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 %