MKE Analiza

8/16/2019 MKE Analiza

1/22

Mašinski fakultet u Nišu

Katedra za proizvodno mašinstvo Predmet: Primena metoda konačnih elemenata

Izveštaj

Domaći zadatak br. 1: Izrada MKE modela zastrukturnu analizu

Na slici je prikazan sklop sastavljen od jednog nosača i jednog zavrtnja. Nosač se

celom površinom označenom brojem 1 naslanja na apsolutno kruti zid, sa kojim jespojen pomoću dva zavrtnja. Uticaj zavrtanja na sklop treba zameniti odgovarajućim

graničnim uslovima, zadatim na površinama označenim brojem 3. Na kružnu

površinu sa donje strane zavrtnja, označenu brojem , deluje sila ! čije su

komponente "N#$

%& 100, '& -1800, (& 0

posmatrano u koordinatnom sistemu datog sklopa. )aterijal zavrtnja je čelik,

modula elastičnosti 1**** N+mm, posonovog koecijent *.3 i granice tečenja

-e&** "N+mm# a materijal nosača je$

Domaći zadatak br.1i !trana 1 "


2/22



ČELIK , modula elastičnosti 1!000 N+mm, posonovog koecijenta *.3 i granicetečenja -e&""0 "N+mm#

/otrebno je kreirati minimalni 30 model za analizu opisanog problema primenom

metoda konačni elemenata.

Domaći zadatak br.1i !trana "


3/22



Na osnovu postavke problema bira se sklop 2ezba *34 koji se sastoji od jednog dela

2nosac5*34 i jednog dela 2zavrtanj5*34 6slika 17.

8lika 1

8a modela su, radi smanjenja broja konačni elemenata, uklonjeni sledeći detalji$

• )ali otvor na kraćem delu nosača, pošto se nalazi van zone u kojoj se očekuje

pojava visoki napona.

•

(aobljene ivice na konveksnim uglovima, pošto ne utiču na porast napona uodgovarajućim zonama.

)odel bez pomenuti detalja prikazan je na slici .

8lika

Domaći zadatak br.1i !trana # "


4/22



-edukovani model preveden je u 9ormat programa :N8'8 upotrebom dodatka ovog

programskog paketa namenjenog uvozu modela deirektno iz ;:0 paketa.

Na osnovu zadati podataka, kreirani su materijali


5/22



>ip kontakta izme?u delova u sklopu promenjen je sa 2@onded4 na 2No 8eparation4

68lika A7, tako da se dozvoljava relativno pomeranje komponenti 6malog intenziteta7

ali se i dalje omogućava vršenje linearne analize.

8lika A

0a bi se zadovoljili uslovi zadatka 9ormirani su sledeći tipovi oslonaca i opterećenja

68lika B7$

:. Cslonac tipa

@. Cslonci tipa

nosač.

Domaći zadatak br.1i !trana % "


6/22



;. Cpterećenje tipa

komponente jednake polovini zadati, usled iskorišćenja simetrije polovini

zadati, usled iskorišćenja simetrije.

8lika B

Na modelu je kreirana inicijalna mreža konačni elemenata, čija je gustina odre?enapodrazumevanim podešavanjima programa


7/22



• )aksimalni smičući napon na celom sklopu

• 8tepen sigurnosti na osnovu odnosa granice tečenja i ekvivalentnog napona

• 8tepen sigurnosti na osnovu odnosa granice tečenja i maksimalnog smičućeg

napona

Hako se materijali komponenti razlikuju, kao i radi bolje vizuelizacije u granu

28olution4 dodati su zatevi za prikaz ekvivalentog napona i stepena sigurnosti po

svakoj komponenti sklopa zasebno 68lika J7.

Domaći zadatak br.1i !trana ' "


8/22



8lika J

Fzvršena je analiza modela sa incijalnom mrežom konačni elemenata. -ezultati koji

se odnose na ceo sklop prikazani su na slikama K L 11.

Domaći zadatak br.1i !trana ( "


9/22



8lika K

8lika 1*

Domaći zadatak br.1i !trana ) "


10/22



8lika 11

Na osnovu slika K=11 može se zaključiti da je mreža konačni elemenata re?a od

potrebne, pošto su granice izme?u kontura napona grube a skokovi napona nagli.

Csim toga primećuje se da je ekvivalentni napon dobijen na osnovu ovakve mreže

veoma blizak naponu tečenja, posebno na nosaču. 0a bi se situacija preciznije

sagledala, biće prikazani naponi po svakoj komponenti sklopa zasebno.

8lika 1

Domaći zadatak br.1i !trana 1* "


11/22



8lika 13

8lika 1



12/22



8lika 1A

8a slika 13=1A zapaža se da je nosač mnogo opterećeniji od zavrtnja. Naponi na

nosaču su većeg intenziteta i bliži su granici tečenja, koja je inače niža od granice

tečenja zavrtnja.Hritično mesto na strukturi je konkavna zaobljena ivica na nosaču 6slika 1B7.

