Применение комплексного подхода к расчету ответственных инженерных конструкций
Сравнение решения задачи прочности аналитическим методом, применяемым в теории сопротивления материалов, и методом конечных элементов, применяемым в пакетах автоматических инженерных расчетов. Расчет аутригера на примере транспортно-перегрузочной машины.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.10.2018 |
| Размер файла | 557,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Применение комплексного подхода к расчету ответственных инженерных конструкций
П.А. Шерин,
Е.О. Бобылев
Сложная современная техника предъявляет к себе множество требований, касающихся не только качества изготовления элементов, составляющих конструкцию, но и применение современных методов расчета этих элементов. Сочетания многих нагрузок, сложная геометрия конструкции, наличие сварных швов и болтовых соединений ведет к усложнению аналитического расчета на прочность. Введение допущений, упрощающих расчет, сказывается на точности результата.
К технике, испытывающей при своей работе сложное сочетание нагрузок, относятся транспортно- перегрузочные машины, краны и другие грузоподъемные агрегаты, широко применяемые во всех отраслях промышленности. В процессе своей работы данные агрегаты должны сохранять стабильность и устойчивость при работе с грузами на любом вылете стрелы и при любых допустимых рабочих ветровых нагрузках. Для этого в таких агрегатах используются механизмы вывешивания и горизонтирования.
Механизмы вывешивания и горизонтирования состоят из домкратов, разгружающих ходовую часть машины (шасси) и выносных опор - аутригеров, которые увеличивают поперечную базу машины, предотвращая опрокидывание агрегата.
Рассмотрим расчет аутригера на примере транспортно- перегрузочной машины. Общий вид машины представлен на рисунке 1.
автоматический инженерный аутригер перегрузочный
Размещено на http://www.allbest.ru/
Аутригер представляет собой сложную пространственную сварную металлоконструкцию с набором ребер жесткости. Общий вид аутригера представлен на рисунке 2.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Сечение А-А является опасным, так как в нем сосредоточены изгибающие и крутящие моменты. Расчетная схема сечения А-А представлена на рисунке 3.
Первый метод решения поставленной задачи заключается в аналитическом нахождении приведенных напряжений в расчетном сечении А-А.
Приведенные напряжения по Мизесу в сечении А-А определяются как:
где- нормальные напряжения в сечении А-А;
- напряжения среза в сечении А-А.
Нормальные напряжения определяются как:
гдеMY - изгибающий момент в сечении относительно сои Y;
WY - момент сопротивления сечения А-А относительно оси Y;
MZ - изгибающий момент в сечении относительно сои Z;
WZ - момент сопротивления сечения А-А относительно оси Z;
POX - растягивающая сила в кронштейне аутригера.
F - площадь расчетного сечения.
Напряжения среза в сечении А-А определяются как:
где- касательные напряжения в сечении А-А от действия силы PZ;
- касательные напряжения от действия момента MX в стенке сечения А-А;
- касательные напряжения в сечении А-А от действия силы PY;
- касательные напряжения от действия момента MX в полке сечения А-А.
Принимая геометрические соотношения сечения (см. рисунок 2) и заделки аутригера (см. рисунок 3), определяем приведенное напряжение в сечении А-А:
Мпа
В итоге определяем запас прочности в сварном шве сечения А-А:
где k1 - коэффициент, зависящий от свойств свариваемых материалов,
k1 = 0, 9;
k2 - коэффициент учитывающий вид сварного соединения и характер нагружения,
k2 = 0, 7;
- предел текучести материала аутригера,
МПа - для стали 10ХСНД.
Второй метод решения поставленной задачи заключается в автоматическом расчете аутригера методом конечных элементов в пакете ANSYS. Для расчета будем использовать оболочечную модель конструкции, вследствие того, что на ее построение и расчет тратится меньше машинного времени и ресурсов вычислительной техники, чем на твердотельную расчетную сетку.
Использование автоматических систем вычисления позволяет определять напряжения в любой требуемой точке и сечении конструкции, а также выявлять концентраторы напряжений. Проведем прочностной расчет стакана аутригера (см. рисунок 2) и повторим расчет сечения А-А.
Оболочечные модели стакана и сечения А-А представлены на рисунке 4.
В результате расчета получили значения напряжений:
- у1 = 90 МПа;
- у2 = 137 МПа;
- у3 = 135 МПа.
В итоге определяем коэффициент запаса для расчетного сечения А-А:
В работе был проведен расчет конструкции аутригера аналитическим методом и с помощью инженерного пакета расчетов ANSYS. При расчете металлоконструкции в инженерном пакете ANSYS были получены результаты, практически совпадающие с результатами аналитического метода расчета. Отличие результатов заключается в том, что в аналитическом методе не были учтены дополнительные конструктивные элементы аутригера, такие как ребра жесткости, диафрагмы, и другие элементы металлоконструкции, позволяющие увеличить ее жесткость. Данные результаты показывают, что для расчета сложных элементов конструкции необходим комбинированный подход к решению поставленных задач.
Литература
1. И. А. Биргер, Б. Ф. Шорр. Расчет на прочность деталей машин. Москва, Машиностроение 1979, 677 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Перенос нагрузки в узлы. Переход к общей системе координат. Поворот координатных осей с помощью матрицы преобразования координат. Объединение конечных элементов. Суммирование рассылаемого блока с имеющимся блоком в матрице методом сложения жесткостей.
