CC BY
5
ров управления движением дозатора не приводит к его выходу из устойчивого равновесного состояния. Это, в свою очередь, снижает вероятность самопроизвольного перехода звеньев в другие положения и появления длительных колебаний.
Список литературы
1. Федорова Л.А., Софьин А.П., Горшков Л.К., Уханов И.Г. Оценивание устойчивости корневого звена манипулятора при действии на него осевой нагрузки // Труды МАИ. 2022. №124. [Электронный ресурс] URL: http:/trudymai.ru/published.php?ID=166900&mobile=Y (дата обращения: 11.04.2023).
2. Нурахметов Б.К., Сартаев К.З., Мырзагельдиева Ж.М., Жумашева Ж.Т. Кинематика, устойчивость и динамика пространственного упруго-деформируемого механизма // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2017. №5 (371). С. 189 - 195.
3. Блехман И.И. Загадки теории динамических систем: на границе механики // Вестник научно-технического развития. 2008. №3 (7). С. 2 - 8.
4. Ляпунов А.М. Избранные труды. М.: АН СССР, 1948. 542 с.
5. Четаев Н.Г. Устойчивость движения. М.: Наука, 1990. 176 с.
6. Лагранж Ж. Аналитическая механика. Т. 2. / перевод с франц. М.: Гос. из-во технико-теоретической лит., 1950. 594 с.
7. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний. 3-е изд. М.: Наука, 1991. 256 с.
Федорова Людмила Анатольевна, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского,
Софьин Алексей Петрович, канд. техн. наук, доцент, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского,
Кукушкин Игорь Олегович, канд. техн. наук, доцент, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского,
Арсеньев Олег Николаевич, канд. техн. наук, доцент, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского
MULTI-POSITION PENDULUM-TYPE DEVICES IN HOPPER SYSTEMS FOR FEEDING BULK SOLIDS L.A. Fedorova, A.P. Sofin, I.O. Kukushkin, O.N. Arsenev
The issues related to assessment of stability of shut-off organs in the composition of devices used for feeding powdery substances from storage hopper or devices for similar purpose are considered. Represented methodology gives possibility for determination of stable equilibrium positions of locking organs. Materials can be used for design stage of similar devices.
Key words: stability, shutter, device, flap, energy, design.
Fedorova Lyudmila Anatolyevna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaysky,
Sofin Aleksey Petrovich, candidate of technical sciences, docent, Russia, Saint-Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaysky,
Kukushkin Igor Olegovich, candidate of technical sciences, docent, Russia, Saint-Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaysky,
Arsenev Oleg Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, Russia, Saint-Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaysky
УДК 621.642.39
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-7-439-440
ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНТЕЙНЕРА С ИЗБЫТОЧНЫМ ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ
С.А. Ефанов, С.И. Борискин, В.Н. Кечемайкин, М.В. Чугунов
В данной статье рассмотрен спроектированный контейнер, испытывающий избыточное внутреннее давление. В качестве метода анализа используется метод конечных элементов, а в качестве среды моделирования SOLIDWORKS Simulation. По результатам проделанного анализа была построена экспериментальная модель.
Ключевые слова: 3D моделирование, конечно элементный анализ, напряженно - деформированное состояние, сварная конструкция, SOLIDWORKS Simulation.
По заданию нужно было спроектировать контейнер, испытывающий избыточное внутреннее давление в 1,25 атмосферы, с вертикальной загрузкой для помещения продукции цилиндрической формы с размерами диаметр - 1600 мм и высотой - 1180 мм. Контейнер заполняется на 85% горячей водой и с возможностью извлечения крупно габаритной продукции без слива воды, с плоской прямоугольной крышкой. 3D модель которого представлена на рис.1.
Рис. 1. 3Б модель контейнера: 1-корпус контейнера, 2-крышка контейнера, 3-пальцы контейнера
Для проектирования корпуса контейнера на рис. 1 обозначенная цифрой 1 - в качестве несущей конструкции используем двутавр стальной горячекатаный 100 ГОСТ 8239-2015, в качестве внутренней обшивки и обечаек используем прокат листовой горячекатаный - лист 10 ГОСТ19903-2015.
