Инженерные расчёты механических конструкций в программной среде SolidWorks
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Программирование и алгоритмизация
Издательство:
Российский университет транспорта
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 86
Дополнительно
Учебное пособие по дисциплине «Математическое моделирование систем и процессов» предназначено для студентов специальности 23.05.03 - «Подвижной состав железных дорог» предназначено для углубленного
самостоятельного освоения возможностей инженерного анализа в среде SolidWorks. Пособие посвящено изучению интегрированных модулей Simulation: рассмотрены примеры решения задач для расширенного ознакомления с
программным пакетом.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский университет транспорта» ________________________________________________ Кафедра «Электропоезда и локомотивы» Е.К. Рыбников, Т.О. Вахромеева, С.В. Володин ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЁТЫ МЕХАНИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ В ПРОГРАММНОЙ СРЕДЕ SOLIDWORKS Учебное пособие Москва – 2020
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский университет транспорта» ___________________________________________________ Кафедра «Электропоезда и локомотивы» Е.К. Рыбников, Т.О. Вахромеева, С.В. Володин ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЁТЫ МЕХАНИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ В ПРОГРАММНОЙ СРЕДЕ SOLIDWORKS Учебное пособие для студентов специальности 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог», специализация «Электрический транспорт железных дорог» Москва – 2020
УДК 621 Р93 Рыбников Е.К., Вахромеева Т.О., Володин С.В. Инженерные расчёты механических конструкций в программной среде SolidWorks: Учебное пособие. – М.: РУТ (МИИТ), 2020. – 86 с. Учебное пособие по дисциплине «Математическое моделирование систем и процессов» предназначено для студентов специальности 23.05.03 - «Подвижной состав железных дорог» предназначено для углубленного самостоятельного освоения возможностей инженерного анализа в среде SolidWorks. Пособие посвящено изучению интегрированных модулей Simulation: рассмотрены примеры решения задач для расширенного ознакомления с программным пакетом. Рецензенты: Заведующий кафедрой «Наземные транспортно-технологические средства» РУТ (МИИТ), к.т.н. Неклюдов А.Н. Начальник конструкторского отдела АО «НИЦ АСК», к.т.н. Карюкин А.В. © РУТ (МИИТ), 2020
СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ....................................................................... 3 Статический расчет пластин на прочность .......................... 4 Расчет болтового соединения. Задание контактов ............ 12 Частотный анализ. Расчет собственных частот и форм колебаний ............................................................................... 21 Линейный динамический анализ ......................................... 30 Исследование на ударную нагрузку .................................... 41 Исследование на усталостную прочность .......................... 52 Расчет на статическую прочность ................................... 54 Расчет на усталостную прочность ................................... 63 Анализ пластины из композитного материала ................... 72 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ............ 85
Статический расчет пластин на прочность Исходные данные: пластина толщиной 5 мм, геометрия пластины представлена на рисунке 1. Пластина зафиксирована по двум граням внутренней прорези квадратного сечения, а к двум коротким торцевым граням приложены равные, но противоположно направленные силы (рисунок 2). Требуется рассчитать распределение напряжений под действием растягивающей нагрузки. Рисунок 1 – Геометрия пластины Рисунок 2 – Схема сил и ограничений, действующих на модель
Создание модели: Создайте геометрическую модель детали в SolidWorks. Задайте материал, используя библиотеку материалов: нажмите правой кнопкой мыши (ПКМ) на вкладке Материалы в Дереве конструирования Редактировать материал Solidworks materials Сталь Легированная сталь Применить Закрыть. Для выполнения расчета подгрузите расчетный модуль Simulation, если он не отображается на панели меню: Инструменты Добавления Поставьте галочку напротив модуля SolidWorks Simulation. Теперь создайте новое исследование: вкладка меню Simulation Исследование Статический анализ задайте имя kvadrat. Рабочее окно SolidWorks изменится: под Деревом конструирования появится Дерево исследования Simulation, а внизу графической области программное обеспечение создаст вкладку с именем исследования. Задайте ограничения модели, которые определяют условия среды модели: щелкните ПКМ на папке Крепления в Дерево исследования Simulation в контекстном меню выберите Зафиксированная геометрия Дерево исследования сменилось на менеджер свойств Крепление укажите левой кнопкой мыши на модели пластины в графической области те грани, которые должны быть зафиксированы, согласно исходным данным, (рисунок 2) выбранные две грани внутренней прорези пластины отобразятся в синем окошке менеджера свойств и станут синими, и на них появятся стрелки, соответствующие направлениям координатных осей, по которым ограничено перемещение грани (рисунок 3). Крепление Зафиксированная геометрия соответствует жесткой заделке и ограничению по перемещению по всем трем осям координат.