презентация [772,0 K], добавлен 24.05.2014Кинематические параметры и схема кривошипной машины. Определение параметров пресса. Проектирование и расчет главного вала традиционным методом и методом конечных элементов. Анализ статических узловых напряжений. Расчет конструктивных параметров маховика.
курсовая работа [673,5 K], добавлен 17.03.2016Понятие о методе конечных элементов, его вариационные основы. Вычисление приращения функции, принцип Лагранжа. Аппроксимация конечно-элементной модели сооружения. Матрица жесткости, ее необходимые величины. Интегрирование по объему, расчет длины.
презентация [133,2 K], добавлен 24.05.2014Структурный и кинематический анализ кривошипно-ползунного механизма рабочей машины. Расчет скоростей и ускорений. Кинематический анализ методом диаграмм. Определение силы полезного сопротивления. Силовой расчет методом "жесткого рычага" Н.Е. Жуковского.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 15.02.2016Основные характеристики ротора компрессора К398-21-1Л. Определение собственных частот и форм колебаний. Модальный анализ блочным методом Ланцоша. Статический расчет рабочих колес. Возможности решения контактных задач в программном комплексе ANSYS.
курсовая работа [4,1 M], добавлен 20.06.2014Определение содержания элементов в шихте с учетом угара, их описание. Балансовое уравнение по углероду. Обеспечение получения жидкого чугуна с заданными механическими свойствами. Химический состав шихтовых материалов и технические условия на отливку.
практическая работа [24,9 K], добавлен 30.01.2010Характеристика расчета шихты аналитическим путем. Методы определения количества шихтовых материалов, обеспечивающих получение жидкого чугуна заданного химического состава и определенных механических свойств. Особенности технических условий на отливку.
практическая работа [24,7 K], добавлен 26.01.2010Кинематическое и кинетостатическое исследование механизма рабочей машины. Расчет скоростей методом планов. Силовой расчет структурной группы и ведущего звена методом планов. Определение уравновешивающей силы методом "жесткого рычага" Н.Е. Жуковского.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 04.05.2016Особенности определения прочностной надежности детали. Физические свойства расчетной модели материала: упругость, пластичность и ползучесть. Анализ напряжения и деформации в точке для оценки нагруженности деталей. Методы расчета элементов конструкций.
презентация [413,9 K], добавлен 24.02.2014Определение усилий в стержнях фермы аналитическим методом вырезания узлов. Значение усилий в стержнях фермы, особенности расчета опорных реакций. Расчет плоской сложной и пространственной конструкций. Определение усилий в стержнях фермы методом Риттера.
курсовая работа [305,8 K], добавлен 29.09.2010Расчет годовой программы запуска и определение типа производства табличным методом. Анализ технических условий на изготовление детали и технологичности конструкции детали. Расчет припусков на механическую обработку расчетно-аналитическим методом.
курсовая работа [331,3 K], добавлен 18.02.2009Раскрытие сущности метода конечных элементов как способа решения вариационных задач при расчете напряженно-деформированного состояния конструкций. Определение напряжения и перемещения в упругой квадратной пластине. Базисная функция вариационных задач.
лекция [461,5 K], добавлен 16.10.2014Понятие морозостойкости и ее роль в длительности службы природных материалов. Определение потери прочности после циклов замораживания. Проведение испытания на теплостойкость методом Мартенса и методом Вика. Последствия нарушения теплостойкости материала.
реферат [19,8 K], добавлен 13.03.2012Анализ данных эксплуатации тяговых передач электропоездов с механической частью. Особенности конструкции и ремонта резинокордовой муфты. Расчёт динамики и прочности деталей муфты методом конечных элементов. Технология сборки и разборки тяговой муфты.
дипломная работа [1,0 M], добавлен 18.05.2012Расчет режима резания при точении аналитическим методом для заданных условий обработки: размер заготовки, обоснование инструмента, выбор оборудования. Стойкость режущего инструмента и сила резания при резьбонарезании. Срезаемый слой при нарезании резьбы.
контрольная работа [3,7 M], добавлен 25.06.2014Математическая модель установившегося потокораспределения в инженерных сетях, методы ее анализа и пути разрешения существующих проблем. Гидравлический анализ инженерных сетей, критерии их функционирования и проектировании, повышение эффективности.
магистерская работа [537,9 K], добавлен 30.07.2015Выполнение инженерных расчетов по технологии прокатного передела на примере определения показателей деформации листового проката. Вычисление геометрических размеров полосы по клетям при горячей (холодной) прокатке. Расчет показателей деформации.
курсовая работа [84,6 K], добавлен 17.12.2013Характеристика методов решения инженерных задач (морфологический анализ, мозговая атака, функционально-стоимостный анализ). Теории решения изобретательских задач. Поиск технического решения устранения трения при обработке изделий из алюминиевых сплавов.
курсовая работа [131,1 K], добавлен 26.10.2013Традиционный метод решения технических задач и кустарный промысел. Особенности чертежной тактики машиностроения и современного проектирования. Использование способов "мозгового штурма", синектики, морфологического анализа и ликвидации тупиковых ситуаций.
реферат [42,1 K], добавлен 09.02.2011Расчёт размеров контрольно-измерительного калибра для скобы (контркалибра). Расчет посадки с натягом для соединения вала и втулки. Расчет размерных цепей методом максимума-минимума (методом полной взаимозаменяемости) и теоретико-вероятностным методом.
курсовая работа [145,0 K], добавлен 14.07.2012
