текст отчета - Рузаевский институт машиностроения

Реферат
Отчёт содержит 33 страницы, 15рисунков,1 таблицу, 10 используемых
источников, 1 приложение.
СИСТЕМА
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ,
ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ МОДЕЛЬ, РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ, ГРАНИЧНЫЕ
УСЛОВИЯ,
КОНЕЧНЫЙ
ЭЛЕМЕНТ,
УЗЛОВЫЕ
ПЕРЕМЕЩЕНИЯ,
НАПРЯЖЕНИЕ, КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА ПРОЧНОСТИ.
Объектом разработки являются деталь «Основание».
Цель работы – используя результаты твердотельного моделирования,
руководствуясь заданием и исходными данными к работе, произвести
прочностной
расчет
детали
«Основание»,
с
использованием
системы
автоматизированного проектирования SolidWorks.
В процессе работы рассматривались возможности и особенности системы
автоматизированного проектирования SolidWorks с точки зрения подготовки
моделей к инженерном анализу, в частности, к расчету на прочность; назначение
CAE-компоненты системы
− SolidWorks Simulation и основные аспекты
проведения анализа. В рамках работы построена твердотельная модель детали
«Основание».
Проводилось
моделирование
напряженно-деформированного
состояние детали «Основание» в среде SolidWorks Simulation на основании
задания и исходных данных к курсовой работе.
ОП-02069964-П-ОТД-15
№ докум.
Изм. Лист
Разраб.
Захаров
Провер.
Н. Контр.
Утверд.
Душин
Подпись Дата
Расчет на прочность детали
«Основание» с использованием
системы SolidWorks
Пояснительная записка
Лит.
Лист
Листов
у
4
33
РИМ, каф. ОТД
д/о,К-202
Содержание
Введение
6
1 SolidWorks – интегрированная среда моделирования и анализа
7
1.1 Возможности SolidWorks для подготовки моделей к анализу
7
1.2 SolidWorks Simulation – назначение и основные особенности
9
2 Построение твердотельной модели детали «Основание»
13
2.1 Создание трехмерного элемента «Бобышка-Вытянуть 1»
13
2.2 Создание трехмерного элемента «Бобышка-Вытянуть 2»
14
2.3 Создание трехмерного элемента «Бобышка-Вытянуть 3»
15
2.4 Создание трехмерного элемента «Вырез-вытянуть 1»
16
2.5 Создание трехмерного элемента «Вырез-повернуть 1»
17
2.6 Создание трехмерного элемента «Ребро 1»
18
2.7 Результаты построения твердотельной модели детали
19
3 Расчет на прочность детали «Основание» в среде
SolidWorks Simulation
21
3.1 Приложение граничных условий
21
3.2 Создание конечно-элементной сетки и выполнение расчета
22
3.3 Вывод результатов расчета
24
Заключение
29
Список использованных источников
30
Приложение А (обязательное). Исходные данные, упрощения
и требования
31
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
5
Введение
Экстремальные условия работы элементов современных конструкций,
сложность их формы и большие габариты делают исключительно трудным и
дорогим осуществление натурного или полунатурного эксперимента, особенно,
если речь идет об установлении предельных (разрушающих) нагрузок. Создание
конструкций такого типа невозможно без совершенствования и автоматизации
процесса проектирования, применения новых материалов и технологий.
Необходимость внедрения в производство сложнейшей техники в
короткие
сроки
приводит
к
созданию
систем
автоматизированного
проектирования. Важную роль в этих системах играет расчет на прочность.
Цель
данной
работы
–
используя
результаты
твердотельного
моделирования, руководствуясь заданием и исходными данными к работе,
произвести прочностной расчет детали «Основание», с использованием системы
автоматизированного проектирования SolidWorks.
Твердотельное моделирование детали «Основание» выполняется в CADмодуле системы SolidWorks Education Edition – полнофункциональная версия
SolidWorks для использования учебными заведениями, лицензионным правом на
использование в учебном процессе которой обладает Рузаевский институт
машиностроения.
