Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Рехтер Александр Дантонович, ТОО “Альбион”, тел.(0852) 27-45-51 E-mail rad@ymz.yaroslavl.ru

Оптимизация упрощенной конструкции шатуна с помощью ANSYS 5.4

1. ЦЕЛЬ РАСЧЕТА.

Подбор оптимального соотношения размеров упрощенной модели шатуна, обеспечивающих снижение эквивалентных напряжений при минимальном весе конструкции.

2. ОПИСАНИЕ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЙ МОДЕЛИ (КЭМ).

Вследствие симметрии рассматривается только половина конструкции. С точки зрения геометрии модель включает нижнюю и верхнюю головку в виде полуколец, соединенных ребром толщиной T3 и стенкой толщиной T4. Кроме параметров толщин T3 и T4 модель шатуна (см. рис.1) включает еще 6 конструкторских параметров (DS1, DS2, AL11, DAL1, AL21, DAL2), которые в процессе оптимизации варьируются в пределах заданных ограничений.

Моделируется нагружение от действия на шатун газовой силы. Для упрощения принимается, что на нижнюю и верхнюю головку действует равномерное давление в пределах дуги 60. Давления подобраны так чтобы суммарная нагрузка, действующая на верхнюю головку, была равна суммарной силе, действующей на нижнюю головку. Закрепление узлов в направлении оси X обеспечивает условие симметрии. Один из узлов закрепляется в направлении оси Y для компенсации небольшой разницы в суммарных нагрузках, действующих на нижнюю и верхнюю головку.

КЭМ рассчитывает плоско-напряженное состояние модели шатуна. Она состоит из 280 элементов типа PLANE42. Использовалась регулярная схема разбиения. Материал модели сталь с коэффициентом Юнга 20 000 кг/кв.мм и коэффициентом Пуассона – 0,28. Ниже все размеры определены в мм. Давление в кг/кв.мм.

3. ОПИСАНИЕ МЕТОДА ОПТИМИЗАЦИИ.

Основным вопросом оптимизации является ориентация ребра жесткости и толщина перемычки между ребрами Не все методы оптимизации дают одинаково хорошие результаты. В данном случае наилучшие результаты дал метод первого порядка FIRST. В тексте пакетного файла заданы ограничения на параметры конструкции и переменную состояния. В качестве переменной состояния использовалось эквивалентное напряжение, соответствующее критерию Мизеса. Минимизируемой объектной переменной являлся вес конструкции. Расчет проводился с помощью Ansys 5.4/ED.

4. ЭТАПЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ.

Подготовка модели

1. Заголовок задачи.

2. Инициализация параметров для построения геометрии модели.

3. Выбор типа расчета.

4. Выбор типа и параметров элементов.

5. Определение свойств материала.

6. Задание констант.

7. Построение верхней головки шатуна.

8. Построение нижней головки.

9. Построение ребра.

10. Формирование областей.

11. Определение параметров разбиения.

12. Разбиение модели.

13. Закрепление узлов.

14. Приложение давления к нижней головке.

15. Приложение давления к верхней головке

Расчет

1. Решение модели с заданными граничными условиями.

Постпроцессор

1. Определение суммарного объема модели;

2. Определение максимального эквивалентного напряжения.

Оптимизация модели

1. Задание геометрических параметров.

2. Задание переменной состояния.

3. Задание целевой функции.

4. Задание метода оптимизации.

5. Назначение рабочего файла.

6. Запуск процесса оптимизации.

7. Анализ полученных результатов.

Далее в тексте кнопки, клавиши, пункты меню и выбираемые строки в списках Ansys показаны жирным шрифтом, вводимые с клавиатуры величины даны курсивом.

5. ПРОТОКОЛ РЕШЕНИЯ.

Подготовка модели.

1. Заголовок задачи. U_M: File  Change Title

   1. Наберите заголовок «Piston rod optimization.»

   2. ОК

2. Инициализация параметров для построения геометрии модели.

U_M: Parameters  Scalar Parameters

1. В появившемся окне ввести имена и значения переменных (после набора одной переменной – Enter).