8lika 1B



13/22



-adi utvr?ivanja mere tačnosti rezultata denisana je konvergencija po

ekvivaletnom naponu na nosaču 68lika 1E7. -adi uštede računarski resursa

zatevani kriterijum iznosi AM razlike izme?u uzastopni rešenja.

8lika 1E

)aksimalni broj dodatni iteracija povećan je na 68lika 1J7.

8lika 1J

Nakon što je ponovo izvršena analiza, pokazalo se da je razlika izme?u maksimalni

vrednosti ekvivalentnog napona izme?u druge i treće iteracije manja od zatevani

AM 68lika *7. Csim toga, ova razlika je manja od razlike izme?u prve i druge

iteracije, pa se može tvrditi da napon konvergira ka vrednosti koja će biti nekoliko

procenata veća od izračunate.

Domaći zadatak br.1i !trana 1# "


14/22



8lika 1K

Ikvivalentni napon na nosaču i stepen sigurnosti, izračunati u trećoj iteraciji,

prikazani su na slikama *=.

8lika *

Domaći zadatak br.1i !trana 1$ "


15/22



8lika 1

8lika

Na osnovu pretodni slika može se zaključiti da je ekvivalentni napon na nosaču

manji od granice tečenja. 8toga ne bi došlo do trajnii plastični de9ormacija ako

dodje do povećanje opterećenja kao i pri pojavi dinamičkog opterećenja umerenog

intenziteta.

Domaći zadatak br.1i !trana 1% "


16/22



Domaći zadatak br. #: termi$ka analiza i strukturnaanaliza uz %risust&o tem%eraturni' dilata(i)a

>emperatura na površini označenoj brojem 6na slici iz domaćeg zadatka br. 17

iznosi *0 °;. 8ve površine osim površine označene brojem 1 i površina unutarotvora za zavrtnje koje se sa njom dodiruju izložene su statičnom vazduu.

/ošto je dejstvo temperature simetrično u odnosu na ravan koja je u pretodnom

zadatku korišćena kao ravan simetrije, termička analiza može se vršiti na istom

redukovanom modelu. :naliza je započeta prebacivanjem ;:0 modela u program

:N8'8 Dorkbenc. U prozoru Map of analysis types označena su polja Steady-State

Thermal i Static Structural, čime je stablo modela ispunjeno odgovarajućim

granama 68lika 37. >ip kontakta izme?u komponenti promenjen je sa 2bonded4 na

2no separation4.

8lika 3

Na donjoj površini zavrtnja postavljen je temperaturni granični uslov granični uslov,

gde temperatura iznosi 1** °; 6slika 7.

Domaći zadatak br.1i !trana 1& "


17/22



8lika

Na svim površinama, osim na površini koja je u kontaktu sa zidom, površinama

unutar otvora za zavrtanj i površinama na ravni simetrije, zadata je konvekcija.

Hoecijent konvekcije zadat je uvozom koecijenta iz biblioteke programa :N8'8,koji odgovara statičnom vazduu i iznosi A1*=B D+mm °; 6slike A i B7.

8lika A

8lika B

Domaći zadatak br.1i !trana 1' "


18/22



/okrenuta je analiza da bi se dobilo temperaturno polje i toplotni Ouks unutar

sklopa. -ezultati su prikazani na slikama E i J.

8lika E

8lika J

0a bi se analiziralo naponsko stanje koje u sklopu nastaje usled temperaturni

dilatacija, na sklopu su zadati granični uslovim identilni onima iz domaćeg zadatka

br. 1, osim sile koja deluje na donju površinu zavrtnja 6slika K7. (atim je ponovopokrenuta analiza.

Domaći zadatak br.1i !trana 1( "


19/22



8lika K

/omeranja i naponi koji nastaju usled temperaturni dilatacija prikazani su na

slikama 3* i 31.

8lika 3*

Domaći zadatak br.1i !trana 1) "


20/22



8lika 31

Honačno, zadata je i sila koja deluje na donju površinu zavrtnja, identično kao u

domaćem zadatku br. 1., nakon čega je ponovo izvršena analiza. Hombinovani uticaj

termičkog i meaničkog opterećenja prikazan je na slikama 3 i 33.

8lika 3

Domaći zadatak br.1i !trana * "


21/22



8lika 33

Nakon ponjenja mreže u okolini zone najvišeg napona, uočava se prelazak granice

tečenja materijala držača, u zoni otvora za zavrtanj, naročito izražen na ivicama

otvora 6slika 37.

8lika 3



22/22



Na slici 3A prikazani su stepeni sigurnosti usled dejstva temperature$

8lika 3A

Na slici 3B je sada prikazan stepen usled dejstva temperature i opterecenja u

konkretnom slucaju sila deluje na donju povrsinu vijka $

Fzvodi se zaključak, usled pretodno izvršeni analiza 9aktora sigurnosti. Cn ostaje

približno isti kada deluje i temperatura pojedinačno ali i kombinovano sa silom

opterećenja. idi se na osnovu analize da je stepen sigurnosti nezadovoljavajići, što

znači da usled dejstva sile dolazi do trajnog de9ormisanja dela.

Documents

MKE Analiza