Расчет на прочность осуществляется в модуле SolidWorks Simulation,
являющимся функциональным компонентом SolidWorks. Такой современный
программный комплекс для проведения инженерных расчетов, как SolidWorks
Simulation, математическую основу которого составляет метод конечных
элементов, позволяет проведение такого рода моделирования с наименьшими
затратами времени и человеческих ресурсов.
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
6
1 SolidWorks – интегрированная среда моделирования и анализа
В настоящее
время
четко обозначилась тенденция группирования
инструментов геометрического моделирования и расчетных программ в
интегрированные системы. Процесс интеграции настолько стремителен, что на
рынке остались считанные единицы расчетных программ, которые не имели бы в
большей или меньшей степени адаптированного варианта, функционирующего
как приложение SolidWorks или какой-либо другой CAD-системы.
1.1 Возможности SolidWorks для подготовки моделей к анализу
Конструкторская система SolidWorks построена по модульному принципу,
который обеспечивает возможность гибкого построения интегрированного
комплекса автоматизации процессов проектирования – инженерного анализа –
технологической подготовки производства.
В основе системы находится базовый модуль, который содержит функции
для проектирования деталей и сборок в трехмерном пространстве, создания
двухмерных чертежей деталей и сборок по их трехмерным прототипам,
оформления конструкторской документации в соответствии с требованиями
различных систем стандартов, обмена документами с другими конструкторскими
системами, а также для решения ряда других задач.
Рассмотрим основные возможности CAD-компоненты SolidWorks для
подготовки твердотельной модели к последующему анализу в модуле SolidWorks
Simulation.
SolidWorks
изначально
создавался
как
система
твердотельного
параметрического моделирования. Программа содержит всю необходимую
номенклатуру
инструментов,
причем
некоторые
возможности
крайне
эффективны для разработки объектов, ориентированных на последующее
использование программ расчета. Это проектирование изделий из листового
материала, сварные детали. Они позволяют получить модели, весьма близкие к
требованиям данных инструментов.
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
7
SolidWorks позволяет создавать конфигурации объектов. Интегрированные
модули
в
абсолютном
большинстве
адекватно
обрабатывают
эту
функциональность, позволяя рассчитывать разнообразные исполнения расчетных
моделей, а, например SolidWorks Simulation способен одновременно отображать
результаты нескольких расчетов, выполненных в том числе и в различных
конфигурациях
SolidWorks.
Кроме
того,
параметрическое
представление
геометрии в CAD-системе позволило органично включить в SolidWorks
Simulationмодуль параметрической оптимизации, а также инструмент сценариев
проектирования. Последние предназначены для изучения того, как влияет
изменение формы, граничных условий, типов материалов и т.д. на свойства
конструкции.
В
SolidWorks
Simulation
общим
с
SolidWorksявляется
подмножество механических характеристик, описывающих упругие свойства,
прочность, плотность, а также тепловые характеристики и термоупругие –
коэффициент теплового расширения.
Балочные и стержневые модели SolidWorks Simulation функционируют на
базе объектов, созданных посредством команд группы «Сварные детали»
SolidWorks.Алгоритмы геометрического моделирования и расчета достаточно
тесно связаны, что предъявляет специфические требования к качеству подготовки
геометрии.
Поверхностное представление геометрии, а SolidWorks имеет наиболее
развитые возможности для создания и редактирования поверхностей по
сравнению с системами аналогичного уровня, активно используется в SolidWorks
Simulationдля создания на этой базе оболочечных расчетных моделей.
SolidWorks обладает самыми разнообразными возможностями для создания
и
модификации
функциональность
сборок.
Расчетные
учитывают.
Как
приложения,
и
для
соответственно,
моделей
твердотельных
эту
и
поверхностных деталей, ответственность за корректную подготовку исходных
данных для сборок в подавляющей части возлагается на CAD-систему.
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
8
1.2 SolidWorks Simulation – назначение и основные особенности
SolidWorks Simulation – приложение к SolidWorks, предназначенное для
решения задач механики деформируемого твердого тела методом конечных
элементов. Это программное обеспечение для решения задач расчета на
статическую прочность и устойчивость в линейной и нелинейной постановке,
выделения собственных частот, оптимизации формы деталей и сборок в
линейной постановке, анализа усталости и поведения конструкции при падении.
Программа использует геометрическую модель детали или сборки
SolidWorksдля формирования расчетной модели. Интеграция с SolidWorksдает
возможность
минимизировать
операции,
связанные
со
специфическими
особенностями конечно-элементной аппроксимации. Назначение граничных
условий производится в привязке к геометрической модели, такими же
особенностями обладают и процедуры представления результатов.
SolidWorks Simulationпостроен на базе метода конечных элементов.
Отметим рад особенностей его реализации в данной программе.
1. В SolidWorks Simulationиспользуются три базовых типа конечных
элементов: объемные изопараметрические тетраэдры, треугольные элементы
оболочек и элементы балок. Два первых типа конечных элементов могут иметь
линейное или параболическое поле перемещений (постоянную деформацию или
линейное поле деформаций). Тетраэдры содержат, соответственно, 4 или 10
узлов, оболочки 3 или 6 а балки/стержни – 2.
2. Программа допускает сосуществование в одной модели твердотельных и
оболочечных конечных элементов, причем гибридные сетки работоспособны как
в линейных, так и в нелинейных расчетных моделях. Однако, элементы
балок/стержней не сочетаются с какими-либо другими типами конечных
элементов.
3. Контактные конечные элементы, по крайней мере, в явном виде, в программе отсутствуют. На основе косвенных наблюдений можно утверждать, что
учет
соответствующих
граничных
условий
осуществляется
изменением
глобальной матрицы жесткости системы. Виртуальные объекты типа болтов,
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
9
стержней/шпилек, пружин реализованы, как следует из материалов фирмыразработчика, на базе элементов балок/стержней.
4. Некоторые
другие
типы
кинематических
граничных
условий
реализуются непосредственным изменением матрицы жесткости системы (в
ранних версиях программы для этого использовались штрафные функции ‒ фактически «очень» жесткие вспомогательные элементы, что приводило к ошибкам
программы).
5. В пределах одной сборки допускается сосуществование произвольных
комбинаций контактных граничных условий типа входа в контакт и выхода из
контакта.
6. Для расчета сборок/многотельных деталей в программе реализованы граничные условия, объединенные в группу «Соединения» (Connectors). Реализация
этих условий (или некоторых их разновидностей) предполагает такие изменения
матрицы жесткости системы (для некоторых из них
нам неизвестно,
осуществляются они через непосредственную ее модификацию или же
посредством ввода вспомогательных «жестких» конечных элементов), которые
фактически приводят к появлению в модели абсолютно жесткого виртуального
объекта. Как следствие, в месте, где этот объект взаимодействует с «реальными»
деталями сборки (фактически, в зоне приложения описанных граничных
условий),
возможно
появление
теоретически
бесконечных
деформаций
(напряжений). На практике это выражается в отсутствии сходимости решения
при уплотнении сетки и, скорее всего, некорректным результатам.
7. В SolidWorks Simulation присутствует р-адаптивный метод построения
сетки конечных элементов. Это значит, что в зонах с высоким градиентом энергии деформации программа увеличивает порядок полинома, аппроксимирующего
поле перемещений в конечном элементе. При некорректной постановке
кинематических
граничных
условий
возможно
появление
особенностей
(теоретически бесконечных деформаций и напряжений). Применение данной
опции для таких расчетных моделей приводит к абсурдным результатам.
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
10
8. В SolidWorks Simulation присутствует h-адаптивный метод построения
сетки конечных элементов. Он заключается в уплотнении сетки в зонах, где величина плотности энергии деформации относительно велика по сравнению со
средним ее значением.
9. В рамках упругого анализа возможно использование ортотропных материалов. Доступны ортогонально-ортотропные и, как частный их случай (он не
выделяется
назначение
отдельно),
трансверсально-изотропные
цилиндрической
ортотропии.
материалы.
Криволинейная
Возможно
ортотропия
отсутствует. Эти свойства можно назначать как для твердых тел, так и для
оболочек.
10. При оценке прочности сборок посредством функции SolidWorks
Simulation «Проверка прочности (Design Check Wizard) для всех материалов
используется один и тот же тип критерия прочности. Таким образом, применение
этой функции для анализа сборок, содержащих детали из хрупких и вязких
материалов, проблематично, если требуется отобразить результаты сразу для всех
деталей.
SolidWorks
Simulation
позволяет
выполнять
следующие
виды
моделирования:
– статический анализ в упругой постановке с расчетом отдельных деталей
по пространственной или оболочечной модели, а также сборок в трехмерной
постановке с учетом взаимодействия деталей;
– расчет собственных частот и соответствующих им форм для деталей
твердотельном или оболочечном представлении, а также сборок с неподвижными
деталями;
– расчет величин критических нагрузок потери устойчивости и соответствующих им форм для деталей в твердотельном или оболочечном представлении,
а также сборок с неподвижными деталями;
– тепловой расчет с учетом явлений теплопроводности, конвекции, излучения, но без учета движения сред;
– термоупругий анализ на базе результатов теплового расчета;
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
11
– параметрическая оптимизация по критерию минимизации/максимизации
массы, объема, собственных частот и критической силы;
– имитация деформирования конструкции с учетом физической и геометрической нелинейности, а также ввиду изменения нагрузок и температуры во
времени;
– моделирование эффекта падения конструкции на жесткую или упругую
поверхность;
– усталостный расчет с учетом кривых усталости, формы кривой нагрузки,
а также линейной гипотезы суммирования повреждений.
Все эти типы анализа могут быть связаны с одним и тем же объектом
SolidWorks.
SolidWorks Simulation требует соблюдения базовой канвы алгоритма
метода конечных элементов, предоставляя внутри каждого этапа определенную
свободу в последовательности шагов подготовки модели и рассмотрения
результатов. Для расчета в упругой постановке для моделей в твердотельном
представлении предполагаемая цепочка событий описана ниже.
1. Создание анализа определенного типа и определение его настроек. Последние могут быть изменены в любой момент перед выполнением расчета.
2. Заполнение, если необходимо, таблицы параметров, определяющей
набор величин, которые могут изменяться (конкретно — для которых могут назначаться списки значений) в ходе расчета.
3. Подготовка исходных данных внутри заданного анализа:
– назначение материала детали или деталям;
– назначение кинематических граничных условий;
– назначение статических граничных условий;
– назначение контактных граничных условий, если рассчитывается сборка или деталь из нескольких тел;
– создание сетки.
4. Связывание, в случае необходимости, параметров из таблицы параметров
с соответствующими анализами.
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
12
5. Выполнение расчета.
6. Обработка результатов:
– создание необходимых диаграмм;
– анализ диаграмм;
– экспорт результатов.
Процедура оптимизации базируется на результатах расчетов в линейной постановке (статического анализа, расчета на собственные частоты и на устойчивость). Усталостный анализ требует также выполнения как минимум одного
статического расчета.
2 Построение твердотельной модели детали «Основание»
2.1 Создание трехмерного элемента «Бобышка-Вытянуть 1»
В качестве плоскости для эскиза выбрана верхняя стандартная плоскость.
Для построения эскиза элемента были использованы следующие инструменты:
«Прямоугольник
из
центра»,
«Окружность»,
«Линия»,
«Осевая
линия»,
«Зеркально отразить объекты», «Отсечь объекты». На эскиз нанесены размеры и
взаимосвязи, определяющие положение элементов эскиза относительно друг
друга, согласно требованиям чертежа детали.
Параметр «Глубина» устанавливаем 20 мм. Остальные параметры
оставляем «по умолчанию».
