Лабораторная работа №5

ДИНАМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ (УДАР)

Цель работы: провести анализ конструкции (рис. 15) подвергнутой динамическому воздействию.

Тип анализа	Структурный
Тип используемого конечного элемента	Оболочка (Shell)
Тип граничных условий и воздействий	Жесткое закрепление, динамически прикладываемая равномерно распределенная нагрузка
Возможности	Проведение анализа на произвольное динамическое воздействие, вычисление ускорений

Рис. 15

Порядок выполнения работы:

1. Определяем тип анализа:

MAIN MENU => PREFERENCES…=> STRUCTURAL=> ОК.

2. Выбираем тип используемого элемента, задаём его толщину и определяемся со свойствами материала:

Выбираем тип элемента:

M.M. => PREPROCESSOR => ELEMENT TYPE => ADD/EDIT/DELETE… => STRUCTURAL SHELL ELASTUC 4 NODE 63 => OK => CLOSE.

Определяем толщину:

M.M. => PREPROCESSOR => REAL CONSTANTS => ADD/EDIT/ DELETE… => ADD… ОК, и в пункте SHELL THICKNESS AT NODE I TK(I) задаем толщину пластины равную 0,005 метрам.

Выбираем свойства материала и зададим его характеристики:

M.M. => PREPROCESSOR => MATERIAL PROPS => MATERIAL MODELS. Затем следуя цифрам на рис. 15, выполняем следующие действия:

А. Двойным нажатием мыши на указанные папки выполняем:

S
TRUCTURAL => LINEAR => ELASTIC => ISOTROPIC. В окне LINEAR ISOTROPIC PROPERTIES FOR MATERIAL NUMBER 1 задать: модуль Юнга EX = 2е11 Па и коэффициент Пуассона PRXY = 0,27.

А

1

налогично раскрываем DENSITY и в поле плотность задаем 7800 кг/м³.

Р

2

ис. 16

3. Строим деталь:

А. Пятиугольник:

M.M. => PREPROCESSOR => MODELING –CREATE– => KEYPOINTS => IN ACTIVE CS…, появится окно, в котором: NPT KEYPOINTS NUMER (номер точки) и X, Y, Z LOCATION IN ACTIVE CS (координаты точки). Теперь задаем номер и координаты первой точки: №1, (0; 0; 0) и нажмите APPLY, второй точки: №2, (0.2; 0; 0) и нажимаем APPLY. Вводим точки: №3 с координатами (0.2; 0.2; 0); точки №4 с координатами (0,05; 0,2; 0) и точки №5 с координатами (0; 0.015; 0); набираем данные о пятой точке, вместо APPLY нажимаем ОК. Далее вводим следующее:

M.M. => PREPROCESSOR => MODELING –CREATE– => –AREAS– ARBITRARY => THROUGH KPS и выделяяем полученные точки в порядке возрастания порядкового номера пока не получится замкнутый пятиугольник и нажать ОК.

Б. Уголок:

перемещаем и поворачиваем рабочую систему координат U.M. => WORKPLANE => OFFSET WP TO => KEYPOINTS при этом необходимо указать пятую точку, в нее перемещаем рабочую систему координат, нажимаем ОК; теперь поворачиваем систему координатную сначала вокруг оси OZ, потом вокруг оси OX следующим образом:

U .M. => WORKPLANE => OFFSET WP BY INCREMENTS… (рис. 17), выставляем движок угла поворота на 45° и нажимаем на кнопку поворота оси OZ – против часовой стрелки, потом выставляем угол поворота на 90° и нажмите кнопку поворота вокруг оси OX против часовой стрелки. Нажимаем кнопку ОК. Теперь необходимо сделать модифицированную систему координат активной, для этого:

U.M. => WORKPLANE => CHANGE ACTIVE CS TO => WORKING PLANE.

В. определяем шестую точку с координатами (0.045; 0.05; 0) в новой системе координат и соединяем точку №6 с точками №4 и №5 посредством команды ARBITRARY, как это было сделано ранее в пункте 3А.

6. Разбиваем конструкцию на конечные элементы:

А. Разбиваем полученную конструкцию на конечные элементы:

M.M. => PREPROCESSOR => –MESHING– SIZE CNTRLS => –MANUAL SIZE– –GLOBAL– SIZE и переменной SIZE присваиваем значение 0.05, нажимаем ОК.

Б. Выполняем разбиение на конечные элементы:

M.M. => PREPROCESSOR => –MESHING– MESH => –AREAS– FREE+ => PICK ALL.

7. Проводим расчет на удар:

А. Назначаем тип анализа:
M.M. => SOLUTION => ANALYSIS TYPE– NEW ANALYSIS => TRANSIENT => ОК.

Б. Выбираем условия расчета:

M.M. => SOLUTION => –ANALYSIS TYPE– SOLUTION CONTROL…, и устанавливаем их на закладках (рис. 18):

• на BASIC выставляем в соответствии;

• на TRANSIENT устанавливаем:

– FULL TRANSIENT OPTIONS: TRANSIENT EFFECT => RAMPED LOADING;

– INTEGRATION PARAMETERS: AMPLITUDE DECAY => GAMMA = 0.005;

– DAMPING COEFFICIENT оставляем без изменения. И нажимаем ОК.

В
. Прикладываем к конструкции условия нагружения и закрепления как показано на рис. 19:

– закрепляем конструкцию по указанной линии по всем видам перемещений (ALL DOF):

M.M. => SOLUTION => –LOADS– APPLY => –STRUCTURAL– DISPLACEMENT => ON LINES+ и нажимаем на нужную линию => OK;

– нагружаем конструкцию по выступающему треугольнику:

M

Рис. 18

.M. => SOLUTION => –LOADS– APPLY => PRESSURE => AREA+. В следующем окне в строке APPLY PRES ON AREAS AS A устанавливаем значение NEW TABLE, то есть значения воздействующей силы будут задаваться таблично. Нажимаем ОК, при этом появляется окно, в котором вводим название таблицы, например TRANS, и нажимаем ОК. В окне ADD NEW TABLE LOAD переменной I No. OF ROWS присваиваем значение 2 и нажимаем OK. Далее, в окне представленном на рис. 20 вводим значения, которые указаны на рисунке. Нажимаем FILE => APPLY/QUIT.

Г. Выполняем расчет:

M.M. => SOLUTION => –SOLVE– CURRENT LS => ОК.

6
. Просматриваем результаты расчета:

А . Строим график перемещений по оси X для первого узла:

M.M. => TIMEHIST POSTPRO => DEFINE VARIABLES => ADD => NODAL DOF RESULT => ОК. Выделяем первый узел, указанный на рис. 21, и нажимаем ОК. В окне DEFINE NODAL DATA производим следующие изменения:

• NVAR = 2;

• NODE = 3;

• ITEM, COMP DATA ITEM => DOF SOLUTION => TRANSLATION UX => OK.

Б. Повторяем те же операции и для второго узла, изменив UX на UZ.

В. Выводим график перемещений:

M .M. => TIMEHIST POSTPRO => GRAPH VARIABLES…. В появившемся окне устанавливаем номера переменных (2 и 3). Нажимаем ОК. Появляется график на котором представлены перемещения выбранных узлов.

Г. Для просмотра графика ускорений первого узла нужно дважды продифференцировать его перемещения, то есть переменную 2 по переменной 1:

M.M.=> TIMEHIST POSTPRO => MATH OPERATIONS => DERIVATIVE…, сначала выставляем все как на рисунке 22 а и нажимаем APPLY, потом как на рисунке 22 б и нажимаем ОК. Затем повторяем операцию построения графика:

M.M. => TIMEHIST POSTPRO => GRAPH VARIABLES…, указав переменную №4. Нажимаем ОК.

Рис. 21

Рис. 22 а Рис. 22 б

Содержание отчета: краткие теоретические сведения, подробное описание всех шагов расчета с помощью ANSYS на удар, рисунки состояния детали после приложения нагрузок. Выводы.