среда, 26 декабря 2012 г.

Расчет секции козлового крана на собственные частоты и формы.

В продолжении своей темы относительно козловых кранов, я напишу про расчет собственных частот и форм секции балки козлового крана.

Это задание является моим курсовым проектом, поэтому начнем с постановки задачи на курсовой проект:

1. Построить модель в программном пакете SolidWorks.
2. В программном пакете Femap провести расчет собственных частот и форм.
3. Изменить масштаб модели 1:10 и повторить расчет.
4. Сделать проверку на точность (в п. 2 и 3 проделать расчет с разными размерами элементов сетки).
5. Сравнить результаты и сделать выводы.

Дальше пройдемся подробнее на каждом пункте.
Теория.

Собственная частота колебаний — число колебательных циклов, совершаемых динамической системой за секунду в процессе её свободных колебаний по одной из собственных форм (циклических взаимосогласованных перемещений). Последние определяются распределением в системе характеристик жесткости и инерции, её динамических степеней свободы. Рассчитывается по формуле:

Построение модели в Solid Works.

Первым этапом работы было построение модели в программном пакете SolidWorks 2008. Для построения этой модели было решено использовать инструмент "поверхности", так как в модели все толщины малы (порядка 10 мм), то для расчета в программном комплексе Femap ими можно пренебречь. Критического влияния на результат это не окажет. Моя модель представляет собой квадратную металлическую балку с длинной 10 м., стенки которой укреплены специальными уголками. Так же внутри балки размещаются специальные диафрагмы, которые расположены с шагом в 2 м.

Модель диафрагмы.
Модель балки.

После построения модели балки, она сохраняется в формате *.step (формат для импорта геометрии в Femap). На этом первый этап работы заканчивается и мы переходим непосредственно к расчету.

Подготовка модели к расчету.

После импорта геометрии в Femap она не сразу готова к расчету. Модель нужно подготовить.

1. Tools - Check - Coincident Points - объединение точек с заданной точностью.
2. Geometry - Surface - NonManifold Add - объединение всех плоскостей в одну целую модель.
3. Model - Material - Load - выбор материала, в данном случае я выбрал AISI 4340 Steel.
4. Model - Property - сдесь задаем толщины для поверхностей (10 мм. при масштабе 1:1 и 100мм. при масштабе 1:10) и выбираем тип элемента (Plate).
5. Mesh - Mesh Control - Size on Surface - в этом пункте выставляем размер элемента. При масштабе 1:1 я выбирал размеры в 50/25/60 мм. При масштабе 1:10 размеры составляли 100/80/120 мм. К каждой конфигурации необходимо сделать проверку на точность, именно для этого делается по 3 расчета.
6. Mesh - Geometry - Surface - создание конечно элементной модели.

После всех вышеперечисленных операций необходимо провести расчет на собственные частоты и анализ модели. Для этого переходим Model - Analysis. В качестве решателя я выбрал "Nx Nastran". В пункте "Analysis Type" выбираем "Normal Modes/Eigenvalue". Модель готова для расчета.

Первые шесть частот являются колебаниями по степеням свободы, поэтому интереса не составляют. Важными являются последние четыре частоты. Это относится к обоим масштабам. 

Расчет и анализ модели при масштабе 1:1.

Размер элемента 50 мм.

КЭ модель: 32905 элементов.

Результаты:

Результаты последних 4 частот.




Размер элемента 25 мм.

КЭ модель: 131620 элементов.

Результаты:


Анимация последних 4 частот идентична как и при 50мм.

Размер элемента 60 мм.

КЭ модель: 21047 элементов.

Результаты:

Анимация последних 4 частот идентична как и при 50мм.

При различных вариациях размера конечного элемента результат получился более-мение одинаковым. Так что выбранной точности вполне можно доверять.


Расчет и анализ модели при масштабе 1:10.

Размер элемента 500 мм.

КЭ модель: 34018 элементов.

Результаты:


Результаты для последних четырех частот.




Размер элемента 300 мм.


КЭ модель: 89305 элементов.

Результаты:


 Анимация последних 4 частот идентична как и при 500мм. 

Размер элемента 700 мм.

КЭ модель: 15836 элементов.

Результаты:


 Анимация последних 4 частот идентична как и при 500мм. 

При трех различных вариантах размера конечного элемента получается практически одинаковый результат. Выбранная точность имеет кредит доверия.

Заключение.

По данным полученным при расчете курсового можно заметить что при увеличении размеров конструкции в 10 раз, собственные частоты в те же 10 раз и понизились. Что позволяет сделать вывод что собственные частоты прямо пропорционально зависят от размера исследуемого объекта.




















Комментариев нет:

Отправить комментарий