CC BY
43
Andrey Kharitonov, master's student (e-mail: andrey.hharitonov@yandex.ru) Vereshchagina Alexandra, Ph. D., associate Professor Novosibirsk state technical University, Novosibirsk, Russia
MODELING OF THE PROCESS OF OBTAINING THE BLANKS IN THE PROGRAM NOVAFLOW & SOLID CV 4.6R4
The article discusses the process of modeling the workpiece housing by injection molding using a special software NovaFlow & Solid CV 4.6r4. Key words: casting, mechanical engineering, defects.
УДК 621.795.75-52
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ РАСЧЕТЕ СВАРНОЙ КОНСТРУКЦИИ СТОЙКИ Юзбашян Г.А., студент, (e-mail: garogaro979@mail.ru) Котельников А.А., к.т.н.
Юго-Западный государственный университет, Курск, Россия (e-mail: kotelnikov.anatoliy@mail.ru)
В статье представлено исследование напряженно - деформированного состояния сварной конструкции стойки. Приведен сравнительный анализ результатов расчета методом сопротивления материалов и методом конечных элементов.
Ключевые слова: метод конечных элементов, допускаемые напряжения, стойка
Расчет на прочность сварных соединений стойки методом сопротивления материалов.
Стойка - стандартный профиль конструктивных элементов из черного проката или дерева, имеющий сечение, близкое по форме к букве «Н». Балка двутаврового профиля в тридцать раз жестче и в семь раз прочнее балки квадратного профиля аналогичной площади сечения, что превосходит прочность швеллера
Технические требования к производству конструкционных стоек указаны в содержании ГОСТ 26020-83. Тавровые (поясные) и стыковые (стыки листов полок и стенок) швы должны выполняться механизированной сваркой (автоматической под флюсом или полуавтоматической в среде защитного газа) с плавным переходом швов к основному металлу.
Сама же стойка состоит из 3 свариваемых между собой под углом 90°С металлических полос.
Стойка выполнена из материала Ст3, рассчитанная масса стойки 320 кг.
25йв
Рисунок 1.- Стойка
Основное требование к сварной конструкции заключается в том, что значения напряжений от реального нагружения должно быть меньше допускаемых напряжений. Однако, не всегда удается воспроизвести во время испытаний реальную нагрузку, особенно эта проблема актуальна для крупногабаритных изделий. В таких случаях необходимо использовать другие методы исследований. Исследование методом конечных элементов (КЭ) позволит смоделировать нагружения, максимально приближенные к реальному, с достаточной точностью вычислить напряжения, в отличие от метода сопротивления материалов, где задается слишком большой запас прочности.
Методом сопротивления материалов рассчитаем 1 конструктивный элемент стойки:
1. Равномерно нагруженную балку
Расчёт методом сопротивления материалов с раскрытием статистически неопределенной системы методом сил показал, что для данной детали (предел текучести для материала стойки ат=220Мпа) предельно допускаемая равномерно распределенная нагрузка q1=7752 Н/м .
Анализируя результаты, полученные при использовании метода сопротивления материалов, делаем вывод, что прикладывать нагрузку большую, той, чем может выдержать стойка нецелесообразно. Таким образом, имеет смысл нагружать сварную конструкцию силами, не превышающими силу Б=80кН
Результаты зависимости возникающих в детали максимальных напряжений от приложенных к верхней балке сил представлены в табл. 1.
Таблица 1 Зависимости максимальных напряжений _от приложенных к верхней балке сил_
Сила, кН 50 70 80
Напряжения, Мпа 36 28,8 25,2
Анализ напряженно - деформированного состояния стойки в UGS NX решателем NX Nastran, в SolidWorks Simulation и в Компас-ЭБ V16(APM FEM).
Для проведения расчета в СДО-модуле программы SolidWorks были созданы трехмерные модели составных частей стойки и трехмерная сборка готового изделия со сварными швами (рис. 2)
х
Рисунок 2 - Трёхмерная модель стойки
В программе Компас -3D У16(полученные решателем APM FEM) при нагружении детали выявили «слабое место» конструкции - участок с максимальным напряжением - прямой внутренний угол под балкой (Рис.3) по нему и будем вести дальнейшие расчёты.
Рисунок 3.- Трёхмерная модель стойки с участками с максимальным и минимальным напряжениями
Сравнительный анализ результатов расчета методом сопротивления материалов и методом конечных элементов.