Элемент «Бобышка-Вытянуть 1» представлен на рисунке 1.
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
13
Рисунок 1 – Элемент «Бобышка-Вытянуть 1»
2.2Создание трехмерного элемента «Бобышка-Вытянуть 2»
В качестве плоскости для эскиза выбрана передняя стандартная плоскость
Для
построения
эскиза
элемента
были
использованы
следующие
инструменты вкладки «Эскиз»: «Угловой прямоугольник», «Осевая линия». На
эскиз нанесены размеры и взаимосвязи, определяющие положение элементов
эскиза относительно друг друга, согласно требованиям чертежа детали.
Параметры элемента: «Граничное условие» – «От средней поверхности»;
«Глубина» – 90 мм. Остальные параметры оставляем «по умолчанию».
Элемент «Бобышка-Вытянуть 2» представлен на рисунке 2.
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
14
Рисунок 2 – Элемент «Бобышка-Вытянуть 2»
2.3 Создание трехмерного элемента «Бобышка-Вытянуть 3»
В качестве плоскости для эскиза выбрана верхняя грань элемента
«Бобышка-Вытянуть 1». Для построения эскиза элемента были использованы
следующие инструменты вкладки «Эскиз»: «Окружность». На эскиз нанесены
размеры
и
взаимосвязи,
определяющие
положение
элементов
эскиза
относительно друг друга, согласно требованиям чертежа детали.
Параметр «Глубина» устанавливаем 40 мм. Остальные параметры
оставляем «по умолчанию».
Элемент «Бобышка-Вытянуть 3» представлен на рисунке 3.
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
15
Рисунок 3 – Элемент «Бобышка-Вытянуть 3»
2.4 Создание трехмерного элемента «Вырез-вытянуть 1»
В качестве плоскости для эскиза была выбрана передняя грань элемента
«Бобышка-Вытянуть 3». Для построения эскиза элемента были использованы
следующие инструменты вкладки «Эскиз»: «Угловой прямоугольник», «Осевая
линия». На эскиз нанесены размеры и взаимосвязи, определяющие положение
элементов эскиза относительно друг друга, согласно требованиям чертежа
детали.
Параметры элемента: «Граничное условие» – «Насквозь». Остальные
параметры оставляем «по умолчанию».
Элемент «Вырез-вытянуть 1» представлен на рисунке 4.
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
16
Рисунок 4 – Элемент «Вырез-вытянуть 1»
2.5 Создание трехмерного элемента «Вырез-повернуть 1»
В качестве плоскости для эскиза была выбрана передняя стандартная
плоскость. Для построения эскиза элемента были использованы следующие
инструменты вкладки «Эскиз»: «Осевая линия», «Линия». На эскиз нанесены
размеры
и
взаимосвязи,
определяющие
положение
элементов
эскиза
относительно друг друга, согласно требованиям чертежа детали.
Параметры элемента: осевая линия эскиза – «Линия 1»; тип поворота – «В
одном направлении»; угол – 360°.
Элемент «Вырез-повернуть 1» представлен на рисунке 5.
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
17
Рисунок 5 – Элемент «Вырез-повернуть 1»
2.6 Созданиетрехмерногоэлемента«Ребро1»
В качестве плоскости для эскиза была выбрана передняя стандартная
плоскость. Для построения эскиза используем следующие инструменты вкладки
«Эскиз»: «Линия». На эскиз нанесены размеры и взаимосвязи, определяющие
положение элементов эскиза относительно друг друга, согласно требованиям
чертежа детали.
Параметры элемента: «Толщина» – «Обе стороны»; «толщина ребра» – 10
мм; «Направление вытяжки» – «параллельно к эскизу». Остальные параметры
оставляем «по умолчанию».
Элемент «Ребро 1» представлены на рисунке 6.
