четверг, 27 декабря 2012 г.

Исследование контактных явлений в элементах цепной передачи. ANSYS WorkBench

    В данной работе решается задача численного моделирования части цепи скребкового шахтного конвейера. Для подготовки и проведения расчетов данной задачи было использовано несколько программных продуктов, а именно: SolidWorks 2008, для создания твердотельной модели части цепи, ANSYS WorkBench 14 для решения задач с числовым моделированием контактного давления, перемещений и напряженно-деформированного состояния в части цепи.
Рисунок 1 - Фото реалистическое изображение цепи

    Целью работы является:
-  Рассчитать конструкцию модели части цепи скребкового шахтного конвейера;
-  Проанализировать полученные результаты;
- Исследовать влияние растяжения на напряженно-деформированное состояние и характер контактного давления.
    Для начала немного о конструкции, в которой применяется выше указанная цепь. 
   Скребковый конвейер — транспортирующее устройство непрерывного действия, в котором перемещение насыпных грузов осуществляется по неподвижному желобу — рештаку с помощью скребков, закрепленных на одной или нескольких тяговых цепях и погруженных в слой насыпного груза.
Рисунок 2 - Фото конвейера
    За основу в задании взято кругло звеньевой цепь 30х108. Геометрические данные показаны на рисунке 3.
Рисунок 3 - Геометрические данные круглозвенной цепи
   Всего для расчета нужно две части звеньев. На рисунке 4 изображена 3D модель частей цепи, которая была создана в программе SolidWorks за для расчета в программе ANSYS WorkBench.
Рисунок 4 - Геометрия частей цепи
    С помощью инструментов WorkBench была создана конечно-элементная модель цепи, на основе созданной твердо тельной детали.
    В местах контакта тел цепей сетка сгущенная с помощью инструмента «Edge Sizing». На рисунке 5, 6 показана СЕ модель.С помощью инструментов WorkBench была создана в конечно-элементная модель цепи, на основе созданной твердо тельные детали.
Рисунок 5 - КЭ модель 
Рисунок 6 - КЭ модель
   Поскольку в данной работе были использованы часть модели, то нужно задавать поверхности симметрии, они изображены на рисунке 7.
Рисунок 7 - Поверхности симметрии
    На рисунке 8 показаны заданные поверхности контакта.
Рисунок 8 - Контактные поверхности
     Граничные условия по закреплением были сделаны двух видов, а именно:
- Закрепление поверхности на одном звене цепи (рис. 9);
- Перемещение на противоположной звене цепи вдоль оси Х (рис. 10).
 Рисунок 9 - Закрепление
Рисунок 10 - Перемещение
    На рисунку 11 показна схема розрахунку з розрахунком переміщень 1, 2 та 4 мм.
Рисунок 11 - Схема расчета в ANSYS WorkBench
    Поскольку расчеты проводились при одинаковых настройкой отличие лишь в размерности перемещения, а именно 1, 2 и 4 мм, то результаты расчетов будут в этой же последовательности. На рисунках 12 - 14 показаны напряжения по Мизесу для трех расчетов, указанных выше. На рисунках 15 - 20 показаны результаты с выводом контактного давления и формами контактных пятен от взаимодействия звеньев одной на другую, причем на последних трех рисунках показана КЭ сетка на поверхности контакта.
     На рисунках 21 - 26 показаны напряжения по Мизесу. На первых трех показано с масштабом в деформированном виде, что подтверждено формой деформации. На последних трех показан вид сверху на первую часть звена со скрытым второй цепи.
 Рисунок 12 - Напряжения по Мизесу
 Рисунок 13 - Напряжения по Мизесу
 Рисунок 14 - Напряжения по Мизесу
 Рисунок 15 - Контактные давления
Рисунок 16 - Контактные давления
 Рисунок 17 - Контактные давления
 Рисунок 18 - Контактные давления
Рисунок 19 - Контактные давления
Рисунок 20 - Контактные давления
 Рисунок 21 - Напряжения по Мизесу
 Рисунок 22 - Напряжения по Мизесу
 Рисунок 23 - Напряжения по Мизесу
 Рисунок 24 - Напряжения по Мизесу
 Рисунок 25 - Напряжения по Мизесу
Рисунок 26 - Напряжения по Мизесу
       Анализ результатов решения модельной задачи позволяет сделать следующие выводы:
• в звеньях цепей наблюдается сложный напряженно деформированное состояние в середине цепи;
• контактные пятна имеют весьма сложные формы и распределение контактного давления;
• цепь принимает удлинение своеобразного характера перед разрушением.
   Предложенный подход предоставляет возможности корректного решения задач анализа контактного взаимодействия и напряженно деформированного состояния элементов силовых цепей при их проектировании, выборе материала, режимов термообработки, а также при определении предельных режимов эксплуатации.


