МУ к ДЗ №1 (Э.Ф. Богданов, А.В.Власов, Е.Н. Складчиков, И.Н. Черкасова - Проектирование фрикционных муфт включения кривошипных прессов и цилиндров гидравлических прессов), страница 6

Дополнительно на экране монитора в свернутом виде открывается окно ANSYS Output Window, в котором отображаются в виде команд ANSYS все действия, осуществляемые в процессе работы с графическим интерфейсом и, в дальнейшем, процесс решения.

2.4.5 Исходные данные для расчёта.

Типовая конструкция литого гидравлического цилиндра плунжерного типа с опорой на фланец изображена на рис. 2.8, а (левая часть проекции), расчётная схема – на рис. 2.8, б (правая часть проекции).

Считаем, что давление жидкости на стенки цилиндра действует по всей внутренней поверхности, зазоры в местах посадки в траверсу превышают радиальные деформации цилиндра. В учебных целях упрощаем сечение цилиндра, исключая отверстия для подачи рабочей жидкости, внешние приливы в местах посадки в траверсу, а также расточки под уплотнения и крепление цилиндра.

2.4.6. Последовательность анализа упругих деформаций гидравлического цилиндра методом конечных элементов с использованием прогаммы ANSYS ED 9.0

Для анализа упругих деформаций гидравлического цилиндра методом конечных элементов с использованием прогаммы ANSYS ED 9.0 необходимо выполнить следующие действия:

1. Создать модель гидроцилиндра в среде ANSYS ED 9.0

   1. Определить тип задачи.

1.1.1. выполнить команду

M: Preferences… ;

1.1.2. пометить левой кнопкой мыши Structural, нажать OK.

В результате этих действий будут выбрана статическая задача механики деформируемого твёрдого тела.

1. Построить геометрическую модель гидроцилиндра. При построении модели следует учесть, что в ANSYS координата x соответствует координате ρ в цилиндрической системе координат, координата y – цилиндрической ккординате z, координата z – координате θ.

1.2.1. Вычислить координаты ключевых точек. В качестве ключевых точек удобно использовать точки пересечения прямых линий сечения цилиндра без учета галтелей. Система координат и основные размеры, определяющие координаты ключевых точек приведены на рис. 2.8, б.

1. Построить ключевые точки:

1.2.2.1. последовательно выбрать следующие пункты меню:

M: Preprocessor Modeling Create Keypoints On Working Plane ;

1.2.2.2. в поле открывшегося окна Create KPs on WP ввести с клавиатуры пары координат , z точек через запятую (например: 110,130). Ввод каждой пары координат завершается нажатием клавиши Enter на клавиатуре.

1.2.2.3. после ввода последней пары координат нажать OK. Ниже приведён пример ввода координат ключевых точек для случая цилиндра по рис. 2.8, б:

80,0 Enter

150,0 Enter

150,50 Enter

120,50 Enter

110,130 Enter

110,310 Enter

0,310 Enter

0,250 Enter

80,250 Enter

1.2.2.4. если точек не видно на графическом экране, обновить информацию

в графическом окне U: Plot  Replot ;

1.2.2.5. для удаления неправильно построенных изображений воспользовать-

ся командой M: Preprocessor Modeling Delete … ;

1.2.2.6. сохранить данные командой T: Save_DB . Препроцессор ANSYS не

предусматривает отмены действий при вводе данных, поэтому при неправильном вводе приходится возвращаться к сохраненной базе данных. Кнопка Save_DB позволяет сохранить базу данных, Restore_DB – загрузить сохраненную базу данных. Все введенные данные будут храниться в файле с расширением db.

1.2.3. Построить линии, ограничивающие сечение гидроцилиндра:

1.2.3.1. последовательно выбрать следующие пункты меню:

M: Preprocessor Modeling Create Lines Lines Straight Line ;

1.2.3.2. указателем курсора и левой клавишей мыши выбираем точки,

определяющие начало и конец линии. Повторяем эту операцию для всех линий сечения. Нажать экранную кнопку OK.

1.2.4. Выполнить скругления:

1.2.4.1. последовательно выбрать следующие пункты меню:

M: Preprocessor  -Modeling Create Lines Line Filet ;

1.2.4.2. указателем курсора и левой клавишей мыши выбираем линии,

определяющие угол, подлежащий скруглению;

1.2.4.3. нажать экранную кнопку OK;

1.2.4.4. в поле RAD появившегося окна ввести необходимый радиус

скругления;

1.2.4.5. нажать экранную кнопку Apply;

1. повторить операцию скругления для других линий;

2. нажать экранную кнопку OK;

1. Создать область по граничным линиям:

1.2.5.1. последовательно выбрать следующие пункты меню:

M: Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary By Lines ;

1.2.5.2. указателем курсора и левой клавишей мыши последовательно

вы брать все линии, определяющие область поперечного сечения цилиндра.

1. нажать экранную кнопку OK; созданная область закрашивается

монотонным цветом;

1.2.5.7. для отображения всех построенных графических примитивов

(в том числе ключевых точек), воспользоваться командой

U: Plot  Multiplots .

1. Определить тип и свойства элементов.

1.3.1. последовательно выбрать следующие пункты меню:

M: Preprocessor Element type Add/Edit/Delete ;

1.3.2. нажать Add (добавить новый тип элемента);

1.3.3. выбрать Structural solid в библиотеке элементов (левое окно);

1.3.4. выбрать Quad 4 node 42 в правом окне;

1.3.5. нажать экранную кнопку OK;

1.3.6. нажать Options (свойства элемента);

1.3.7. выбрать для опции К3 значение Axisymmetric (осесимметричное

напряженное состояние);

1.3.8. нажать экранную кнопку OK;

1.3.9. нажать экранную кнопку Close;

1.3.10. сохранить данные командой T: Save_DB;

1. Задать свойства материала (линейный изотропный материал с постоянными свойствами).

