SolidWorks Simulation. Расчет прочности обечайки с неравномерным распределением нагрузки

При выполнении статического анализа прочности детали в SolidWorks Simulation, часто требуется задать нагрузку с неравномерным её распределением. У пользователей могут возникнуть вопросы, связанные с использованием для этого цилиндрической системы координат.

Рассмотрим пример. Требуется выполнить статический расчет обечайки на прочность (рис.1).

Рис.1. Обечайка

На участке 1 (показан синим цветом) будем прикладывать нагрузку с неравномерным распределением. Угол приложения нагрузки относительно абсциссы будет изменяться в интервале 0..180 градусов (см. рис.2), а нагрузка будет уменьшаться в интервале 20000…0 кг, с шагом 111 кг.

Рис.2. Приложение нагрузки с неравномерным распределением

Поскольку нагрузка меняется, для выполнения расчетов в SolidWorks Simulation далее потребуется использовать формулу зависимости изменения нагрузки от изменения угла:

P=f(t),                                          [1]

где

P – нагрузка с неравномерным распределением, кг;

t – угол приложения нагрузки, который изменяется в диапазоне 0..180 градусов.

Для получения формулы используем приложение для аппроксимации функций y=f(x) (https://cadregion.ru/produkty/programma-i-komponenta-approksimacii-funkcij-fx-polinomom-metodom-naimenshix-kvadratov.html) (рис.3).

Рис.3. Приложение для аппроксимации табличных данных y=f(x)

Вводим в таблицу данные изменения нагрузки от угла её приложения, вводим степень полинома и получаем коэффициенты нашей формулы:

P=20000-111*t                                                         [2]

Загружаем SolidWorks, открываем нашу обечайку и выполняем следующее:

1. Назначаем материал обечайки, если ранее он был не определен (рис.4):

Рис. 4. Назначение материала обечайки

2. В центр обечайки вставим справочную систему координат (рис.5):

Рис.5. Справочная система координат

3. В пункте меню «Simulation\Исследование…» выбираем «статическое». В результате появится дерево исследования (рис.6).

Рис.6. Дерево исследования

4. Наводим на пункт «Крепления» в дереве исследования и нажимаем правую кнопку мыши, вызывая контекстное меню, относящееся к выбранному пункту. Выбираем «Зафиксированная геометрия» и указываем на обечайке центральное отверстие (рис.7). Крепления отобразятся зелеными стрелками, направления которых указывают, что перемещения запрещены.

Рис.7. Закрепление обечайки

5. В дереве исследования наводим указатель мыши на пункт «Внешние нагрузки», нажимаем правую кнопку мыши и вызываем контекстное меню, выбираем пункт «Сила…». Указываем грань приложения нагрузки и её начальное значение 20000 кг (рис.8).

Рис.8 Указание грани приложения нагрузки

6. Ниже, в дереве исследования, отмечаем галочкой пункт «Неравномерное распределение», появятся дополнительные параметры (рис.9). Отмечаем систему координат, созданную в п.8, указываем на цилиндрическую систему координат в дереве исследования, выбираем единицы измерения (миллиметры и градусы) и нажимаем на кнопку «Редактировать уравнение». Вводим созданное нами уравнение неравномерного распределения силы, в качестве переменной угла берем параметр «t», который предлагается нам SolidWorks, как одним из осей цилиндрической системы координат. Вводим только правую часть уравнения: F(r,t,z)=20000-111*”t”,  “t” —  обязательно нужно указывать в кавычках.

Рис.9 Задание силы с неравномерным распределением

7. Выбираем в дереве исследования пункт «Сетка», нажимаем правую кнопку мыши, вызываем контекстное меню, относящееся к созданию сетки. Получаем сетку конечных элементов (рис.10).

Рис. 10. Сетка конечных элементов обечайки

8. Наводим указатель мыши на первый элемент (заголовок) в дереве исследования, вызываем контекстное меню и выбираем пункт «Выполнить». В дереве исследования добавятся пункты, связанные с расчетами: «Напряжение1», «Перемещение1», «Деформация1». Деформации обечайки, которое мы увидим, представлены в очень увеличенном масштабе. Шкала деформации 1820,36 говорит об увеличении деформируемых участков в 1829,36 раз (рис.11).

Рис. 11. Увеличение деформации

9. Настройка графика.

Справа от обечайки располагается цветовая шкала. Наводим указатель мыши на шкалу, нажимаем правую кнопку мыши и в контекстном меню выбираем пункт «Редактировать определение» (рис.12).

Рис.12. Настройка параметров графика

Выберем единицы измерения N/mm^2 (MPa) и точную шкалу, перейдем на закладку «Параметры графика» и поставим галочки в пунктах «Отобразить мин примечание» и «Отобразить максимальное примечание», на обечайке отобразятся точки с максимальным и минимальным напряжениями.

Рис.13. Настройка параметров графика (продолжение)

В результате настроек параметров графика получим следующий вид (рис.14):

Рис.14. Изменение изображения обечайки в результате изменения параметров графика

Следует отметить, что запас прочности детали – это отношение предела текучести (отображается внизу цветовой диаграммы) к максимальному напряжению (показана на обечайке точка Макс).

Видео примера расчетов на прочность с неравномерным распределением нагрузки

Александр Малыгин

Объект обсуждения - программное обеспечение для выполнения автоматизированного конструкторского и технологического проектирования, разработки управляющих программ, вопросы, связанные с разработкой прикладных САПР.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *