Лекции.ИНФО


Особенности этапов статического анализа



Основная цель статического прочностного анализа конструкций заключается в оценке напряжённого состояния конструкции, находящейся под действием не изменяющихся во времени (статических) силовых воздействий. Эта оценка напряжённого состояния выполняется обычно с целью проверки принятых конструкторских решений на условие прочности. Условие прочности в общем случае формулируется следующим образом:

Напряжения, возникающие в конструкции под действием приложенных к ней внешних сил, должны быть меньше допускаемых напряжений для данного конструкционного материала с учётом поправочного коэффициента запаса Kзап по прочности.

Модуль статического анализа системы конечно-элементного моделирования T-FLEX Анализ предназначен для расчёта статического напряжённого состояния объёмных конструкций в среде T-FLEX CAD. Модуль статического анализа работает непосредственно с трёхмерными моделями T-FLEX CAD и не требует отдельных построений для расчёта специальной трёхмерной модели.

Основными результатами статических расчётов являются:

· поля перемещений конструкции в расчётных точках конечно-элементной сетки;

 

· поля относительных деформаций;

 

· поля компонентов напряжений;

 

· энергия деформаций;

 

· узловые усилия.

 

· поля распределения коэффициента запаса по напряжениям по объёму конструкции;

Этих данных обычно достаточно для прогнозирования поведения конструкции и принятия решений для оптимизации геометрической формы изделия с целью обеспечения основных условий прочности изделий.

Статический анализ модели осуществляется в несколько этапов. Для осуществления статических расчётов необходимо выполнить следующие шаги:

3.1.1. Создание объёмной твердотельной модели изделия. Перед началом работы в системе T-FLEX Анализа пользователь должен подготовить твердотельную трёхмерную модель, которую он будет рассчитывать. Твердотельная модель может быть построена в среде T-FLEX CAD или импортирована из других систем. Статические расчёты могут выполняться над одной или несколькими операциями-телами. Проведение инженерных расчетов требует тщательной отработки геометрии тел. При определенных условиях невозможно построение сетки конечных элементов на представленной модели, что не позволяет выполнить расчеты.

3.1.2. Создание «Задачи». «Задача» создается с помощью команды

«Анализ|Новая Задача|Конечно-элементный анализ».

Для осуществления статического расчёта при создании задачи пользователь указывает её тип – «Статический анализ» в окне свойств команды. Если в сцене присутствует несколько тел, необходимо выбрать одно или несколько соприкасающихся тел, для которых будет создана новая задача.

3.1.3. Задание материала.Одним из обязательных элементов любого расчёта является материал задачи. Материал – это элемент T-FLEX CAD. Он содержит перечень характеристик реального материала, с которым пользователь имеет дело в действительности.

Характеристики материала можно условно разделить на два типа. К характеристикам первого типа относятся характеристики, влияющие на отображение трёхмерных объектов в 3D окне. Характеристики второго типа – это различные физические параметры материала такие, как плотность, модуль упругости, предел прочности на разрыв и т.д. Именно характеристики материала, относящиеся ко второму типу, являются необходимыми при проведении расчётов.

Реакция детали на нагрузки зависит от того, из какого материала она сделана. Программе необходимо знать упругие свойства материала, из которого состоит деталь. Программой поддерживаются изотропные и анизотропные материалы, которые могут быть ортотропными и трансверсально-изотропными.

Изотропные материалы

Они характеризуются тем, что физические свойства материала (коэффициент упругости, коэффициент Пуассона, коэффициенты теплопроводности и линейного расширения) считаются инвариантными к направлению ориентации тела в пространстве, т.е. одинаковыми во всех направлениях. Подавляющее большинство конструкционных материалов, использующихся в машиностроении и приборостроении, обычно рассматриваются как изотропные. По умолчанию свойства материала модели для расчёта задачи наследуются из параметров используемой операции. Однако пользователь должен обязательно проверить свойства материала. Команда "Анализ|Материал" позволяет отредактировать свойства материала, при этом возможно использование данных из библиотеки.

Задание свойств анизотропных материалов

Анизотропные материалы отличаются от изотропных тем, что их физические свойства (упругость, коэффициенты Пуассона, теплопроводность и т.д.) имеют различные значения в зависимости от ориентации физического тела в пространстве. Среди всего многообразия анизотропных конструкционных материалов наибольшее практическое значение имеют т.н. ортотропные и трансверсально-изотропные материалы. T-FLEX Анализ обеспечивает работу с обоими из этих видов анизотропных материалов.

Ортотропный материал – вид анизотропного материала, для которого имеются три взаимно ортогональные плоскости упругой симметрии, относительно которых его характеристики не изменяются. К таким материалам относятся древесина, бумага, фанера, (если пренебречь неоднородностью расположения волокон, т.е. размеры образца достаточно велики) композиты регулярного строения (например, слоистый стеклопластик, тканевой стеклопластик).

Для ортотропных материалов обобщенный закон Гука записывается как:

Из 12 коэффициентов этого уравнения (упругих постоянных) только 9 являются независимыми, т.к. в силу симметрии правой части уравнений обобщенного закона Гука имеют место соотношения:

Модули сдвига не зависят от других упругих констант. Однако для некоторых материалов могут выполняться дополнительные зависимости между модулями сдвига и упругости:

Чтобы задать ортотропный материал необходимо в диалоге «Свойства материала» открываемом кнопкой «Дополнительно…», задать структуру материала: «Ортотропный». После чего появится группа параметров задания ортотропных свойств материала.

В диалоге задаются следующие параметры:

- Модули упругости:

- Коэффициенты Пуассона:

- Модули сдвига:

- Коэффициенты линейного расширения вдоль осей системы координат:

- Коэффициенты теплопроводности вдоль осей системы координат:

Направление осей симметрии определяется системой координат, заданной для каждого тела. В свойствах материала должна быть задана структура материала: «Ортотропный». Один и тот же ортотропный материал может быть задан для нескольких тел, а для каждого тела направления осей симметрии могут быть заданы отдельной системой координат. По умолчанию используется глобальная система координат.

Главные направления упругости (нормали к плоскостям симметрии) будут направлены вдоль осей системы координат, указанной для тела. Чтобы определить систему координат необходимо в контекстном меню данного тела в дереве задачи выбрать пункт «Система координат материала»,после чего указать ЛСК. Выбранная ЛСК заносится в список как базовая и вдоль направления осей будут определяться оси симметрии ортотропного или трансверсального изотропного тел.

Кроме того, если анизотропное тело деформировано или получено протягиванием, можно задать еще закон изменения направления оси Z (для ортотропного и трансверсально-изотропного тел) и дополнительно оси Y (для ортотропного тела).

Для задания закона изменения направления оси Z можно выбрать 3D путь (без указания базовой ЛСК) или несколько рядом идущих путей – в последнем случае направление оси симметрии в каждой точке тела будет определяться по направлению касательной в ближайшей точке одного из путей. В качестве примера можно привести панель, получаемую в результате сборки-склейки нескольких слоев специальной ткани. Поверхность панели является поверхностью сложной кривизны. Так вот, для каждого слоя можно задать свои свойства материала и при анализе эти свойства будут распространяться на слой в соответствии с его криволинейной геометрией.

Для задания закона изменения направления оси Y необходимо выбрать одну или несколько криволинейных или плоских поверхностей (без указания базовой ЛСК). Направление оси Y в каждой точке тела будет определяться по направлению нормали в ближайшей точке одной из поверхностей.

Просмотреть, какая ЛСК связана с данным ортотропным телом можно вызвав соответствующую команду для тела в дереве задач.









Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-22; Просмотров: 161;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная