Диплом (1222895), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

MU" + СU' + КU = F (t),

где М, С, К - матрицы соответственно масс, сопротивлений, жесткостей; U", U', U - векторы соответственно узловых ускорений, узловых скоростей, узловых перемещений; F - вектор нагрузок; t –время[18].

Искомые переменные системы уравнений - это элементы век­тора узловых перемещений U, которые в любой момент времени должны удовлетворять условиям равновесия системы при нали­чии сил инерции и рассеяния энергии. Решение этой системы урав­нений выполняется либо прямым методом Ньюмарка, либо мето­дом суперпозиции форм колебаний. К такому типу анализа отно­сятся: динамика переходных процессов, модальный анализ, отклик на гармоническое воздействие, спектральный анализ и отклик на случайную вибрацию.

Если действие сил инерции или процессы рассеяния энергии пренебрежимо малы и не оказывают существенного влияния на поведение изделия, то задача может быть сформулирована в виде статического прочностного анализа. Такой тип анализа наиболее часто используется, например, для определения концентрации на­пряжений в галтелях конструктивных элементов или для расчета температурных напряжений, для определения перемещений, на­пряжений, деформаций и усилий, которые возникают в изделии в результате приложения механических сил.

Уравнение статического анализа записывается в виде

KU = F

где К- матрица жесткостей; U - вектор перемещений; F - вектор сил.

Компоненты вектора сил: сосредоточенные силы, тепловые на­грузки, давления и силы инерции. В процессе анализа можно учи­тывать такие нелинейные свойства, как пластичность и ползучесть материала, большие прогибы, большие деформации и контактное взаимодействие при условии, что нагрузки возрастают постепенно.

В каждой программе, реализующей конечно-элементный анализ, описывается совокупность используемых элементов. Чем шире набор и функциональные свойства элементов, тем большими воз­можностями обладает тот или иной программный комплекс.

Конечные элементы обычно группируются по их назначению:

• элементы стационарного и нестационарного теплообмена;

• элементы для моделирования вязкоупругих и вязко пластичных материалов;

• элементы сплошной среды для анализа движения потоков жидкости и газа, решения задач гидраэромеханики, акустики и течения сред в каналах;

• элементы для расчета статических и динамических напряже­ний;

• элементы для анализов, включающих как тепловые, так и элек­трические эффекты;

• элементы для анализа произвольно меняющихся во времени магнитных полей;

• элементы связанной задачи для расчетов, в которых учитыва­ется взаимовлияние результатов двух или более видов анализа;

• элементы для моделирования нелинейного контакта;

• элементы комбинированные, матричные, поверхностные.

Конечные элементы предназначены для формализации задач в двумерной или трехмерной постановке. Графическими примитивами элементов являются «узел», «связь», «грань».

Элементы могут быть линейными или нелинейными. Нелинейные элементы по­зволяют получать более достоверные результаты.

Конечно-элементный анализ состоит из трех основных этапов: начальной подготовки, получения решений и обработки результатов моделирования.

Среди задач, которые инженер решает на первом этапе, можно выделить создание модели изделия, создание сеточной модели, контроль качества сеточной модели и ее модификацию, определе­ние данных и ограничений и др.

В инженерном анализе различают три типа моделей: геометрическую, расчетную и сеточную. Геометрическая модель обычно представляет собой модель машиностроительного изделия в целом или его детали. Расчетная модель - это упрощен­ная геометрическая модель, которая используется для анализа. Нередко эта модель является составной частью самого анализа. Уп­рощение или идеализация геометрической модели достигается пу­тем удаления тех ее элементов, которые несущественно влияют на результаты анализа. Сеточная модель представляет собой совокуп­ность узлов и элементов, которая натягивается на расчетную мо­дель (Рисунок 29). Как уже отмечалось, геометрическая и расчетная модели обычно создаются на этапе конструирования средствами твердотельного и поверхностного моделирования.

Рисунок 29 – переход от геометрической модели к сеточным моделям.

В универсальных программах анализа заложены широкие возмож­ности оценки качества сеточных моделей и широкий спектр мето­дов их модификаций. Качество сетки можно оценить, как визуаль­но в интерактивном, так и в пакетном режиме. В процессе визуаль­ного контроля есть возможность отображать на экране монитора

• любой тип модели (геометрическую, расчетную или сеточную);

• нумерацию узлов и элементов;

• пограничные узлы или связи;

• ориентацию 2D-элементов или наружных ребер ЗD-элементов;

• целиком сеточную модель, ее элементы, связи и узлы.

Исходные данные ана­лиза, введенные на этапе предварительной подготовки, становятся частью базы данных пакета. Содержанием базы данных являются множества типов элементов, свойств материала, параметров узлов, нагрузок и др., которые соответствующим образом группируются и этим группам присваиваются идентификаторы. Выбор необходимых данных осуществляется либо путем указания графических примитивов расчетной модели на экране монитора, либо используя идентификаторы групп конечных элементов, ви­дов материалов, узлов и элементов и др.