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
18
Рисунок 6 – Параметры элемента «Ребро 1»
2.7 Результаты построения твердотельной модели детали «Основание»
Таким образом, твердотельная модель детали «Основание» была построена
с использованием шести элементов: «Бобышка-вытянуть 1», «Бобышка-вытянуть
2», «Бобышка-вытянуть 3», «Вырез-вытянуть 1», «Вырез-повернуть 1», «Ребро
1». При этом было использовано шесть двумерных эскизов. Все элементы дерева
построений показаны на рисунке 7. На рисунке 7 также представлено три вида
моделируемой детали и её изометрическая проекция.
Твердотельная модель детали представлена на рисунке 7.
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
19
Рисунок 7 – Твердотельная модель детали «Основание»
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
20
3 Расчет на прочность детали «Основание» в среде SolidWorks
Simulation
Твердотельная модель детали «Основание» готова для прочностного
анализа. Определим основные параметры модели. В этом же файле создадим
проект анализа ‒ «Новое исследование». Назначим тип анализа – «Статический».
Определим
материал
детали,
для
чего
выберем
из
библиотеки
«solidworksmaterials» материал – «простая углеродистая сталь».
3.1 Приложение граничных условий
Согласно расчетной схеме (рисунок А.2, приложение А) добавим в модель
ограничения и нагрузки, согласно терминологии «SolidWorks Simulation» –
крепления и внешние нагрузки соответственно.
Приложим первое ограничение – ограничение от перемещений во всех
направлениях двух цилиндрических поверхностей. Для этого выберем тип
крепления «Фиксированная геометрия».
Приложим второе ограничение – ограничение от перемещений в
радиальном направлении двух цилиндрических поверхностей. Для этого выберем
тип крепления «На цилиндрических гранях» и в опции «Радиальный» установим
значение смещения 0 мм.
Приложим третье ограничение – ограничение от перемещений в
направлении перпендикулярном плоской поверхности. Для этого выберем тип
крепления «На плоских гранях» ив опции «Перпендикулярно грани» установим
значение смещения 0 мм.
Приложим первую нагрузку – равномерно распределенная нагрузка,
направленная по нормали к плоской поверхности с величиной равнодействующей
30 кН. Для этого выберем команду «Сила», установим опцию «Нормальная»,
определив тем самым направление, зададим величину равнодействующей
«Значение силы» – 30000 Н.
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
21
Приложим вторую нагрузку – радиальная, неравномерно (синусоидально)
распределенная нагрузка, приложенная к цилиндрической поверхности с
величиной равнодействующей 50 кН.
Модель с приложенными граничными условиями представлена на рисунке
8.
Рисунок 8 – Модель с граничными условиями
Данную нагрузку в «SolidWorks Simulation» моделируем при помощи
команды «Рабочая нагрузка». Для приложения подобного вида нагрузки
необходимо дополнительно построить систему координат с центром на оси
цилиндрической поверхности, к которой прикладывается нагрузка, и с
направлением оси Z совпадающим с осью этой поверхности, а также разделить
цилиндрическую поверхность на две, так как нагрузка прикладывается к
половине цилиндрической поверхности. Настроим параметры команды, для чего
выберем опцию «Синусоидальное распределение», укажем в качестве системы
координат «Система координат 1», определим направление равнодействующей,
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
22
как совпадающее с осью Y системы координат «Система координат 1», зададим
величину равнодействующей – 50000 Н.
Таким образом, все нагрузки и ограничения, согласно расчетной схеме
приложены.
3.2 Создание конечно-элементной сетки и выполнение расчета
Формирование
конечно-элементной
сетки
активируется
командой
«Создание сетки». Все параметры команды «Сетка» оставляем по умолчанию.
Параметры конечно-элементной сетки приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Параметры конечно-элементной сетки
Параметр
Значение
Типсетки:
Сетканатвердомтеле
Используемоеразбиение:
Стандартнаясетка
Автоматическоеуплотнениесетки:
Вкл
Сглаживаниеповерхности:
Вкл
ПроверкаЯкобиана:
4 Points
Размерэлемента:
6,7309 мм
Допуск:
0,33654 мм
Качество:
Высокая
Количествоэлементов:
8261
Количествоузлов:
13738
Конечно-элементная сетка представлена на рисунке 9.
