Using Solid Works Simulation to determine the equivalent stresses of a glass beer bottle subjected to internal pressure and temperature Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Научни трудове на Съюза на учените в България - Пловдив. Серия В. Техника и технологии, т. XIV, ISSN 1311-9419 (Print), ISSN 2534-9384 (On- line), 2017. Scientific Works of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series C. Technics and Technologies, Vol. XIV., ISSN 1311-9419 (Print), ISSN 2534-9384 (On- line), 2017.

ПРИЛАГАНЕ НА SOLID WORKS SIMULATION ЗА ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ЕКВИВАЛЕНТНИТЕ НАПРЕЖЕНИЯ НА СТЪКЛЕНА БУТИЛКА ЗА ПИВО ПРИ НАТОВАРВАНЕ С ВЪТРЕШНО НАЛЯГАНЕ И ТЕМПЕРАТУРА Дочка Ганчовска, Иалоян Ангелов, Зоя Ходжева

Университет по Хранителни Технологии катедра Техническа механика и машинознание 4002 гр. Пловдив, Р. България

USING SOLID WORKS SIMULATION TO DETERMINE THE EQUIVALENT STRESSES OF A GLASS BEER BOTTLE SUBJECTED TO INTERNAL PRESSURE AND TEMPERATURE Dochka Ganchovska, Kalojan Angelov, Zoya Hodzheva University of Food Technologies Department of technical mechanics and mechanical engineering 4002 Plovdiv R. Bulgaria

Abstract. A 3D model of a glass container for beer was created and strength analysis in the media of Solid Works Simulation on the basis of this model was carried out. Three modes of testing were used - internal pressure, internal pressure with temperature 2С and internal pressure with temperature 80С. A comparison was made of the obtained equivalent stresses.

Keywords: glass bottle, internal pressure, temperature.

Въведение. Стъклените опаковки за течни хранителни продукта са предпочитали от потребителите, като 80% от тях считат, че осигуряват по-добри вкусови качества на продуктите, а 45% тях считат, че има по-нисък риск от замърсяването и развалянето им (www.gmic.org). Това се отнася и за продуктите на пивоварната промишленост. Стъклените бутилки, които се използват там, трябва да отговарят на техническите изисквания за съхранение и транспорт на газирани напитки, които се подлагат на стерилизация и пастьоризация (БДС EN ISO 7458: 2006, БДС 7:1992).

Целта на настоящата разработка е сравняване на еквивалентните напрежения на стъклена бутилка за пиво с вместимост 600 ml, които се получават при натоварване с вътрешно налягане 1,2 МРа и различни температури на модела. Проведеният инженерен анализ е по метода на крайните елементи със Solid Works Simulation.

Материали и методи. Обект за изпитване е стъклена бутилка за пиво с вместимост от 600 ml. В среда на Solid Works е създаден 3D модел - фиг. 1. Тъй като създаденият обект е симетричен, за провеждане на инженерния анализ се използва част от него - клин с ъгъл 90° (Alyamovskiy, 2010; Tashev, 2012).

Последователност на работа:

1. Избор на материал, като към предложените от програмата данни за стъкло се

добавя Yield strength 70.106 N/m25 (Lehman); 2. Закрепване на бутилката фиг. 2:

- по повърхнината „а" така, че бутилката да виси, според изискванията за изпитване на вътрешно налягане на специален стенд от стандартизационните документи;

- по равнините на симетрия „б" и „в"- да бъдат неподвижни в нормално направление, изисква се от условието, че анализът се провежда за част от модела;

3. 3agaBaHe Ha HaTOB apB aHe:

3.1. no bchhkh BtTpemHH noBtpxHHHH e npuno^eHo HanaraHe p=1,2MPa. 3agaBa ce Tpu TeMnepaTypHH pe^HMa. CroHHocTia My e Cbo6pa3eHa c HopMara Ha gonycTHMocT 3a 6yiHnKH 3a ra3HpaHH TeHHocTH, kohto ce nognarar Ha cTepHnraauua h nacтbopнзaцнн no CTaHgapTH3auuoHHHTe goKyMem-H (B^C EN ISO 7458: 2006, B^C 7:1992);