Результаты решателя в виде нескольких таблиц могут быть за­писаны в текстовый или бинарный- файлы, не пригодные для чте­ния. Поэтому существуют следующие возможности представления результатов.

• Области напряжений, деформаций, температур и т.д. отобра­жаются функциями визуализации в виде геометрии или сетки.

• Функции выделения, рекомбинации и сортировки параметров позволяют найти предельные значения полей напряжений, дефор­маций или температур.

• Иногда инженера могут заинтересовать те значения, которые не вошли как результаты решателя в файл отчета и которые могут быть выведены из него в результате математических манипуляций. Им могут быть назначены дополнительные расчеты.

3.2 Инженерный анализ построенной системы удаления стружки и пыли

Инженерный анализ был проведён с помощью интегрированного модуля SolidWorks Flow Simulation.

SolidWorks Flow Simulation - моделирование течения жидкостей и газов, управление расчётной сеткой, использование типовых физических моделей жидкостей и газов, комплексный тепловой расчёт, газо/гидродинамические и тепловые модели технических устройств, нединамический и нестационарный анализ, расчёт вращающихся объектов, экспорт результатов в SolidWorks Simulation[13].

Для выполнения инженерного анализа расчёта движения воздуха внутри модели, необходимо создать вспомогательные элементы в сборке, отдельными деталями. В отверстие 15 мм для подключения компрессора, ставим заглушку толщиной 5 мм, которая будет имитировать вентилятор, подающий поток воздуха. На отверстие 75 мм, для подключения промышленного пылесоса, так же ставим заглушку толщиной 5 мм, имитирующую вентилятора, для оттока воздуха. В отверстии для крепления шпинделя, моделируем цилиндр, выходящий крепления в одну сторону на и в другую сторону на. Так же создаём на концах щётки параллелепипед толщиной 5 мм, имитирующий соприкосновение с обрабатываемой плоскостью. Щётки исключаем из расчётов и создаём на их месте глухие стенки. Результат подготовительных работ к процессу инженерного анализа показан на рисунке 30.

Рисунок 30 – изометрический вид системы удаления стружки и пыли, подготовленный для инженерного анализа расчёта движения воздуха внутри устройства.

Для осуществления инженерного анализа, нужно подгрузить модуль, для этого переходим во вкладку Добавления SolidWorks, и выбираем модуль SolidWorks Flow Simulation на диспетчере команд. Переходим в появившуюся вкладку Flow Simulation.

Нажимаем на диспетчере команд инструмент мастер проекта и в появившемся окне задаём последовательно параметры создаваемого инженерного анализа. В первом окне называем новый анализ движение воздуха в системе удаления стружки и пыли, нажимаем далее. Во втором окошке выбираем систему единиц измерения SI и меняем интересующий параметр и нажимаем далее. В постановке задачи выбираем внутренняя и ставим галочку исключить плоскости без условий течения. Физическую модель ставим теплопроводность в твёрдых телах и нажимаем далее. Текучую среду выбираем AIR из раздела газы, и нажимаем далее. Затем нажимаем, далее не меняя параметров до завершения работы мастера проекта. Нажимаем правой кнопкой мышки на расчётную область, из контекстного меню выбираем изменить область, и делаем её немного больше всего устройства. Ещё раз на расчётной области нажимаем правой кнопкой мышки и выбираем скрыть. Задаём материал заглушкам, изоляция. Ставит три граничных условия: первое, скорость на входе выбираем плоскость заглушки 15 мм, внутри устройства ставим параметр 600 мм/сек. Второе, скорость на выходе выбираем плоскость заглушки 75 мм с внутренней стороны изделия, параметр задаём 1200 мм/сек. Третье граничное условие нужно задать давление окружающей среды на цилиндрической плоскости отверстия 75 мм, с нормальными условиями. Затем задаём глобальную цель, расчёт средней скорости. Сделав некоторые элементы прозрачными, видно все применённые условия на рисунке 31.

Рисунок 31 – заданные параметры для расчёта инженерного анализа.

Запустив расчёт движения воздуха внутри системы, компьютер обрабатывает входные данные с учётом геометрии модели и граничных условий. После выполнения расчёта в графической области не будет каких-либо изменений. Что бы увидеть результат нужно перейти в результаты и добавить траектории потока, для большей наглядности ставим траектории стрелками, ширину принимаем равной 0,0015 м., раскрасить по скорости, и выбираем цилиндрическую поверхность в отверстии 15 мм. После подтверждения выбора, происходит расчёт движения воздуха. И становить наглядно видно скорости движения внутри системы на рисунке 32.

Рисунок 32 – графическое отображение скоростей потока внутри системы.

Так же программа в автоматическом режиме создала полный отчет проделанного инженерного анализа расчёта движения воздушного потока внутри систему удаления стружки и пыли. Представление размеры базовой сетки сетки таблица 1 и расчёт количества ячеек таблица 2

Таблица 1 - Размеры базовой сетки

Таблица 2 - Число ячеек

Так же представлена таблица 3 максимальных и минимальных значений.

Таблица 3 - Min/Max значений

Характеристики

Список файлов ВКР