В данной статье описано исследование
каркаса кузова гусеничного вездехода, в частности расчет на прочность для
разных поперечных сечений профилей рамы вездехода, расчет собственных частот и
соответствующих им форм колебаний.
Рисунок 1 – Коммунальная машина SW 4S
Для выполнения
поставленной задачи необходимо последовательно:
- Построить раму вездехода в CAD-системе;
- Создать конечно-элементную модель рамы;
- Провести расчет на прочность для разных поперечных сечений профилей рамы, а так же анализ собственных частот и соответствующих им форм колебаний.
В таблицах (таблицы 1, 2) представлены технические характеристики вездехода и
установленного на нем двигателя.
Таблица 1 –
Технические характеристики исследуемого вездехода
Таблица 2 –
Характеристики двигателя Perkins 1104D-E44T
Трехмерная модель вездехода разработана по образцу уже существующей
всесезонной машины на гусеничном ходу SW 4S (рисунок 1), которая используется в
целях решения широкого спектра задач в рамках коммунальных нужд. Для построения трехмерной модели в данной работе
использован SolidWorks 2012. В этой же системе, основываясь на модели
вездехода, создана трехмерная модель
рамы вездехода (рисунок 3), представляющая собой единую конструкцию сварных
профилей.
Рисунок 2 – Трехмерная модель вездехода в SolidWorks
2012
Рисунок 3 – Трехмерная модель рамы вездехода
SolidWorks 2012
Для проведения расчетов и сравнения результатов в процессе решения
поставленной задачи использованы такие программные комплексы как ANSYS и FEMAP.
В обеих системах по координатам,
взятым из трехмерной модели, построены точки, соответствующие узлам балочной
конструкции рамы. Точки объединены в линии, образующие контур рамы вездехода.
Для всей рамы использован стандартный материал из библиотеки материалов
Femap – AISI 4340. В Ansys на этом этапе с помощью меню Element Type
определяется тип конечного элемента. Соответствующие AISI 4340 свойства материала задаются с помощью
специального меню Material Props.
Поскольку рама состоит из профилей разной толщины, создается несколько
видов сечения:
- Квадратное 30х30 мм,
- Квадратное 45х45 мм,
- Круглое 30х30 мм,
- Круглое 45х45 мм,
При этом балкам,
напряжение в которых предполагается большим, чем в остальной конструкции,
присваиваются свойства с большим поперечным сечением.
Готовые КЭ
модели изображены на рисунках (рисунки 4, 5).
Общее количество узлов – 1099.
Рисунок 4 – Конечно-элементная модель в Femap
Рисунок 5 – Конечно-элементная модель в Ansys
Так как проводится лишь расчет рамы, то места крепления подвесок
фиксируются по всем степеням свободы. Также необходимо
приложить нагрузку к модели для имитации груза на ней. Для этого на балках,
поддерживающих двигатель, выбирается четыре узла, соответствующих креплениям
двигателя, и в отрицательном направлении по оси Y прикладывается нагрузка,
имитирующая вес двигателя – по 1100Н на каждый узел. Точно так же в четыре узла
прикладывается вес кабины – по 800Н на каждый узел. Рама с приложенными
нагрузками изображена на рисунках (рисунки 6, 7).
Рисунок 6 – Рама с закреплениями и приложенными
нагрузками в Femap
Рисунок 7 – Рама с закреплениями и приложенными нагрузками в Ansys
Для анализа результатов сравниваются
полученные значения в программных комплексах Femap и ANSYS. Результаты статического и
модального расчетов приведены в таблицах (таблицы 3, 4). Для наглядности
расчетов, ниже приведены эпюры перемещений, эпюры напряжений и деформированные
состояния конструкции на первой частоте, построенные в Femap и ANSYS (рисунки 8 - 13).
Таблица
3 – Результаты статического расчета
Рисунок
8 – Перемещения (Femap)
Рисунок
9 – Перемещения (ANSYS)
Рисунок
10 – Напряжения (Femap)
Рисунок
11 – Напряжения (ANSYS)
Таблица
4 – Собственные частоты
Рисунок
12 – Собственная форма первой частоты (Femap)
Рисунок
13 – Собственная форма первой частоты (ANSYS)
В результате проведенных расчетов можно сделать
вывод, что форма поперечного сечения профиля для данной рамы существенно не влияет
на изменения в результатах расчетов. Использованные площади поперечных сечений
обеспечивают необходимую прочность конструкции.
Максимальные напряжения и перемещения конструкции,
которые были получены в результате проведения расчетов, не превышают
допустимые.
Комментариев нет:
Отправить комментарий