С уважением, Дмитрий Мухин.

8 комментариев:

  1. Ну первое замечание напрашивается само собой:Фотореалистическое это одно слово;)

    Далее: " С помощью инструментов WorkBench была создана в конечно-элементная модель цепи, на основе созданной твердо тельные детали." что-то мой твоя не понимать=) и через строчку опять это же предложение;)

    "На рисунках 21 - 26 показаны напряжения по Мизису." - на сколько я помню он вроде МизЕсом был;)

    Затем можно было бы скрины косить из рабочей области ВБ, а не принт всего окна:) или хоть обрезать:)

    И в заключение интересен вывод о поведении конструкции:) Напряжения в 2700 МПа кагбЭ не то, что великоваты, а очень высокие:)

    ОтветитьУдалить
  2. И почему задавались перемещения а не конкретная сила?:)

    ОтветитьУдалить
  3. Это зависит от приложенного перемещения. Если оно с потолка - то и результаты потолочные. И если я не ошибаюсь, то напряжения в контакте смотрится по другим критериям нежели с привыкшими сигмами текучести, выносливости и прочие. А про грамматические ошибки, дак вроде для этого есть проверка или же я ошибаюсь ?

    ОтветитьУдалить
  4. Этот комментарий был удален автором.

    ОтветитьУдалить
  5. Сергей, спасибо за поправки, метод написания этой статьи базировался на копипасте переведенных (с укр. на рус. язык) с помощью Google Переводчика кусков текста.
    По поводу уточнения Леонида согласен. Проверка должна быть, и она была. Дали добро на публикацию я и опубликовал. "Фотореалистическое" не то что в браузере, а даже Word разделяет хотя это не показатель =)
    Теперь возвращаясь к выводу результатов. Они в презентации и в записке обрезаны, в браузере это не так принципиально, при том, что сами цифры в данной задаче не так важны (в Windows 7,8 не отключив эффект Aero Workbench напрочь отказывается делать скрины своим инструментом, по этому мне было проще использовать Paint и клавишу PrntScr для создания картинок).
    Леонид все правильно понял. Перемещения взяты почти с потолка. Суть задачи в том, что бы показать слабые места конструкции, а это можно вычислить только на предельных и запредельных нагрузках.
    Теперь по поводу перемещений...
    В постановке с силой будет считаться дольше (может в два, а может и того больше раз) по этому, исходя из цели, описаной предложением выше, было решено ускорить расчет путем задания перемещения вместо сил.
    Были расчеты и с приложением сил, на самом деле была масса расчетов, как я говорил во время доклада, их было порядка 15-20, а то и больше. С разными свойствами материалов, с разной сеткой, с разными граничными условиями, но были выведены последние, т.к. они очень корректно показывают основную цель данной задачи.

    ОтветитьУдалить
  6. По поводу картинок: В Ворде есть такая кнопочка - обрезка. Оч классная вещь. Она позволяет обрезать визуальные границы картинки но при этом есть возможность вернуть обратно.

    ОтветитьУдалить
  7. Леонид, именно такой подход и был применен, как можно заметить в записке картинки с результатами имеют вид только окна результатов.

    ОтветитьУдалить
  8. Дмитрий, да, разделяет, если подразумевается, реалистическое фото, а не рендер;-)

    Про скрины - есть ножницы;-)

    Леонид, проверка есть, но, во-первых, это проверяет тоже живой человек, и возможны ошибки. От них никто не застрахован. Во-вторых, статья проверяется с упором на смысл и ряд других критериев, а не на грамматические и тому подобные ошибки. Были замечены недочеты и о них было сказано. Вот и всё;-)

    ОтветитьУдалить