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
23
Рисунок 9 – Конечно-элементная сетка
Затем запускаем программу на расчет. Для этого выбираем команду
«Запуск».
3.3 Вывод результатов расчета
В папке «Результаты» дерева исследования по умолчанию доступны три
вида результатов анализа:
– Напряжения по Мизесу;
– Результирующее перемещения;
– Эквивалентные деформации.
Для
необходимо
«Настройка
большей
информативности
настроить
эпюры»
и
отображаемые
«Параметры
и
удобства
диаграммы,
графика».
В
анализа
результатов,
используя
команды
настройках
«Эпюры
напряжений» выберем согласно требованиям (Приложение А) в качестве единиц
измерения МПа; активируем раздел «Деформированная форма с параметром
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
24
«Авто». В настройках команды «Параметры графика», активируем опции:
«Отобразить минимальное значение», «Отобразить максимальное значение» и
опцию «Числовой формат» – «Плав. точка».
Диаграмма напряжений по Мизесу представлена на рисунке 10.
Рисунок 10 – Диаграмма напряжений по Мизесу
Анализируя диаграмму, заметим, что максимальное значение напряжения
составляет 320,2 МПа, что превышает предел текучести материала. Более того,
деталь имеет некоторые области, в которых напряжения по Мизесу превышают
предел текучести материала. Это свидетельствует о том, что в этих областях
имеют место пластические деформации.
Аналогичным образом выведем диаграмму суммарных перемещений. В
настройках диаграммы перемещений выберем согласно требований (Приложение
А.) в качестве единиц измерения мм, отобразим деформированную форму в
режиме
авто
и
произведя
настройки
параметров
графика,
аналогично
напряжениям.
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
25
Диаграмма суммарных перемещений представлена на рисунке 11.
Рисунок 11 – Диаграмма суммарных перемещений
Максимальное результирующее перемещение составляет 0,147 мм.
Аналогичным образом выведем диаграмму эквивалентных деформаций. В
настройках эпюры деформаций в дополнительных параметрах выберем опцию
«Значение в узлах» и отобразим деформированную форму в режиме авто, а в
настройках параметров графика выберем отображением минимального и
максимального значений.
Диаграмма эквивалентных деформаций представлена на рисунке 12.
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
26
Рисунок 12 – Диаграмма эквивалентных деформаций
Максимальная величина деформаций составляет 0,001.
Теперь построим диаграмму коэффициента запаса прочности.
Для этого выберем команду «Определить эпюру проверки запаса
прочности». В качестве критерия согласно требованиям (Приложение А)
выбираем «Максимальное напряжение von Mises», установим опцию «Предел
текучести» и единицы измерения МПа. На третьем шаге выполняемой команды
выберем «Распределение запаса прочности» В параметрах графика настроим
отображение минимального и максимального значений, а также активируем
режим «Определено:» со следующими параметрами: мин – 0,7; макс – 20. Данные
параметры выбраны для большей информативности диаграммы. 0,7 – это
минимальный коэффициент запаса прочности, поэтому целесообразно это
значение выбрать в качестве нижней границы шкалы значений. А максимальное
значение шкалы – 20 выбрано, чтобы однозначно определить области со
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
27
значительным коэффициентом запаса прочности > 20 и более детально изучить
области детали с коэффициентом запаса прочности < 20.
Диаграмма распределения коэффициента запаса прочности представлена на
рисунке 13.
Рисунок 13 – Диаграмма распределения коэффициента запаса прочности
Анализируя
результаты,
заметим,
что
в
детали
есть
области
с
коэффициентом запаса прочности < 1, что является недопустимым.
В связи с этим делаем вывод о необходимости внесения изменений в
конструкцию детали.
