вторник, 15 января 2013 г.

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!

Комментариев нет:

Отправить комментарий