CC BY
9
1. Материалы контрольных испытаний дреноукладчика МД-12 и экскаватора ЭТЦ-202Б на территории совхоза «Доб-ринский» Гурьевского района Калининградской области. - Калининград: Зап-гипроводхоз, 1988. - Т. 2. Продольные профили дрен.
2. Луговский В. В. Динамика моря. -Л.: Изд-во «Судостроение», 1976. - 199 с.
3. Бендат Дж., Пирсол А. Применения корреляционного и спектрального анализа. - М.: Мир, 1983. - 312 с.
Материал поступил в редакцию 13.12.10. Ревин Юрий Григорьевич, кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Мелиоративные и строительные машины» Тел. 8 (499) 976-21-15, 8-916-190-20-19 E-mail: jrevin@km.ru
УДК 631.3.004.67-631.145 Н. Б. ОРЛОВ
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»
Е. А. ПУЧИН
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина»
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАДАЧ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ МАШИН
С помощью программы можно рассчитать произвольную трехмерную конструкцию, состоящую из стержней произвольного поперечного сечения, пластин и оболочек при произвольном нагружении и закреплении. При этом соединение элементов в узлах может быть как жестким, так и шарнирным.
Метод конечных элементов, расчет трехмерной конструкции, напряженно-деформированное состояние, конечно-элементная модель.
It is possible by means of the software to estimate an arbitrary three - dimensional structure consisting of arbitrary transverse section rods, plates and shells under arbitrary loading and fixing. Here the connection of details in units can be both rigid and hinging.
Finite-element method, estimation of a three-dimensional structure, mode of deformation, finite-element model.
В настоящее время существует ряд пакетов прикладных программ, в которых сопряжены метод конечных элементов и некоторые методы САПР [1]. Общими их разделами являются документы ввода, библиотеки конечных элементов и документы вывода. Один из самых значимых документов — это ввод модели, так как создание модели не программируется. Изыскание оптимальной модели является предметом Рис. 1. Конечно-элементная модель несущей научного поиска (рис. 1). конструкции зерноуборочного комбайна
Вычислительные комплексы, содержащие пакет прикладных программ расчета динамики и прочности механических систем, обеспечивают расчет напряжений и деформаций в пространственных конструкциях и деталях, представляемых в виде систем, состоящих из стержней, пластин, объемных элементов, элементов, рассматриваемых как твердое тело, гибких нитей и различных связей при статическом и динамическом характере приложения внешних нагрузок [2].
Вычислительные комплексы обеспечивают решение следующих задач:
расчет деформационных перемещений в конструкциях;
расчет усилий и напряжений в стержнях, пластинах, оболочках и объемных элементах (при этом обеспечивается расчет как компонентов, так и эквивалентных напряжений), коэффициентов запаса по напряжениям;
просмотр и вывод на печать отредактированных исходных данных и результатов счета;
графическое изображение расчетных схем конструкции;
автоматизированное определение геометрических характеристик сечений;
визуальный контроль данных и диагностика ошибок формирования набора данных;
создание архива решаемых задач и проведение операций с архивными файлами.
Работа организована в режиме диалога «пользователь — ПЭВМ».
Комплексы представляют собой совокупность автономных программ, объединенных единой внутренней формой данных, предназначенной для обмена информацией между программами.
Обмен данными осуществляется через внешние запоминающие устройства (накопители на магнитных дисках) с использованием специальной внутренней формы данных.
Автономный программный модуль "тЯ^и^иге 3Б представляет собой универсальную систему для расчета рамных, пластинчатых, оболочечных, а также смешанных конструкций конечных элементов. С помощью программы можно рассчитать произвольную трехмерную конструкцию, состоящую из стержней
№ 1' 2011
произвольного поперечного сечения, пластин и оболочек при произвольном нагру-жении и закреплении. При этом соединение элементов в узлах может быть как жестким, так и шарнирным.
В результате выполненных системой АПМ "тЯ^и^иге 3Б расчетов можно получить следующую информацию:
о нагрузках на концах элементов конструкции;
карту напряжений по длине стержней и по поверхности пластин и оболочек конструкции;
о перемещении произвольной точки; карту распределения напряжений в произвольном сечении стержня;
для отдельного стержня конструкции — эпюры изгибающих и крутящих моментов, поперечных и осевых сил и т.д.
Расчет с помощью конечных элементов в форме метода перемещении включает в себя следующие этапы:
разбиение конструкций на конечные элементы и подготовку топологической, геометрической и физической информации; установление факторов взаимодействия с окружающей средой;
построение для выделенных конечных элементов соответствующих матриц (жесткости, масс, теплопроводности и др.) и векторов, определяющих зависимости между реакциями, перемещениями в узлах элемента;
формирование разрешающей системы линейных алгебраических или дифференциально-алгебраических уравнений;
решение полученной системы уравнений и установление полей перемещений, внутренних силовых факторов, температуры и т.д.;
обработку результирующей информации и ее анализ.
Перечисленные этапы поддаются четкой универсальной алгоритмизации, и их программная реализация не вызывает принципиальных затруднений при наличии библиотеки стандартных подпрограмм.
Основные этапы расчета напряженно-деформированного состояния конструкции: реальная конструкция представляется в виде идеализированной системы, состоящей из конечных элементов. Вид конечного элемента (прямоугольный стержень, тонкая пластина, шестигранный
(эз
объемный элемент и т.д.) выбирается из библиотеки конечных элементов, применяемых для данных расчетов программного комплекса (рис. 2);
для описания всей системы принимается глобальная система координат. Местоположение каждого узла конечно-элементной модели (КЭМ) фиксируется тремя координатами X, У,
определяются типы опор (кинематические граничные условия). Необходимо задать кинематические граничные условия (заранее известные перемещения) таким образом, чтобы исключить возможность перемещения конечно-элементной модели рассматриваемой конструкции как твердого тела во всех направлениях;
Рис. 2. Конечные элементы программного модуля WinStructure ЗБ: а - проволочная модель стержня; б - каркасная модель стержня; в - объемная модель стержня; г - плоская модель пластины; д - каркасная модель пластины; е - объемная модель пластины
задаются внешние нагрузки, действующие на КЭМ, приложением сосредоточенных сил и моментов (по плоскостям) в узлах;
нумерация узлов начинается с единицы; порядок нумерации определяется только удобствами пользователя;
задаются механические свойства материала (модуль упругости, модель сдвига конструкции, коэффициент Пуассона, плотность);
геометрические характеристики самих
конечных элементов задаются в локальной (местной) системе координат и, V, Ж, начало которой для каждого конечного элемента расположено в одном из его узлов;
связь конечной или бесконечной жесткости определяет соединение двух соседних узлов;
результатом расчета является напряженное и деформированное состояние конструкции (рис. З), представленное в графическом виде или в виде таблиц.
б
а
в
г
д
е
а б
Рис. 3. Картина состояния конструкций: а - напряженное состояние (цифрами обозначены линии напряжения); б - деформированное состояние
Выводы
Автономный программный модуль "тЯ^и^иге 3Б представляет собой комплекс автономных прогарам, который представляет собой единую систему данных, предназначенную для обмена информацией между конструкторскими программами.
С помощью данного модуля можно просчитать любую предлагаемую произвольную трехмерную конструкцию, которая будет эксплуатироваться в сложных условиях сельского хозяйства и мелиоративного строительства.
1. Российская энциклопедия самоходной техники / Под ред. В. А. Зорина. - М.: Изд-во РБОО «Просвещение», 2001. - Т. 2. -360 с.
2. Монтаж, техническое обслуживание и ремонт оборудования перерабатывающих отраслей АПК: справочник. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. - Ч. 2. - 372 с.
Материал поступил в редакцию 02.07.10. Орлов Намса Борисович, аспирант Тел. 8 (903) 296-41-64
Пучин Евгений Александрович, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Надежность и ремонт машин» Тел. 8 (916) 166-38-28
№ 1' 2011
(95)
