CC BY
39
УДК 681.3
B.Ф. Кузин, д-р техн. наук, (4872) 37-30-16, avkuzin@ hotbox.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
C.М. Бочаров, канд. техн. наук., (4872) 37-30-16, avkuzin@ hotbox.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
И.Ю. Ерошкин, (4872) 37-30-16,
avkuzin@ hotbox.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
РАСЧЁТ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ ХОЛОДНОЙ СВАРКЕ
Решена задача, позволяющая установить на стадии проектирования зависимость показателя схватывания от степени деформации.
Ключевые слова: программа ansys, холодная сварка, напряженно-
дсформированное состояние, энергия.
Корпус с крышкой диаметрами 104 мм, толщиною 0,5 мм из алюминия марки АД1М сдавливаются в штампе. Рaccчитaeм напряженно-деформированное состояние в деталях, сжимаемых со степенью деформации s = 0,2...0,7 [1] .Продольное сечение деталей и система координат показаны на рис. 1. Учитывая симметрию задачи, будем рассматривать лишь одну восьмую часть высотой 0,014 м. Конечно-элементную модель строим посредством поворота на угол 900 фигуры показанной на рис. 1 вокруг продольной оси у. Задачу решаем в системе СИ. Механические свойства алюминия: модул упругости Е = 7.1 х1010 Па, коэффициент Пуассона PRXY = 0,31.
Создание модели
Ввод имени задачи и системы единиц:
Utility MenuFile^Change Jobname
а) ввести: er30-7,
б) нажать: ОК.
Ввод заголовка:
Utility Menu^File Change Title
а) ввести: er30-7;
б) нажать ОК.
Установка фильтров:
Main Menu^Preferences
а) нажать кнопку: Structural;
б) OK (выбрали задачу механики деформируемого твердого тела). Выбор типа элеменов
В данной задаче выбирается трехмерный тетрагональный элемент с 10 узами SOLID92:
Main Menu—Preprocessor'—Element type—Add/Edit /Delete
а) нажать: Add (добавить новый тип эле мена);
б) выбрать в библиотеке элементов (левое окно) Solid;
в) выбрать 10node 92 в окне Selection;
г) Close.
Свойства материла
В данном примере задается изотропный материал с постоянными свойствами:
Main Menu—Preprocessor'—Material Props—Constant-Isotropic
а) OK (набор свойств для материла);
б) ввести 7.1 e 10 в EX(модуль упругости);
в) ввести 0.31 в PRXY (коэффициент Пуассона);
г) ОК для закрытия окна.
Создание модели
В данной задаче модель создается при помощи геометрических примитивов и автоматического построения сетки. Прямоугольные примитивы можно построить, например, по координатам ключевых точек в глобальной системе координат.
Main Menu—Preprocessor—Modeling—
Выбор In Active CS (Active Coordinate System) позволяет задавать положене Keypoints—In Active CS...ключевых точек в глобальной системе координат.
Вводим номер первой ключевой точки 1 в поле Keypoint number (Номер ключевой точки), а также её координаты x, y, z (0, 0, 0) в поле Location in Active CS (положение в действующей координатной системе). Ввод завершается нажатием кнопки Apply («применить»).
Аналогично вводятся ключевые точки 2 с координатами (0,0.0005,0); 3(0.046,0.0005,0); 4(0.046,0.0025,0); 5(0.0485,0.0025,0);
6(0.0505,0.0025,0); 7(0.052,0.0025,0); 8(0.052,0.0015,0); 9(0.0505,0.0015,0); 10(0.0485,0.0015,0); 11(0.047,0.0015,0); 12(0.047,-0.0125,0); 13(0,-0.0125,0); 14(0,-0.012,0); 15(0.0465,-0.012,0); 16(0.0465,0,0). Завершается ввод ключевых точек нажатием OK.
Для получения фигуры сечения модели воспользуемся командой A,P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8,P9,P10,P11,P12,P13,P14,P15,P16
Вращение фигуры, образование цилиндра:
Preprocessor —Modeling——Operate—Extrude—Areas—About Axis
а) отмечаем номер фигуры, которую требуется вращать;
б) Appli;
в) отмечаем курсором ключевые точки 1 и 2, определяющие ось вращения;
г) ОК.
В появившемся окне Sweep Areas about Axis (диапазон вращения площади вокруг оси) вводим 180 градусов (угол вращения прямоугольника) и нажимаем ОК.
Рис. 1. Разрез корпуса с крышкой, подготолленный под герметизацию (м)
Построение сетки тетрагональных элементов
При создании сетки конечных элементов используем тетрагонаь-ный элемент Solid92 с установками по умолчанию:
Preprocessor—-Meshing—Mesh—Volumes Free
a) Pick All.
Рис. 2. Сетка конечных элементов
Получение решения.
Этап решения начинается с задания граничных условий, а также указания метода и параметров расчета. Задание граничных условий:
а) перемещения вдоль оси z точек радиальных сечений, параллельных плоскости ух, uz=0:
Main Menu—Solution—Loads —Apply —Displacement-—On Areas
В открывшемся окне Apply UROT on Areas отметить курсором UX, UY либо UZ и ввести в поле VOLUE величину этого перемещения;
б) Apply;
Приложим смещение поверхностей А5, А20 UY=-0.0001, A9, A24 UY=0.0001 м на первом шаге нагружения 8 = 0,1.
Расчет
Main Menu—Solution—-Solve——Current LS.
В открывшемся окне Solve Current Load Step (текущий шаг нагружения) нажать ОК для запуска программы на счет; дождаться появления сообщения в желтом окне: Solution is done! (расчет окончен);
Close.
Далее проводим расчет для следующих шагов нагружения:
s = 0,3;0,4;0,5;0,6;0,7.
Анаиз результатов.
Результаты решения можно представить как в графической, так и в текстовой формах.
Вызов главного постпроцессора и чтение результатов
Исследование напряжений:
а) напряжения по оси Y:
General Postprocessor ^Plot Results -^Element Solu...
В открывшемся окне Contour Nodal Solution выбрать Stress и Y. Решение в изолиния представлено на рис. 3.
Рис. 3. Распределение напряжений 8У в деформированном фланце
На рис. 4 приведена зависимость показателя схватывания от степени деформаций: крива 1 - граница между корпусом и крышкой (деформи-
рование без ограничительного кольца), 2 - граница между корпусом и крышкой (деформирование с ограничительным кольцом), 3 - граница с инструментом, 4 - граница схватывания. Таким образом, видно, что результаты, полученные с помощью программы ANSYS, позволяют выявить распределение напряжений под пуансоном.
Рис. 4. Зависимость показателя схватывания у от степени деформации s
При выполнении решения часть пластины была разбита на 4779 узловых точек. Деформации и напряжения в каждом узле представлены в отдельном файле. По показателю схватывания у >0,9525 [2] на плоскости контакта двух деталей под пуансонами произойдет холодна сварка. Для данной геометрии инструмента это соотношение наблюдается при s > 0,5.
Список литературы
1. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSIS в руках инженера: практическое руководство. М : Едиториал УРСС, 20 03. 272 с.
2. Кузин В.Ф. Технология производства воспламенителей маога-баритных систем: учеб. пособие. Тула : Изд-во ТулГУ. 1999. 90 с.
V. Kuzin, S. Bocharov, I. Eroshkin
Computing cold welding deflected modes with the finite-element method
The article describes how to determine the dependence of meshing index on deformation ratio at design stage.
Получено 19.01.09