DS1=10

DS2=10

T3=30

T4=7

AL11=235

DAL1=10

AL21=105

DAL2=10

Для упрощения последующей записи далее вводятся соотношения.

AL12=AL11+DAL1

AL22=AL21+DAL2

1. Close

1. Выбор типа расчета: M_M: Preprocessor  Loads  New Analysis. Включаем кнопку Static и затем OK.

2. Выбор типа и параметров элементов:

M_M: Preprocessor  Element Type  Add/Edit/Delete.

4.1. Add (добавить новый тип элемента)

4.2. Выберите Quad 4 node 42 (PLANE 42)

4.3. OK

4.4. Options (параметры элемента)

4.5. В списке K3 смените тип анализа с Plane stress на Plane stress w/thk (плосконапряженное состояние с учетом толщины элемента)

4.6. OK

4.7. Нажмите Close в предыдущем окне.

1. Определение свойств материала:

M_M: Preprocessor  Material Props  Isotropic.

5.1. Ввести номер набора свойств материала 1 и нажмите OK

5.2. Задайте модуль Юнга в поле EX 20 000

5.3. Задать коэффициент Пуассона в поле NUXY 0.28. Нажмите OK

1. Задание констант:

M_M: Preprocessor  Real Constant  Add/Edit/Delete.

6.1. Add (добавить набор констант)

6.2. OK (в окне выбора типа элемента). Выберите PLANE 42

6.3. Вводим номер набора свойств 1 и толщину элементов 30 для данного набора

6.4. Apply

6.5. Соответственно вводим номер набора 2 и толщину 30

6.6 Apply

6.7 Вводим номер набора 3 и толщину T3

6.8 Apply

6.9 Вводим номер набора 4 и толщину T4

6.10 OK

6.11 Close

1. Построение верхней головки шатуна:

7.1. Создание точки в центре головки: M_M: Preprocessor  Create  Keypoints  In Active CS

7.2. Ввести в поле NPT номер точки 1, в поле X, Y, Z координаты 0,0,0.

7.3. OK

7.4.Перейти к цилиндрической системе координат с центром в точке 0,0,0:

U_M: Work Plane  Change Active CS to  Global Cylindrical

7.5 Ввод координат опорных точек: M_M: Preprocessor  Create  Keypoints  In Active CS.Последовательно ввести в диалоговом окне номер точки и ее координаты в текущей цилиндрической системе координат. Первая координата – радиус точки, вторая – угол. После каждого ввода нажмите Apply, после последнего ОК.

1. 25,90; Apply

2. 25,180; Apply

3. 25,270; Apply

4. 25+DS1,90; Apply

5. 25+DS1,180; Apply

6. 25+DS1,AL11; Apply

7. 25+DS1,AL12; Apply

8. 25+DS1,270. OK

7.6 Формирование дуг: M_M: Preprocessor  Create  Arcs  By End KPs & Rad Укажите курсором конечные точки дуги и нажмите OK, затем точку центра дуги и ОК, в последнем окне ввести радиус дуги и Apply. Последовательно для каждой дуги укажите:

3,2 (кон. т.) 1 (т. центра) 25 (радиус) 3,4 1 25

6,5 1 25+DS1

6,7 1 25+DS1

7,8 1 25+DS1

8,9 1 25+DS1

OK

7.7 Формирование прямых линий: M_M: Preprocessor  Create  Lines Straight Line. Последовательно для каждой линии укажите курсором начальную и конечную точки.

2 (нач. т.), 5 (кон. т.)

4, 9 OK

1. Построение нижней головки шатуна:

8.1 Перейти к новой цилиндрической системе координат с началом в центре нижней головки: U_M: Work Plane  Local Coordinate Systems  Create Local CS.  At Specified Loc. В окне ANSYS Input ввести координаты начала новой системы в глобальной системе 0,-250,0. OK. В следующем диалоговом окне ввести в поле KCN (номер системы) - 11, а в поле KCS (тип системы) выбрать Cylindrical. OK.