1.4.1. Последовательно выбрать следующие пункты меню:

M: Preprocessor Material props Material Models ;

1.4.2. в появившемся окне последовательным открытием папок

Structural>Linear>Elastic выявить доступные линейно-упругие модели для анализа задач механики деформируемого твердого тела;

1.4.3. двойным щелчком выбираем изотропную Isotropic модель;

1.4.4. в открывшемся окне ввести 2E5 в поле ЕХ (модуль упругости в МПа);

1.4.5. ввести 0.3 в поле PRXY (коэффициент Пуассона);

1.4.6. нажать экранную кнопку OK ;

1. закрыть окна традиционным для Windows способом

2. сохранить данные командой T: Save_DB ;

3. сохранить созданную модель в отдельном файле (например, model.db) командой U: File  Save as .

1. Выполнить разбиение модели на конечные элементы. Все операции по разбиению на конечные элементы удобно производить с помощью специального окна MeshTool (в дальнейшем вызов этого окна будем обозначать M_T), вызываемого следующей последовательностью команд:

M: Preprocessor Meshing MeshTool .

1. Задать тип, свойства и параметры элементов, на которые будет разбит объект;

1.5.2. последовательно выбрать следующие пункты меню:

M_T: раздел Element Attributes ;

1.5.3. выбрать пункт Areas (области);

1.5.4. нажать экранную кнопку Set (установить);

1.5.5. нажать экранную кнопку Pick All (выбрать все);

1. нажать экранную кнопку OK ;

2. определить размеры элементов:

1.5.7.1. Мышью активизировать функцию SmartSize (используем автоматическое разбиение);

1. с помощью горизонтального лифта установить значение 4 или 5 (1 – для мелкой сетки, 10 – для грубой сетки). Лучше выбирать более мелкую сетку, однако, в данном случае мы ограничены возможностями учебной версии программы.

1. выбрать форму элементов, метод разбиения и выполнить разбиение объекта:

1.5.8.1. последовательно выбрать следующие пункты меню:

M_T: раздел Mesh ;

1.5.8.2. выбрать пункт Areas ;

1.5.8.3. в разделе Shape (форма) выбрать пункты: Quad (прямоугольные

элементы), Free (нерегулярная сетка);

1.5.8.4. нажать кнопку Mesh ;

1.5.8.5. нажать кнопку Pick All .

Дополнительного измельчения сетки вблизи концентраторов напряжений можно добиться, используя раздел Refine окна Mesh Tool с последующим выбором линий галтельных переходов. Однако следует предварительно сохранить базу данных, поскольку измельчение сетки может привести к превышению ограничений на количество элементов для учебной версии.

1. Задать граничные условия.

1.6.1. Задать граничные перемещения:

1.6.1.1. Последовательно выбрать следующие пункты меню:

M: Preprocessor Loads +Define LoadsApply Structural 

+Displacement  On Lines ;

1.6.1.2. выбрать опорную поверхность фланца;

1.6.1.3. нажать экранную кнопку OK ;

1.6.1.4. в поле Lab2 DOFs to be constrained выбрать UY ;

1.6.1.5. в поле VALUE задать 0 ;

1.6.1.6. нажать экранную кнопку OK .

1. Задать внешние нагрузки:

1.6.2.1. Последовательно выбрать следующие пункты меню:

M: Preprocessor Loads +Define LoadsApply Structural+

Pressure On Lines ;

1.6.2.2. выбрать линии сечения, по которым действует давление (внутренняя часть цилиндра);

1.6.2.3. нажать экранную кнопку OK ;

1.6.2.4. в поле VALUE Load PRES value задать величину внутреннего

давления в МПА ;

1.6.2.5. нажать экранную кнопку OK .

1. Определить параметры расчёта и выполнить расчёт.

1. Определить тип анализа и опций анализа.

2.1.1. Последовательно выбрать следующие пункты меню:

M: Solution Analysis Type Sol’n Controls ;

2.1.2. На вкладке Basic в группе Write Items to Result File отметить пункт

All Solution Items ;

2.1.3. Нажать экранную кнопку OK .

1. Выполнить расчёт упругих деформаций гидроцилиндра

2.2.1. Последовательно выбрать следующие пункты меню:

M: Solution Solve Current LS ;

2.2.2. нажать экранную кнопку OK ;

2.2.3. нажать кнопку Close в информационном окне с надписью Solution is

done! (расчет окончен).

1. Рассмотреть результаты расчёта.

   1. Вызвать главный постпроцессор и загрузить результаты расчёта, последовательно выбрав следующие пункты меню:

M: General Postproc Read Results Last Set .

1. Определить максимальные эквивалентные напряжения:

3.2.1. Последовательно выбрать следующие пункты меню:

M: General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu ;

3.2.2. выбрать пункт Stress (напряжения);

3.2.3. выбрать пункт von Mises stress (в дальнейшем они обозначаются

SEQV);

3.2.4. нажать экранную кнопку OK ;

1. отобразить радиальные (X-component of stress или SX), осевые (SY) и тангенциальные (SZ) напряжения;

2. сравнить результаты численного и аналитического решений и сделать выводы.

1. Выйти из программы.

   1. Выбрать пункт меню T: Quit .

   2. Выбрать пункт save Everything .

   3. Нажать экранную кнопку OK .

2.5. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯ ПО РАСЧЁТУ ЦИЛИНДРА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЕССА

В соответствии с заданным вариантом (табл. 5,6) выполнить домашнее задание в такой последовательности: