Исследование напряженно-деформированного состояния рамной конструкции

  В данной публикации будет рассмотрен анализ напряженно-деформированного состояния рамной конструкции. Эта задача будут рассмотрена в двух постановках, в поверхностной и твердотельной.  Так же задачи будут просчитаны методом конечных-элементов (далее МКЕ) в двух САЕ системах, Femap 10.3 и Ansys 13.0.

        В качестве начальных данных были выданы фотографии реальной модели. Так же были выдан материал:

·        Материал-сталь ст.3 (ГОСТ 380-71)

·        Предел текучести - 250 МПа

·        Предел прочности – 370МПа

·        Модуль упругости – 2,1·10¹¹ кг·с/м2

      ·        Коэффициент Пуассона – 0.3

       Так же было найдено в справочнике эскиз сечения швеллера, показанный на рисунке 1. Рамная конструкция состоит и сваренных швеллеров серии 10У.

Рисунок 1 - Сечение швеллера.

швеллера серии У	Размеры, мм
	h	b	S	t	R	r
швеллер 10У	100	46	4,5	7,6	7	3

Таблица 1 – Параметры сечения конструкции по ДСТУ 3436-96 (ГОСТ 8240-97)

Рисунок 2 - Исследуемая модель.

    Первым делом нам нужно было построить геометрические модели. По причине не сложности конструкции и временном ограничение к возможности использовать САD приложения, модели были построены в программном комплексе Femap 10.3. Поверхностная и твердотельная геометрическая модель показана на рисунке 3-4.

          

Рисунок 3 - Поверхностная геометрия.

  Рисунок 4 - Твердотельная геометрия.

    После создание геометрии, была построена МКЕ с размером 25мм. На рисунках 5-6 показана поверхностная и твердотельная конечно-элементные модели.

Рисунок 5 - Поверхностная конечно-элементная модель.

Рисунок 6 - Твердотельная конечно-элементная модель.

Затем были приложены полные закрепление у основание конструкции. Пример показан на рисунку 7.

Рисунок 7 - Место закрепления конструкции.

После чего были заданны нагрузки. Нагрузки были приложены на полки конструкции, чем ближе к центру тем больше модель была нагружена. Общая нагрузка на конструкцию составляет 12тонн.

Рисунок 8 - Пример нагружения конструкции.

    Далее анализ был экспортирован в Ansys 13.0 и модели были посчитаны в обеих системах.

Рисунок 9 - Перемещения поверхностной конструкции Femap 10.3

Рисунок 10 - Напряжения в поверхностной конструкции Femap 10.3

Рисунок 11 - Перемещения твердотельной конструкции Femap 10.3

Рисунок 12 - Напряжения в твердотельной конструкции Femap 10.3

Рисунок 13 - Перемещения поверхностной конструкции Ansys 13.0

Рисунок 14 - Напряжения в поверхностной конструкции Ansys 13.0

Результаты	Поверхностная модель	Твердотельная модель	Относительная разность результатов (%)
Максимальные напряжения(МПа)	270	287	6
Максимальные перемещения(мм)	5	5	0

Таблица 2 – Процент погрешности между поверхностной и балочной моделью в програмном комплексе Femap 10.3

Результаты	Поверхностная модель Femap	Поверхностная модель Ansys	Относительная разность результатов (%)
Максимальные напряжения(МПа)	270	280	3,6
Максимальные перемещения(мм)	5	5	0

Таблица 3 – Процент погрешности между поверхностной моделью в програмном комплексе Ansys 13.0 и Femap 10.3

Дополнительную информацию о расчете вы можете найти в следующей статье - Здесь будет сылка.