Рисунок 3 – Создание закрепления Завершите создание крепления нажатием зеленой галочки либо в менеджере свойств либо в правом верхнем углу графической области. Теперь в папке Крепления в Дереве исследования появилась подпапка с именем, соответствующим типу крепления и порядковым номером – Зафиксированный-1. При желании или необходимости подпапку можно переименовать. Если потребуется внести коррективы в уже созданные граничные условия, нажмите ПКМ на имя соответствующей подпапки Редактировать определение. В качестве внешней нагрузки задайте растягивающие силы: нажмите ПКМ на папке Внешние нагрузки в контекстном меню выберите Сила в открывшемся менеджере свойств укажите две короткие торцовые грани, к которым приложены силы и задайте значение каждой из сил 40000 Н. По умолчанию вектор силы направлен перпендикулярно к плоскости, необходимо изменить направление вектора – от плоскости, для этого поставьте галочку Реверс направления (рисунок 4).
Рисунок 4 – Задание внешней нагрузки Заданную таким образом нагрузку можно интерпретировать следующим образом: к каждой из указанных граней приложена сила по 40000 Н с равномерным распределением к граням, силы направлены от граней, поэтому в паре образуют растягивающую нагрузку. Завершите создание нагрузки нажатием зеленой галочки либо в менеджере свойств, либо в правом верхнем углу графической области. Для выполнения расчетов необходимо создать расчетную конечно-элементную модель на базе имеющейся геометрической, т.е. на рассматриваемую модель пластины нанести сетку конечных элементов. Вызовите контекстное меню папки Сетка, нажав на ней ПКМ Создать сетку раскройте Параметры сетки задайте глобальный размер ребра элемента 2,5 мм, таким образом по толщине пластины поместятся 2 ряда конечных элементов. Подтвердите заданные параметры создания сетки, нажав зеленую галочку либо в менеджере свойств, либо в правом верхнем углу графической области.
Рисунок 5 – Напряженно-деформированное состояние пластины Нажмите ПКМ на имени исследования и в контекстном меню выберите Выполнить, таким образом запустится анализ. По окончании расчета автоматически отобразится эпюра распределения нормальных напряжений (рисунок 5). Чтобы символы закрепления модели по граням и приложенная нагрузка не мешали восприятию, их можно скрыть, нажав ПКМ на соответствующей подпапке и выбрав в контекстном меню опцию Скрыть. Обратите внимание, что на легенде, описывающей графическое распределение напряжений по цветам, красной стрелкой указано напряжение, соответствующее пределу текучести материала (при котором происходят необратимые пластические деформации материала). Для более четкого выделения наиболее нагруженных зон можно подстроить шкалу распределения напряжений, для этого щелкните ПКМ на подпапке Напряжения в контекстном меню выберите Параметры графика отключите автоматическое определение максимального значения и укажите, например, значение предела текучести – 620 МПа и поставьте галочку для отображения максимального
Рисунок 6 – Напряженно-деформированное состояние пластины значения. Кроме того, в настройках графика Параметры края границ графического представления распределения напряжений можно задать дискретно. Таким образом получается более наглядная картина по предельно нагруженным зонам конструкции (рисунок 6). Вывод: в ходе расчета установлено, что в пластине с указанными геометрическими параметрами при действии растягивающей нагрузки заданной величины возникают напряжения ниже допускаемых по пределу прочности (для легированной стали – 723,8 МПа), но в 1,5 раза выше предела текучести, что свидетельствует о возникновении в пластине необратимых пластических деформаций, таким образом, условие прочности конструкции в эксплуатации не выполняется. Задание: выполните исследование, проведя аналогичные расчеты для пластин с круглым и треугольным вырезами. Закрепление пластин производите по цилиндрической грани – для круглого выреза, и по двум наклонным граням треугольного выреза. Оцените, как зависит напряженно-деформированное состояние пластин от геометрии вырезов. Геометрические параметры пластин
и результаты напряженно-деформированного состояния приведены на рисунках 7 и 8. а) б) Рисунок 7 – Напряженно-деформированное состояние пластины с треугольным отверстием а – геометрические параметры; б – распределение напряжений в пластине