М.у. по расчету коленвала на прочность v4 (Раздаточные материалы), страница 2

Рис. 9. Меню “Select Entities”.

В окне Mesh Tool выберите в разделе Size ControlsLinesSet. Выберете линии образующих галтели А и В.

Рис. 10. Разбивка галтелей. Рис. 11а. Element Size on Picked Lines.

В появившемся окне Element Size on Picked Lines нажмите ОК, откроется еще одно окно с аналогичным названием. В нем необходимо указать количество логических отрезков, на которые надо разбить линию. В последствии на основании этих отрезков будет формироваться сетка галтели и прилегающих к ней областей.

Укажите параметры в соответствии с рисунком и нажмите ОК.

Рис. 11б. Меню “Element Size on Picked Lines”.

Следующий шаг, это разбивка аналогичным образом линий C и D на 5-7 логических отрезков.

В окне Mesh Tool в разделе Mesh выберите параметры: Areas, Quad, Mapped. Нажмите Mesh и укажите курсором на галтели. Далее ОК. В результате поверхностной разбивки должно получиться: по оси коленвала от 5 до 7 элементов

по полуокружности 36 элементов.

PlotVolumes

Осталось только на основе поверхностной сетки сделать объемную.

В окне Mesh Tool выберите в разделе Size ControlsGlobalSet.

Рис. 12. Меню “Global Element Size”.

В разделе Element edge length задается средняя длина грани элемента. Варьируя этим параметром Вы можете менять мелкость разбивки и соответственно, количество элементов.

В окне Mesh Tool в разделе Mesh выберите параметры: Volumes, Tet, Free. Нажмите Mesh и укажите курсором на деталь.

Рис. 13. Результат разбивки КВ.

Обратите внимание на присутствующие у Вас местные измельчения сетки. Являются ли они обоснованными? Если нет, то возможно стоит ради получения правильного результата расчета, перестроить модель и повторить всю процедуру заново.

Сотрем поверхностную сетку. Это необходимо сделать, т.к. в дальнейшем она может привести к некорректной работе программы при создании контактных пар и пр.

В окне Mesh Tool в разделе Mesh выберите параметр: Areas. Нажмите Clear. В появившемся меню выберите Pick All.

Рис. 14. Меню “Clear Areas”.

Вернемся к нашей сборке.

SelectEverything…

PlotVolumes

Шатун и крышка коренного подшипника разбивается стандартно. Используемые значения параметров разбивки:

Табл. 3.

1. Закрепление.

Крышка коренного подшипника жестко связана с блоком цилиндров.

PreprocessorLoadsDefine LoadsApplyStructuralOn Areas

Выберите ниже указанную поверхность:

Рис. 15. Поверхность закрепления. Рис. 16. Меню “Apply U,ROT on Areas”.

Нажмите ОК и закрепите по всем степеням свободы. ОК.

Также необходимо учесть симметричность нашей модели. Для этого:

PreprocessorLoadsDefine LoadsApplyStructuralSymmetry B.C.On Areas

…и выберем ниже указанные поверхности:

Рис. 17. Поверхности симметрии.

1. Прикладываем нагрузку к коленвалу.

На коленвал действует сила от Р_z и центробежная сила.

где P_z – давление в цилиндре,

P_к – давление на срезе шатуна,

S_ш – площадь, эквивалентная показанной на рисунке.

PreprocessorLoadsDefine LoadsApplyStructuralPsessureOn Areas

Укажем поверхность, показанную на рисунке. В открывшемся окне зададим расчетное давление.

Рис. 18. Поверхность действия давления. Рис. 19. Меню “Apply PRES on areas”.

После чего, для учета центробежной силы, зададим частоту вращения в Hz:

PreprocessorLoadsDefine LoadsApplyStructuralOtherAngular Velocity

Рис. 20. Меню “Apply Angular Velocity”.

Типичные ошибки при задании угловой скорости это ошибочно выбранная ось вращения или задание значений во внесистемной системе измерения.

Примечание: В строку можно записывать не только значения, но и выражения. Например,

6000/60

Это выражение, в конечном виде, будет представлено как 100. Такой вид записи может быть весьма полезен для избежания возможных ошибок при расчетах и переписывании более сложных выражений.

1. Создание контактных пар.

В нашем случае мы будем рассматривать две контактные пары, а именно коленвал – крышка коренного подшипника и коленвал – шатун.

Рассмотрим создание первого сопряжения.

PreprocessorModelingCreateContact Pair

Запустится Contact Manager. Нажмите на кнопку, которая показана на рисунке.

Рис. 21. Меню “Contact Manager”.

Откроется окошко:

Рис. 21. Меню “Add Contact Pair”.

Нажмите Pick Target… и укажите обе поверхности сопряжения ОК. Далее Next. Нажмите Pick Contact… и аналогичным образом укажите поверхности.

Рис. 22. Меню “Select Areas for Contact”.

После того, как Вы укажете обе поверхности, откроется окошко:

Рис. 23. Меню “Add Contact Pair”.

В нем нажимаем на Optional settings… и устанавливаем параметры в соответствии с рис.:

Рис. 24. Меню “Settings”.

Аналогичным образом создается пара коленвал – крышка.

1. Выбираем тип расчета.

ANSYS Main MenuSolutionAnalysis TypeSol`n Controls

Устанавливаем параметры в соответствии с рисунком:

Рис. 25. Меню “Solution Controls”.

1. Запускаем расчет.

ANSYS Main MenuSolutionSolveCurrent LS

Рис. 26. Меню “Solve Current Load Step”.

Нажмите ОК и процесс пошел!

В процессе расчета могут возникать разного рода ошибки. В основном они связаны либо с элементной разбивкой, либо с закреплением системы тел.

1. Просмотр результатов расчета.

ANSYS Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu

В открывшемся меню можно выбрать разные рассчитанные характеристики. Нас, прежде всего, будут интересовать главные напряжения. По ним можно однозначно определить характер нагружения в конкретной точке. В данном случае применение в расчете на усталость эквивалентных напряжений не допустимо, т.к. необходимо учесть тот факт, что металл на сжатие работает лучше, чем на растяжение. При расчете на усталость важен также сам цикл нагружения, т.е. работает деталь только на сжатие или цикл условно-симметричный и т.п.

Для расчета коленвала используем следующие допущения:

1. цикл условно симметричный;

2. для определения опасных точек исходим из условия, что материал на сжатие работает также как на растяжение.

Итак, рассмотрим нагружение коленвала в эквивалентных напряжениях по Ван Мизесу, для этого выберете значения в соответствии с ниже приведенным меню.

Рис. 27. Меню “Contour Nodal Solution Data”.

На экране отобразится графическое представление эквивалентных напряжений. Для построения симметричного цикла нагружения необходимо как минимум 2 точки. Для этого необходимо произвести по выше приведенной методике расчет коленвала в нижней мертвой точке. После расчета выбираем те узлы, в которых эквивалентные напряжения принимают максимальные значения. В данном расчете таких узлов оказалось пять:

Рис. 28. Общий вид КВ. Расчетные точки.

Рис. 29. НМТ область 1 Рис. 30. ВМТ область 1

Рис. 31. ВМТ область 2 Рис. 32. НМТ область 2

Рис. 33. НМТ область 3 Рис. 34. ВМТ область 3

Рис. 35. ВМТ область 4 Рис. 36. НМТ область 4

Рис. 37. ВМТ область 5 Рис. 38. НМТ область 5

Табл. 4. Таблица результатов расчета ANSYS.

Часть 2. Расчет на усталость.