Министерство образования Республики Беларусь
Белорусский Национальный Технический Университет
Машиностроительный факультет
Кафедра «Металлорежущие станки и инструменты»
Л.А. Колесников
МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО–ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ДЕТАЛИ В ANSYS/Workbench
Методические указания к лабораторной работе по дисциплинам
«САПР технологического оборудования»,
«Математическое моделирование инструментальных систем»
Для студентов специальности 1-36 01 03
«Технологическое оборудование машиностроительного производства»
Специализации 1-36 01 03 01 «Металлорежущие станки»,
Инструментальное производство»
Минск 2011
СОДЕРЖАНИЕ
| Цель и задачи работы | |
| Введение | |
| Порядок расчета детали под внешним давлением Пример расчета детали под внешним давлением Самостоятельный расчет упора технологического оборудования. |
Цель работы – получить начальные сведения об особенностях конечно-элементного моделировании твердотельных моделей.
Задачи работы – получить навыки по импорту твердотельной модели; изучить способы задания нагрузок и граничных условия с привязкой к геометрии модели; ознакомиться со способами настройки изображения на экране; изучить способы визуализации напряжений в твердотельных моделях.
ВВЕДЕНИЕ
Для расчета изделий сложной формы, со сложными условиями нагружения наиболее часто используют метод конечных элементов (МКЭ или FEM - finite element method). Один из самых распространенных программных пакетов для расчета МКЭ – ANSYS. Этот пакет позволяет решать следующие задачи:
– статического анализа (расчета напряжений и перемещений в конструкции, вызванных постоянными во времени нагрузками);
– динамического анализа (расчет напряжений и перемещений для произвольно задаваемых изменений нагрузки во времени/пространстве;
– расчета собственных частот и форм колебаний тела любой формы;
– расчета конструкций на устойчивость;
– статического и динамического расчета температур при всех видах теплообмена;
– оптимизация конструкции по заданным критериям и многие другие.
Суть метода конечных элементов в том, что тело сложной формы разбивают на множество маленьких элементов простой формы. Элементы между собой соединяются только в узлах.
Затем, вместо того, чтобы решать задачу для тела сложной формы, решают много простых задач для каждого элемента простой формы. Чем на большее число элементов разбита конструкция, тем более точны результаты расчета МКЭ.
Для разбиения применяют следующие типы конечных элементов:
– 3D (объемные). Используются, когда нагрузка приложена во всех трех измерениях. Обычно они имеют форму пирамиды (тетраэдра) или призмы.
– 2D (поверхностные). Их используют, если нагрузки изменяются только по двум координатам, а по третьей координате нагрузка постоянна. Обычно они имеют форму плоских треугольников или четырехугольников.
– 1D (линейные). Делятся на стержни, которые воспринимают нагрузку только вдоль оси и на балки, передающие также изгибающие моменты.
– скалярные элементы: пружины, демпферы и сосредоточенные массы.
Основные этапы решения задачи с использованием МКЭ:
1) создать или импортировать из другого пакета геометрию тела;
2) задать свойства материала тела;
3) задать тип конечных элементов;
4) разбить тело на сетку конечных элементов;
5) задать нагрузки, действующие на тело;
6) задать начальные и граничные условия;
7) произвести расчет;
8) просмотреть результаты расчета.
Порядок расчета ДЕТАЛИ под ВНЕШНИМ давлением
| 1) Внимательно, но быстро прочитать методичку в формате PDF «Быстрый старт» (D:\ МЕТОДИЧКИ\ANSYS); | |
| 2) Запустить ANSYS Workbench, начать новый проект («Empty Project»:»); | 
|
| 3) Импортировать в ANSYS деталь из файла D:\ МЕТОДИЧКИ\ANSYS\LABRAB1.x_t («New Geometry», «File» – «Import External Geometry File …», «Generate»). Начать новый расчет («Project», «New Simulation»); | 
|
| 4) Указать размер конечных элементов 5 мм («Mesh» – «Insert» – «Sizing», «Element Size»=5 мм). Разбить деталь на конечные элементы («Mesh» – «Generate Mesh»); | 
|
| 5) Задать статический расчет («New Analysis» – «Static Structural»); | 
|
| 6) Задать давление, равное 1 МПа по всей внешней поверхности детали («Analysis Settings» – «Insert» – «Pressure», «Magnitude»=1) | 
|
| 7) Жестко, но без трения, закрепить расточки под болты и внутренний поясок, на который деталь садится при сборке («Analysis Settings» – «Insert» – «Frictionless Support»); |  
|
| 8) Задать параметры для просмотра будущих результатов – деформацию детали под нагрузкой и эквивалентные напряжения по Мизесу («Solution» – «Insert», – «Deformation» – «Total»; – «Stress» – «Equivalent (von-Mises)»); | 
|
| 9) Провести статический расчет, визуализировать деформацию и распределение напряжений. |