Анализ конструктивных параметров каблука на его НДС

             Эта статья является продолжением моей предыдущей статьи. В ней я опишу основные действия и результаты, которые были получены вследствие расчетов.
           Не буду долго тянуть интригу и скажу сразу, что никаких больших деформаций либо напряжений в результатах нет (что меня немного огорчило). Все оказалось довольно предсказуемо, что в какой-то степени хорошо. Сейчас я все опишу подробнее.

     Чтобы проанализировать конструктивные параметры каблука на его напряженно- деформированное состояние, необходимо:

1.    Построить трехмерную модель каблука.
2.    Импортировать модель  в программу, в которой будет производиться расчет.
3.    Задать тип конечных элементов, используемых для аппроксимации, и физические свойства материала.
4.    Создать конечно-элементную модель каблука.
5.    Задать параметры разбиения модели.
6.    Приложить на каблук необходимые нагрузки и закрепления.
7.    Выполнить расчеты с необходимыми значениями варьируемых параметров.
8.    Проанализировать полученные результаты.

       Для того чтобы проанализировать конструктивные параметры каблука, было принято решение в качестве варьируемых параметров и пределов варьирования использовать:

1.   В углублении («замок») изменить радиус окружности d2 (рис. 2.1)     (25-38 мм)

2.   Изменить высоту углубления h (1.5-5 мм).

    Подробнее о построении геометрических и КЭ моделей вы можете прочитать в пояснительной записке. А теперь собственно к результатам.

      Все каблуки были рассчитаны в программе Autodesk Simulation Multiphysics 2013. Для удобства, результаты сведены в таблицу 1.

Форма каблука	Размеры углубления каблука, мм	Максимальные перемещения (Displacement), мм	Максимальные напряжения по Мизесу (stress von Mises), Н/мм2
Столбик	38 х 3.7 (нагрузка приложена на обе грани А и В)	0.0036	4.8
	38 х 5	0.007	6.6
	38 х 1.5	0.0025	5
	30 х 3.7	0.0028	4.6
	25 х 3.7	0.0027	4.4
	38 х 3.7 (нагрузка приложена на грань А)	0.0018	3
	38 х 3.7 (нагрузка приложена на грань В)	0.0012	2.5
Шпилька	-	0.016	54

Таблица 1 - Сравнение результатов анализа в Simulation Multiphysics

           По результатам таблицы 1, было получено подтверждение того, что геометрические параметры оказывают сильное влияние на НДС. Как видно из сравнения результатов, для каблука типа столбик, максимальные напряжения возникают в каблуке, с размерами углубления  38 х 5 мм (6.6 Н/мм²). Это на 50 % больше, чем в каблуке с наименьшим напряжением – 25 х 37 (4.4 Н/мм²) и на 164% больше, чем в каблуке, с приложенной нагрузкой только на грань В. Максимальные перемещения возникают также в каблуке с размерами углубления 38 х 5 мм (7е^-3 мм) Перемещения в каблуке шпилька в среднем в 10 раз больше, чем перемещения в каблуке столбик. 

               В программе Ansys были рассчитаны каблуки столбик и шпилька, но с другими материалами, а именно пластмасса и резина. Вот, что получилось:

Форма каблука	Материал	Максимальные перемещения (Displacement), м	Максимальные напряжения по Мизесу (stress von Mises), Н/м2
Столбик	Сталь	0.3*10-8	8901.91
	Пластмасса	0.313*10-6	9761.17
	Резина	0.606*10-4	12117
Шпилька	Сталь	0.2*10-8	16447.7
	Пластмасса	0.19*10-6	16062
	Резина	0.342*10-4	17531.3

Таблица 2 – Сравнение результатов анализа в Ansys

           Из таблицы 2 видно, что при использовании разных материалов, результаты расчетов также различны. Таким образом, самым жестким материалом для каблуков является сталь, менее жестким – пластик (он на два порядка уступает стали, если сравнивать значения по перемещениям) и менее жесткой является резина (она на 4 порядка уступает стали).

         Предел прочности стали составляет примерно 250 МПа, пластмассы – 70 МПа, резины – не менее 35 МПа [7]. Эти данные намного превышают результаты напряжения, полученные в ходе расчетов. Таким образом, можно сказать, что каблуки из всех предложенных материалов выдерживают прикладываемую нагрузку.

       Однако так как каблук работает совместно с остальной частью обуви и подвергается циклической нагрузке, вопрос оценки прочности и долговечности является направлением дальнейших исследований.

Спасибо за внимание!