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
28
Заключение
В данной курсовой работе рассмотрены основные возможности системы
автоматизированного проектирования SolidWorks, как интегрированной среды
моделирования и инженерного анализа, в частности, особенности подготовки
моделей к анализу и основные аспекты его проведения в CAE-модуле системы −
SolidWorks Simulation.
На базе твердотельной модели детали «Основание», построенной в рамках
данной работы в CAD-модуле SolidWorks, произведен расчет напряженнодеформированного состояния с использованием SolidWorks Simulationи получен
результат, в соответствии с заданием и исходными данными к курсовой работе,
позволяющий дать оценку прочностным характеристикам рассматриваемой
конструкции детали «Основание».
Кроме выводов, непосредственно по результатам прочностного расчета,
приведенных в пояснительной записке, следует отметить и показанную в рамках
данной работы эффективность использования такой системы инженерного
анализа как SolidWorks Simulation, при разработке конструкции детали.
Проведение прочностных расчетов в среде SolidWorks Simulation
позволяет выявить на стадии проектирования, до изготовления изделия,
недоработки в конструкции деталей, быстро и эффективно внести изменения в
конструкцию, с наименьшими затратами времени и человеческих ресурсов.
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
29
Список использованных источников
1 Прерис А.М. SolidWorks 2005/2006. Учебный курс. / А.М. Прерис. – СПб.:
Питер, 2006. – 528 с.: ил.
2 Прохоренко В.П. SolidWorks. Практическое руководство. /
В.П. Прохоренко. – М.: ООО «Бином-Пресс», 2004. – 448с.: ил.
3 Тику Ш. Эффективная работа: SolidWorks 2004. / Ш. Тику. – Спб.: Питер,
2005. – 768 с.: ил.
4 Чугунов М.В. CAE-системы предварительного анализа объектов
машиностроения. Часть 1. Линейная статика. / М.В. Чугунов – Рузаевка:
Рузаевский печатник, 2003. – 44 с.
5 Алямовский А.А. Инженерные расчеты в SolidWorksSimulation. М.: ДМК
Пресс, 2010. 464 с., ил.
6 Алямовский А.А. SolidWorks 2007/2008. Компьютерное моделирование в
инженерной практике / А.А. Алямовский, А.А. Собачкин, Е.В. Одинцов, А.И.
Харитонович, Н.Б. Понамарев. – СПб.: БХВ-Петербург, 2008. –1040 с.: ил.
7 Алямовский А.А. SolidWorks/CosmosWorks. Инженерный анализ методом
конечных элементов / А.А. Алямовский. – М.: ДМК Пресс, 2004. – 432 с.
8
Алямовский
А.А.
SolidWorks.
Компьютерное
моделирование
в
инженерной практике / А.А. Алямовский, А.А. Собачкин, Е.В. Харитонович. –
СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 800 с.
9 Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы: пер. с англ. / Р.
Галлагер. – М.: Мир, 1984. – 428 с.
10 Оден Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред:
пер. с англ. / Дж. Оден. – М.: Мир, 1976. – 358 с.
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
30
Приложение А
(обязательное).
Исходные данные, упрощения и требования
Рисунок А.1 – Чертеж детали «Основание»
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
31
Рисунок А.2 – Схема приложения граничных условий
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
32
Упрощения и требования, необходимые для выполнения расчета:
1. Материал
детали
–
«Простая
углеродистая
сталь»
(библиотека
материалов solidworksmaterials). Тип модели материала: линейный, упругий,
изотропный.
2. В качестве критерия при определении диаграммы коэффициента запаса
прочности использовать критерий максимального напряжения по Мизесу.
3. Все
настройки
программы
принимаются
по
умолчанию,
кроме
определенных особо.
4. Величины нагрузок заданы на схеме приложения граничных условий
(рисунок А.2).
5. В качестве результатов расчета необходимо рассмотреть следующие
диаграммы:
– напряжение по Мизесу (vonMises), МПа;
– перемещение суммарное (результирующее), мм;
– деформация эквивалентная;
– коэффициент запаса прочности (FOS).
ОП-02069964-П-ОТД-15
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
33