В результате расчета, постпроцессор выдает эпюру эквивалентных напряжений по элементам /узлам (элементам) по критерию фон Мизеса (4 теория прочности).
Но так как были рассчитаны напряжения детали, которые так же сравнивались с допускаемым пределом текучести материала, то для возможности корректного сопоставления результатов расчётов различными методами и программами, введем такую характеристику, как коэффициент запаса прочности.
(1)
При расчёте методом сопротивления материалов предел текучести ат=220Мпа.
При расчёте в программе UGS NX, использовались встроенные данные о материале, в которых предел текучести для стали принимался равным ат=137,89 Мпа.
При расчёте в программе SolidWorks использовались встроенные данные о материалах, в которых предел текучести для стали принимался равным ат=160,59 Мпа.
Ниже приведены таблицы зависимости значений максимального напряжения от прикладываемой к верхней балке силы. В табл. 2 представлены результаты исследований в программах UGS NX Nastran, в SolidWorks Simulation и в Компас^ V13(APM FEM).
Таблица 2 - Зависимость напряжения от нагружаемой силы
"Сопромат" Компас БоНё'^гкв КАБТЯАК
Б, кН с1, Мпа о2,Мпа о3, Мпа с4, Мпа
40 1073 77,23 53,625 54,061
50 1341 73,23 54,587 51,261
60 1610 62 42,705 43,4
70 1878 56,96 42,211 39,872
80 2100 53 21,19 37,1
Из данных программ, а так же по рассчитанным методом сопротивления материалов величинам находим коэффициент запаса прочности. Результаты представлены в таблице 3 и на диаграмме (рис.4)
Таблица 3 - Зависимость коэффициента запаса прочности от прилагаемой _нагрузки_
"Сопромат" Компас КАБТЯАК
Б, кН п1 П2 п3 П4
40 1,95 2,98 1,86 2,23
50 1,56 2,43 1,46 1,89
60 1,3 1,96 1,28 1,67
70 1,12 1,68 1,044 1,38
80 1 1,52 0,91 1,24
Рисунок 4 - Зависимость коэффициента запаса прочности от прилагаемой
нагрузки стойки
Из полученных зависимостей видно, что наиболее приближены к значениям, полученным методом сопротивления материалов значения, полученные решателем APM FEM (КОМПАС). Так же выяснилось, что при максимальном значении силы, найденной методом сопротивления материалов значение коэффициента запаса прочности меньше единицы, что необходимо учесть при расчете конструкции. ВЫВОД
Совместное использование различных методов расчёта напряженно- деформированного состояния сварных конструкций позволяет рационально спроектировать изделие при минимальном расходе материала с заданным коэффициентом запаса прочности.
Список литературы
1. Котельников А. А., Абышев К.И., Алпеева Е.В. Применение метода конечных элементов в расчетах сварных конструкций: монография/ Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2014. 128 с.
2. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: Учебник для вузов. — 10-е изд., пе-рераб. и доп.—М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1999. — Т.2. — 592с. — (Механика в техническом университете).
3. Алпеева Т. В. Роботизированная сварка многосортаментных трубчатых элементов: монография./Т. В. Алпеева, В. М. Емельянов, А. А. Котельников; Юго-Зап. гос. унт. Курск, 2011 128 с.:ил.50, табл. 2. Библиогр.: с. 117-127.
4. Родионова И. Н., Алпеева Е. В., Котельников А. А. Применение функционально-стоимостного анализа для определения эффективности программ для расчёта сварных конструкций методом конечных элементов./ «Известия Юго-Западного государственного университета». Серия Экономика. Социология. Менеджмент. 2013. №4. С. 111113.
5. Евсигнеева Н. А., Котельников А. А. Применение метода конечных элементов при расчёте сварной конструкции./ «Сварочное производство». 2018. №3. с 45-48.
6. Абышев К. И., Котельников А. А. Применение метода конечных элементов при расчёте сварной конструкции. «Сварочное производство». 2016. №2. с 3-6.
7. Котельников А. А. Компьютерные моделирование в сварочном производстве: Учебное пособие/ А. А. Котельников, К. И. Абышев, Е. В. Алпеева, А. А. Брусенцев; Юго-Зап. гос. ун-т, Курск, 2013. 228 с.: ил.258. Библиогр.:с. 222-223.
8. Котельников А. А. CAD/CAM/CAE системы: учеб. пособие/: Учебное пособие/
A. А. Котельников; Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, ЗАО «Университетская книга», 2014. 336 с.: ил.169. Библиогр.:с. 333-334.
9. Котельников А. А. Компьютерные технологии в сварочном производстве: Учебное пособие/ А. А. Котельников; Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, ЗАО «Университетская книга», 2016. 239 с.: ил.104. Библиогр.:с. 239.
10. Котельников А. А. Системы автоматизированного проектирования в сварке: Учебное пособие/А. А. Котельников, Н.И. Иванов; Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, ЗАО «Университетская книга», 2019. 234 с.: ил.160. Библиогр.:с. 232-233.
11. Котельников А. А. Программное обеспечение машинной графики: Учебное пособие/А. А. Котельников, А. Ю. Головенков, А. С. Натаров, В. Ю. Рюмшин; Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, ЗАО «Университетская книга», 2019. 232 с.: ил.233. Библиогр.:с. 228-231.
12. Компьютерные технологии в сварочном производстве/ Рыжков Ф.Н., Крюков
B.А., Котельников А. А.// Курск, 2000.
13. Котельников А.А., Абышев К.И., Алпеева Е.В., Компьютерное моделирование в
сварочном производстве/ Брусенцев А. А.// Курск, 2013.
14. Роботизированная сварка многосортаментных трубчатых элементов/ Алпеева Т.В., Емельянов В.М., Котельников А.А.// Минобрнауки России, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования "Юго-Западный гос. ун-т". Курск, 2011.
15. Применение метода конечных элементов в расчётах сварных конструкций/ Котельников А. А., Абышев К.И., Алпеева Е.В.// Курск, 2014.
16. Технологическое оборудование и оснастка в составе ртк сборки и сварки крупногабаритных узлов/ Алпеева Т.В., Котельников А.А.// Сварочное производство. 2006. № 4. С. 33-35.
17. Оптимальные параметры диффузионной сварки титановых сплавов различного фазового состава/ Гельман А. А., Колодкин Н.И., Котельников А. А., Башурин А.В.// Автоматическая сварка. 1977. № 4. С. 53-57.
18. Видеосенсорное устройство/ Котельников А. А., Дмитриев С.В.// патент на изобретение RUS 2155653 08.06.1998
19. Применение метода конечных элементов при расчете сварной двутавровой балки/ Котельников А.А., Алпеева Е.В.// В сборнике: Перспективное развитие науки, техники и технологий, материалы 3-й Международной научно-практической конференции: в 3-х томах. Ответственный редактор Горохов А.А.. 2013. С. 168-171.
20. CAD/CAM/CAE системы/ Котельников А.А.// учебное пособие / Курск, 2014.
21. Автоматизация ускоренной технологической подготовки производства пилотных экземпляров продукции в условиях серийного выпуска изделий/ Пономарев В.В., Чевычелов С.А.// Известия Курского государственного технического университета. 2010. № 4 (33). С. 82a-87.
22. Построение модели формообразования длинных валов С РК - профилем сборной дисковой фрезой/ Куц В.В., Пономарев В.В.// Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2017. № 2 (322). С. 110-115.
23. Стратегия автоматизации технологической подготовки производства изделий/ Яцун Е.И., Ремнев А.И., Пономарев В.В., Погонин Д.А.// Компрессорное и энергетическое машиностроение. 2012. № 2. С. 49.
24. Применение современных систем прочностного анализа для исследования напряжённо-деформированного состояния протяжного инструмента/ Сидорова В.В., Пономарев В.В.// В сборнике: Современные материалы, техника и технология, материалы Международной научно-практической конференции. Ответственный редактор Горохов А.А.. 2011. С. 298-304.
25. Применение объектной модели технологического проектирования в современных автоматизированных системах технологической подготовки производства/ Пономарев В.В.// В сборнике: Инновации, качество и сервис в технике и технологиях, Материалы I Международной научно-практической конференции. Ответственный редактор: Яцун Е.И.. Курск, 2009. С. 16-19.
Yuzbashyan Garik Armenakovich, student
Kotelnikov Anatoliy Aleksandrovich, Cand.Tech.Sci., associate рго1^ог
Southwest State University, Kursk, Russia
Calculating welded structures by the finite-element method
Abstract. The article presents the stress-strain state research results of the crushing drum welded construction. A comparative analysis of the calculation results was carried out using the materials resistance method and finite element method. Key words: finite element method, allowable stress, rack.