3.1. TeMneparypa:

• ntpBH cnynaS - pe^HM 1 - He ce 3agaBa;

• BTopu cnynaS - pe^HM 2 - Ha bchhkh BtTpemHH noBtpxHHHH ce 3agaBa TeMneparypa 2°C - oTroBapa^a Ha npo^ca mnHeHe Ha nuBoTo;

• TpeTH cnynan - pe^HM 3 - Ha ^nua Mogen ce 3agaBa TeMneparypa 80°C - oTroBapa^a Ha npoцeca nacтbopнзaцнн;

4. Pa3genaHe Ha Mogena Ha KpaSHH eneMeHTu;

5. CTapTHpaHe Ha aHanroa.

nonyneHHTe pe3ynTaTH ca 3a npeMecTBaHHara, ge^opMauHHTe h Hanpe^eHuara Ha H3nHTBaHHH Mogen. H3nHTBaHero 3aBtpmBa c onpegenaHe Koe^^Hema Ha curypHocT Ha npoeKTa (Factor of Safety-FOS). 06eKT Ha Hacioa^aTa pa3pa6oTKa ca eKBHBaneHTHure Hanpe^eHHH nonyneHH no cpegHara noBtpxHHHa Ha Mogena b 3oHara Ha paMoro h TanoTo Ha 6yTHnKara no t. Hap. KprnepHH Ha von Mises.

Pe3y^TaTH h oScb^aaHe.

Pe3ynTaiHTe ot npoBegeHua aHanu3 3a eKBHBaneHTHHTe Hanpe^eHHa (Stress -von Mises) ca orneTeHH 3a t. Hap. cpegHa noBtpxHHHa Ha Mogena, 3a^oro cnopeg (Ganchovska, 2016) Te ce go6nu®aBar HaS-MHoro go TeopeTHHHo H3HHcneHHie. EKBHBaneHTHHTe Hanpe^eHua 3a pa3nuHHHTe TeMneparypHH HaroBapBaHHa ce oTHHiar Karo ce H3non3Ba oпцннтa "From sensors", c ^n ga ce nonynar ctohhocth 3a egHH h ct^u tohkh (Alyamovskiy, 2010; Tashev, 2012).

Ha $ht. 3 e gageHa 3D rpa^HKa Ha nonyneHHie pe3ynrarH npu HaroBapBaHe BtrpemHo HanaraHe 1,2MPa h TeMneparypa 80° C. B Ta6nu^ 1 h Ha 4 Karo 2 D rpa^HKa ca gageHH pe3ynTaiHTe ot rpHie pe^HMa Ha H3nHTBaHe. BucoHHHara ce oTHHia ot ropHua KpaS Ha 6yTHnKara. TtS Karo rbpnoBHHara h muHKara no TexHonoruHHH cto6pa®eHHa ce H3pa6oTBar c no-ronaMa ge6enHHa Ha cTeHara, Te3H ynacrbUH ce npeHe6perBar. EKBHBaneHTHHTe Hanpe^eHHa ce oTHHiar ot BucoHHHa 81 mm.

