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
