсутствие или наличие локального уплотнения и т. д.); • Схему измерения результатов расчёта; • Порядок выполнения расчётов; • Сравнительный анализ результатов расчёта – величину расхождения в % между полученным результатами напряжений и перемещений для каждой половины модели; • Выводы, содержащие объяснение полученных результатов расчёта. Последовательность выполнения работы: 1. Подключить приложение SolidWorks Simulation к активной сессии (при необходимости). 2. Построить 3-D модель балки в соответствии с рисунком 1, скомбинировав её геометрию из твердотельной (используя команды меню/вкладки «ЭЛЕМЕНТЫ») и балочной части (используя команды меню/вкладки «СВАРНЫЕ ДЕТАЛИ»). Примечания: 1. При необходимости добавить вкладку «СВАРНЫЕ ДЕТАЛИ». 2.Длина сварной детали должна быть больше двух других измерений хотя бы в 15 раз. 3. Свободный торец твердотельной модели использовать в качестве контрольной площадки, у балочной части в этих целях использовать узел, совпадающий со свободным концом балки. Контрольные площадки можно использовать для решения двух задач: • Использовать как нагрузочные площадки, т.е. для приложения нагрузок; • Использовать для измерения контролируемых величин. 4. Создать статическое исследование в SolidWorks Simulation, построить комбинированную сетку (см. рис. 2); 5. В библиотеке материалов Simulation выбрать материал с механическими свойствами, соответствующими ГОСТ 4543-2016 с указанием марки стали (марка, термообработка произвольно); 6. Назначить кинематическое ограничение “Зафиксировано” (0 степеней подвижности) в центральной точке конструкции; 7. Создать сетку конечных элементов, задав размер элемента так, чтобы по толщине твёрдого тела уместилось не менее трёх тетраэдров; 8. Приложить изгибающие нагрузки и выполнить две серии расчётов, измеряя результаты: • величину перемещения нагруженных контрольных площадок в направлении действия изгибающей силы; • максимальный уровень эквивалентного напряжения по Мизесу. 9. Измерение результатов выполнять, усредняя значение измеряемых величин по узлам конечно-элементной сетки на каждой контрольной площадке. Измерение проводится с помощью команды «для выбранных объектов» (см. рис. 3); 10. Результаты расчёта занести в таблицу 1, рассчитав относительное отклонение результатов для объёмных и балочных конечных элементов в процентах; 11. Уменьшая длину двух частей модели, определить соотношение длины к размерам поперечного сечения, при котором результаты начинают отличаться примерно на 10%. Результаты занести в таблицу 1 и оценить границы применения балочных конечных элементов, считая, что объёмная сетка даёт эталонный результат. 12. Оформить отчёт, используя screenshot экрана. Отчёт должен включать разделы, перечисленные в п.4. Рис. 1. Вкладка “Сварные детали”, 3-D модель. Рис. 2. Конечно - элементная модель, комбинированная сетка. Рис. 3. Измерение результатов расчёта с помощью команды “Выбранный список” Таблица 1. Результаты расчёта Тип сетки Тип нагружения Исходная геометрия Укороченная геометрия Объёмная сетка Балочно-стержневая сетка Изгиб Отклонение в %