Для проектирования крышки контейнера на рис.1 обозначенная цифрой 2 - в качестве наружной несущей конструкции используем трубу прямоугольную 100x50x7 ГОСТ 8645-2015, в качестве перемычек используем двутавр стальной горячекатаный 100 ГОСТ 8239-2015, в качестве внутренней обшивки используем прокат листовой горячекатаный - лист 10 Г0СТ19903-2015. Для наружной обшивки крышки используем прокат листовой горячекатаный - лист 1 Г0СТ19903-2015.
Для проектирования пальца контейнера на рис.1 обозначенная цифрой 3 использовали прокат сортовой стальной горячекатаный круглый ГОСТ 2590-2006.
Во избежание травления избыточного давления между корпусом и крышкой контейнера ставится термостойкий силиконовый уплотнитель.
Контейнер заполняется водой на 80-85%.
Для проведения анализа контейнера необходимо составить расчетную схему. В качестве критерия работоспособности контейнера является перемещение крышки относительно корпуса на максимальное значение в 1 мм, при таких параметрах травление воздуха не происходит (т.е. силиконовый уплотнитель выдерживает это давление) и максимальное напряжение должно быть меньше предела текучести 220,594 МПа.
Контейнер был спроектирован в системе SoHdWorks в виде балочно-оболочечной модели. [1,4,5].
На 3D модель контейнера прикладывали ограничения и нагрузки.
В качестве ограничения [2,3]:
- ограничение на перемещение во всех направлениях (зафиксированное) прикладываем на нижние опоры корпуса контейнера;
- ограничение на перемещение крышки в направлении перпендикулярно верхней плиты корпуса, это ограничение прикладывалось на переднюю поверхность крышки (предполагая замок в середине крышки);
- прикладывались 6 пар контактов между корпусом - пальцем и пальцем - крышкой.
В качестве нагрузки:
- прикладывали силу тяжести;
- прикладывали избыточное давление на внутреннюю поверхность корпуса и крышки, которое составляет
1,25 Бар;
- прикладывали давление получаемое от воды, которое составляет 10000 Мм2 .
Полученная модель с приложенными нагрузками и ограничениями представлена на рис. 2.
Рис. 2. Модель с приложенными ограничениями и нагрузками
Данная задача решалась в модуле SOLIDWORKS Simulation. Результаты показаны на рис. 3 Расчет показал, что максимальные напряжения составили 267,957 МПа (петли контейнера), а максимальные перемещения на правом торце несущей конструкции крышки составило 4,829 мм. Для балочной модели напряжения составило 296,415 МПа. При данной постановке задачи ни по пределу текучести (который должен составляет менее 220,594 МПа), ни по перемещению (не должны превышать 1мм) контейнер не обеспечивает условия его работоспособности.
Для того что бы контейнер выполнял свои функции проведем расчет [6,7], при котором ограничения (замки запирания) поставим в центр по боковым поверхностям крышки. Остальные нагрузки и ограничения остаются неизменными. Результаты показаны на рис. 4.
Эпюра балочных напряжений Рис. 3. Результатыг расчета
Эпюра напряжений по Мизесу Эпюра перемещений
Эпюра балочных напряжений Рис. 4. Результатыг расчета
Расчеты показали, что максимальные напряжения составили 201,906 МПа (место запирания), а максимальные перемещения на переднем торце несущей конструкции крышки составило 8,515 мм. Для балочной модели напряжения составило 316,582 МПа. При данной постановке напряжение по Мизесу удовлетворяет условию прочности, а перемещение и напряжение в балках нет.
Произведем расчет, при котором ограничения поставим по боковым поверхностям ближе к переднему торцу крышки. Остальные нагрузки и ограничения остаются неизменными, результаты показаны на рис. 5.
Эпюра балочных напряжений Рис. 5. Результаты расчета
Результат показал, что напряжения по Мизесу 152,238МПа и напряжения в балках 175,124 МПа соответствуют условию прочности, а перемещения 1,758 мм на переднем торце крышки выходят за пределы максимального.