8.2. Устанавливаем новую систему координат текущей: U_M: Work Plane  Change Active CS to  Specified Coord Sys. В поле KCN вводим 11. OK.

8.3. Ввод координат опорных точек: M_M: Preprocessor  Create  Keypoints  In Active CS. Последовательно ввести в диалоговом окне номер точки и ее координаты в текущей цилиндрической системе координат.

Первая координата – радиус точки, вторая – угол. После каждого ввода нажмите Apply, после последнего ОК.

1. 0,0; Apply

2. 45,90; Apply

3. 45,180; Apply

4. 45,270; Apply

5. 45+DS2,90; Apply

6. 45+DS2,AL21; Apply

7. 45+DS2,AL22; Apply

8. 45+DS2,180; Apply

9. 45+DS2,270. OK

8.4 Формирование дуг: M_M: Preprocessor  Create  Arcs  By End KPs & Rad

Укажите курсором конечные точки дуги и нажмите OK, затем точку центра дуги и ОК, в последнем окне ввести радиус дуги и Apply. Последовательно для каждой дуги укажите:

11,12 (кон. т.) 10 (т. ц.) 45 (рад.) Apply

12,13 10 45 Apply

14,15 10 45+DS2 Apply

15,16 10 45+DS2 Apply

16,17 10 45+DS2 Apply

17,18 10 45+DS2 OK

8.5 Формирование прямых линий: M_M: Preprocessor  Create  Lines Straight Line. Последовательно для каждой линии укажите курсором начальную и конечную точки.

11 (нач. т.), 14 (кон. т.)

13, 18 OK

1. Построение ребра:

M_M: Preprocessor  Create  Lines  Straight Line. Последовательно для каждой линии укажите курсором начальную и конечную точки.

7 (нач. т.), 16 (кон. т.)

8, 15

9, 14 OK

1. Формирование областей:

M_M: Preprocessor  Create  Arbitrary  By Lines. Последовательно укажите курсором для каждой области образующие ее линии.

L1, L2, L8, L6, L5, L4, L3, L7 Apply

L9, L10, L16, L14, L13, L12, L11, L15 Apply

L5, L17, L12, L18 Apply

L11, L18, L6, L19 OK.

1. Определение параметров разбиения.

M_M: Preprocessor  Size Cntrls  Picked Lines. Последовательно указывайте на экране по одной линии и затем OK. В следующем диалоговом окне задайте параметры NDIV (число делений) и SPACE (сгущение). Знак минус для SPACE указывает на сгущение к концу линии, плюс – к началу.

L5 NDIV = 3 SPACE = 1 Apply

L6 NDIV = 3 SPACE = 1 Apply

L15 NDIV = 4 SPACE = 1 Apply

L8 NDIV = 4 SPACE = 1 Apply

L18 NDIV = 12 SPACE = 1 Apply

L4 NDIV = 8, SPACE = -2 Apply

L3 NDIV = 8, SPACE = 2 Apply

L13 NDIV = 12, SPACE = 2 Apply

L14 NDIV = 12, SPACE = 2 Apply

L9 NDIV = 18, SPACE = 2 Apply

L10 NDIV = 12, SPACE = 2 OK

1. Разбиение модели.

12.1 Для генерации регулярной элементной сетки разбиваемые области должны включать не более 4 линий. Поскольку (см. п. 10) первая и вторая область включали более 4 линий необходимо провести их слияние (конкатенацию). M_M: Preprocessor  Concatenate  Lines. Последовательно укажите курсором объединяемые линии и нажимайте клавишу Apply, для последней линии ОК. L3, L4, L5, L6 Apply

L1, L2 Apply

L11, L12, L13, L14 Apply

L9, L10 OK.

12.2. Задание признака регулярного разбиения. M_M: Preprocessor  Mesher Opt В диалоговом окне включите переключатель Mapped и нажмите OK. В следующем диалоговом окне выберите из списка 2D Shape строку Quad (четырехугольный элемент) и нажмите OK.

12.3. Задание набора констант для первой области.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов учебной работы