Фиг. 1 3D модел на изпитваната бутилка

Фиг. 2 Закрепване на бутилката

Node: X, \r Z Location: Value: 12260

33.6,-81.8,0 mm

4.769е + 007 N/mA2

Node: И, YrZ Location: Value: 12242

33.6.-91.6.0 mm

4.656e+007 N/mA2

Node: X, V. Z Location: Value: 17757

33,3.-102.0 mm

5.064e + 007 N/mA2

Node: X. Y, Z Location: Value: 17794

33.3.-122.0 mm

4.961e+007 N/mA2

Node: 17830

X, Y, Z Location: 33,3,-142,0 mm

Value: 4.900e+ 007 NrtriA2

Node: X. Y, Z Location: Value: 17862

33.3,-162.0 mm

5.226e+007 N/mA2

Node: X, Y. Z Location: Value: 17395

33,3,-182,0 mm

5.200e + 007

Node: X, Y, Z Location: Value: 17929

33.3.-202.0 mm

4.653e+007 N/mA2

Node: X, Y,Z Location: Value: 11614

32.7,-212,0 mm

5.005e+007 N/mA2

Node: \ Y, Z Location: Value: 8088

34.5,-222,0 mm

4.489e+007 N/mA2

Node: X, Y, Z Location: Value: 8063

35.4,-233,0 mm

4,249 e+007 N/mA2

von Mises (N/'mA2)

— . 7.687e+007

. 7.055e+007

. 6.424e+007

. 5.792e+007

. 5.161e+007

. 4.529e+007

. 3.898e+007

. 3.266е+007

. 2.634e+007

. 2.003e+007

. 1.371e+007

. 7.397e+006

. 1.082e+006

Yield strength: 7,000e+013

Фиг. 3. Еквивалентно напрежение - 3D графика, при натоварване с вътрешно налягане 1,2 МРа итемпература 80°С - режим 3

Фиг. 4 . Еквивалентно напрежение - 2D графика, при натоварване както следва: 1 -за режим 1 с вътрешно налягане 1,2 МРа; 2 - за режим 2 с вътрешно налягане 1,2 МРа и температура 2°С; 3 - за режим 1с вътрешно налягане 1,2 МРа и температура 80°С

Таблица 1

Еквивалентно напрежение спрямо височината на бутилката, МРа

Температурно натоварване Височина на бутилката, mm

81 91 101 121 141 161 181 201 211 221 232

без задаване на температура режим 1 7,86 13,19 13,84 14,12 13,95 13,75 13,71 11,53 11,97 7,23 6,6

2°С режим 2 5.57 10.75 10.88 11.46 11.40 10.64 10.64 8.57 8.87 4.67 3.84

80°С режим 3 47,6 46,56 50,64 49,61 49,00 52,26 52,00 46,53 50,00 44,89 42,49

Изводи

Получени са резултати за еквивалентните напрежения при три режима на изпитване, при което е установено:

1. Най високи стойности на еквивалентните напрежения се получават при режим 3 -натоварване с вътрешно налягане 1,2 МРа и температура 80°С;

2. При режими 1 и 2 са получени идентични по форма графики, като най-голяма разлика от 3,11 МРа на стойностите на еквивалентните напрежения се получават при височина на бутилката 161 mm, а най-малка разлика от 2,29 МРа на стойностите на еквивалентните напрежения се получават при височина на бутилката 81 mm.

3. Разликите в стойностите на средното еквивалентно напрежение при различните режими на изпитване е както следва:

- Между режим 1 и 2 - при режим 1 са с 24% по-високи от тези при режим 2.

- Между режим 1 и 3 - при режим 3 са с 76% по-високи от тези при режим 1.

Литература

Aliamovskii А.А. Injenernie rascheti v SolidWorks Simulation. Chast 1, ISBN: 978-594074-586-0, DMK - Press, 2010;

BDS EN ISO 7458:2006 Opakovki stakleni. Ustoichivost na vatreshno naliagane. Metodi na izpitvane;

BDS 7:1992 Butilki stakleni za hranitelni technosti i napitki. Obshti iziskvania;

Ganchovska D., Izsledvane povedenieto na stakleni opakovki za techni hranitelni produkti podlojeni na varteshno naliagane, Disertacionen trud, 2016;

Lehman R., The Mechanical Properties of Glass, Rutgers University, New Jersey, USA;

Tashev M., P. Iordanov, Injeneren analiz s metoda na krainite elementi, Izdatelstvo „EKS-PRES"- Gabrovo, 2012,ISBN 978-954-490-350-3;

www.gmic.org