Выполним расчет, при котором ограничения (запирание крышки) наложим на передний центр крышки, а так же по центру боковым торцам крышки, оставшиеся нагрузки и ограничения остаются неизменными, результаты показаны на рис. 6.
Эпюра балочных напряжений Рис. 6. Результаты расчета
442
Проведенный расчет показал - для обеспечения надежности удержания избыточного давления 1,25 Бар во внутренней поверхности контейнера необходимо крышку запирать в тех местах.
Для проверки расчетов был изготовлен экспериментальный образец исследуемого контейнера, который представлен на рис. 7.
Рис. 7. Экспериментальный контейнер
Исследования, проведенные на изготовленном контейнере, полностью подтвердили расчетные данные.
Список литературы
1. Маклаков С.Ф., Мишин В.А. Прочностной анализ подкрепленный оболочки с использованием ANSYS. Ростовский государственный университет путей сообщения. 2019. С.223-227.
2. Харитонин А.В., Борискин С.И. Анализ прочности детали «Вал раздаточной коробки» Тенденции развития науки и образования. 2020. №67-2. С.52-55.
3. Ефанов С.А., Борискин С.И., Гнутов С.А. Анализ и оптимизация "Поворотного кулака" как детали машины Bravoego // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 10. С. 651658.
4. Чугунов М.В. Анализ статической прочности и жёсткости несущих элементов конструкции электромобиля BravoEgo / Чугунов М.В., Кечемайкин В.Н. , Панин М.В., Полунина И.Н., Махров Г.А. // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ». 2016. Т. 8 . No 3. [Электронный ресурс] URL: http://naukovedenie.ru/PDF/134TVN316.pdf (дата обращения: 08.06.2023).
5. Сидорова А.А., Борискин С.И., Ефанов С.А., Кечемайкин В.Н., Чугунов М.В. Анализ резервуара с избыточным внутренним давлением. Тенденции развития науки и образования. 2022. №81-1. С. 87-90.
6. Сутягин И.А., Соболев А.В. Анализ длительной статической прочности элементов ЯЭУ методом конечных элементов. Инновационные ядерные реакторы малой и сверхмалой мощности. II международная конференция молодых ученых, специалистов, аспирантов, студентов: тезисы докладов. Государственная корпорация «Роса-том». «МИФИ». 2017. С. 22-23.
7. Абросимов В.Г., Бессмертный Д.Э., Пыркова А.И., Лукин А.И., Ремизов С.С. Статическая прочность крупногабаритных сварных сосудов. Речной транспорт (XXI век). 2013. С. 76-77.
Ефанов Сергей Александрович, канд. техн. наук, доцент, efanovsal @mail.ru, Россия, Республика Мордовия, Рузаевка, Рузаевский институт машиностроения МГУ им. Н.П. Огарёва,
Борискин Сергей Иванович, старший преподаватель, [email protected]. Россия, Республика Мордовия, Рузаевка, Рузаевский институт машиностроения МГУ им. Н.П. Огарёва,
Кечемайкин Владимир Николаевич, канд. эконом. наук, [email protected], Россия, Республика Мордовия, Рузаевка, Рузаевский институт машиностроения МГУ им. Н.П. Огарёва,
Чугунов Михаил Владимирович, канд. техн. наук, [email protected], Россия, Республика Мордовия, Рузаевка, Рузаевский институт машиностроения МГУ им. Н.П. Огарёва
DESIGNING A CONTAINER WITH EXCESSIVE INTERNAL PRESSURE S.A. Efanov, S.I. Boriskin, V.N. Kechemaikin, M. V. Chugunov
This article discusses a designed container experiencing excessive internal pressure. The finite element method is used as the analysis method, and SOLIDWORKS Simulation is used as the modeling environment. Based on the results of the analysis, an experimental model was built.
Key words: 3D modeling, finite element analysis, stress-strain state, welded structure, SOLIDWORKS Simulation.
Efanov Sergey Alexandrovich, candidate of technical sciences, efanovsal @mail. ru, Russia, Ruzayevka, Ruzayevka Institute of Engineering, National Research Mordovia State University of N.P. Ogaryov,
Sergey Ivanovich Boriskin, senior teacher, [email protected], Russia, Ruzayevka, Ruzayevka Institute of Engineering, National Research Mordovia State University of N.P. Ogaryov,
443
Kechemaikin Vladimir Nikolaevich, candidate economic sciences, [email protected]. Russia, Ruzayevka, Ruza-yevka Institute of Engineering, National Research Mordovia State University of N.P. Ogaryov,
Chugunov Mikhail Vladimirovich, candidate of technical sciences, [email protected], Russia, Ruzayevka, Ruzayevka Institute of Engineering, National Research Mordovia State University of N.P. Ogaryov
УДК. 621.8.036
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-7-444-445
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПО ВЕЛИЧИНАМ ДИССИПАЦИЙ В УСЛОВИЯХ УПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ МАЛОЦИКЛОВОМ НАГРУЖЕНИИ
Г.В. Селиверстов, А.А. Кардаманова, А.А. Лебедева
В статье рассмотрена возможность оценки диссипации малоуглеродистых сталей в условиях малоциклового нагружения. С помощью тепловизионного оборудования возможна фиксация изменения температурных полей в нагруженной части металлоконструкции. Это позволяет оценить значение действующих напряжений, не прибегая к методу тензометрирования.
Ключевые слова: тензометрирование, диссипация, деформация, изменение температуры.
Современное состояние методов и средств диагностирования ответственных элементов металлоконструкции машин подразумевает не только оценку их текущего состояния, но и прогноз его изменения в течении расчетного временного интервала [1,2]. Одним из важных моментов для объективной оценки изменения технического состояния во времени является знание действующих нагрузок в отдельных точках диагностируемого элемента. Кроме того в ряде случаев необходимо знать не только действующие напряжения но и возникающие деформации в элементе в целом или в отдельной его области. Если обратиться к линейной теории упругости, то можно математически описать связь между напряжениями и деформациями. Напряженное состояние определяется компонентами тензора напряжений, а деформации - компонентами тензора деформации [3].
Т =
о
^п т т ^
Lxy Lxz Т yx П y Т yz
О z
у Т zx Т zy О z у
три нормальных напряжения по соответствующим осям, МПа; т = т
где о , о - - .
x y z *xy " yx
шесть касательных напряжений, МПа, симметричных относительно главной диагонали.
С 11 >
8 —Y —Y
x 2 1 xy 2 x
т = т
yz zy
T8 =
11
—Y 8 —y
2 1 yx y 2 yz
1
где S
1
-у —у 8
гч * гх * гу г
V22
£ , £ - относительные удлинения ребер (деформации первого рода); определяющие изменение объема; У г
У , У ,У , У ,У , У ' ' xy ' xz ' yx ' yz ' zx ' zy
- относительные сдвиги (деформации второго рода).
8 x = E x " V y + О z &
8y = E[оy " V (оz +Оx&
r= E[оz "V((
О x + О
&
Y xy
Y yz
Y zx
xy
G
т yz
G
G
где Е - модуль упругости первого рода, МПа, V - модуль поперечной деформации, G - модуль упругости второго рода, МПа.
Решение данной системы уравнений подразумевает знание или напряжений или деформаций, что в ряде реальных конструкций является практически невозможным. В этом случае необходимо точное знание напряжений или деформации, которые можно получить либо методами конечного моделирования, либо экспериментальными методами[4]. Конечно-элементное моделирование достаточно широко представлено в современных пакетах САПР, например: SolidWorks, АРМ WinMachine, ANSYS. Однако на точность результатов очень сильно влияет квалификация специалиста выполняющего расчет. Разбитие модели на конечные элементы является достаточно сложной задачей, так как области с концентрацией напряжений могут быть достаточно малы[5,6]. В свою очередь, экспериментальные способы в основном, используют методы делительных сеток (для оценки деформации) и тензометрирования (для оценки напряженного состояния).
т = т
zx xz
8
