Wykład cz 2 10-255

Komputerowe wspomaganie projektowania
Modelowanie
wytrzymałościowe
CAD/FEM
8.
Rodzaje analiz
10
11
Obliczenia dynamiczne są konieczne wtedy,
gdy wskutek działania zmiennej siły zachodzą
i dominują w obiekcie zjawiska falowe
12
dynamika!
14
13
statyka!
15
1
statyka!
16
17
18
19
20
21
2
22
23
24
25
26
27
3
28
29
Porównanie analizy liniowosprężystej
i sprężysto-plastycznej
Przykład:
Element zginany wykonany ze stali klasy S355 (18G2A)
o następujących parametrach:
- granica plastyczności
Re min = 355MPa,
- wytrzymałość na rozciąganie
Rm
= 490-600MPa.
Zastosowano bilinearny model materiału sprężystoplastyczny.
30
Porównanie
analizy
liniowosprężystej
31
Porównanie analizy liniowosprężystej i
sprężysto-plastycznej
i
sprężystoplastycznej
Naprężenia wg
hipotezy HuberaMisesa. W zakresie
sprężystym
przekroczone Rm
32
Naprężenia w kierunku poziomym σx.
33
4
34
35
Ugięcie elastomerowej membrany w zakresie liniowym i nieliniowym
Zakres liniowy – „małe przemieszczenia”
Nieliniowość geometryczna – „duże przemieszczenia”
36
37
38
39
5
40
41
42
43
44
45
6
Zagadnienia nieliniowe geometrycznie i materiałowo
− zagadnienia sprężysto-plastyczne
Test zderzeniowy – czołowy z prędkością 64 km/h
VOLVO XC90
46
47
Numeryczne i eksperymentalne badania
cienkościennych belek obciążonych udarowo
48
ε
49
Animacja deformacji belki cienkościennej zgrzewanej punktowo
Przykładowe postaci
deformacji belek
cienkościennych
zgrzewanych punktowo
otrzymane z obliczeń
numerycznych i badań
eksperymentalnych
d = 8mm , t = 25mm
d = 4mm , t = 25mm
d = 8mm , t = 50mm
50
51
7
Komputerowe wspomaganie projektowania
Modelowanie
wytrzymałościowe
CAD/FEM
9.
Dziękuję za uwagę!
Globalna macierz
sztywności
52
53
54
55
56
57
8
58
59
60
61
62
63
9
64
65
66
67
68
69
10
w
70
71
72
73
74
75
11
76
77
78
79
80
81
12
82
83
84
85
86
87
13
[K ] {u}={F }
[K ]
88
89
90
91
92
93
{u}={F }
14
Komputerowe wspomaganie projektowania
Modelowanie
wytrzymałościowe
CAD/FEM
10.
Ramy i kratownice
Dziękuję za uwagę!
94
95
Rama – ustrój nośny złożony z elementów mających
jeden wymiar znacznie większy od dwu pozostałych,
co najmniej o rząd, i oś prostą lub krzywoliniową.
Elementy ramy – belki są połączone ze sobą przeważnie
sztywnymi węzłami lub przegubowo
Kratownica – ustrój nośny złożony z elementów mających
jeden wymiar znacznie większy od dwu pozostałych i oś
prostą lub krzywoliniową, w którym elementy są połączone
ze sobą zawsze w sposób przegubowy.
96
97
98
99
15
100
101
Elementy ustrojów nośnych żurawi
o strukturze kratownicy 3D
102
Elementy ustrojów nośnych
żurawi o strukturze
kratownicy 3D
103
Brama suwnicy o dźwigarach
kratownicowych
104
105
16
Most
żurawia
przeładunkowego
106
107
108
109
Diabelski młyn – Prater Wiedeń
Most Zwierzyniecki we Wrocławiu
średnica 60m
Struktura przestrzenna 3D
pylony, koło – belki
„szprychy” - pręty
110
111
17
Ustrój nośny żurawia złożony z elementów ramowych i
powierzchniowych
Ustrój nośny koparki kołowej
Wysięgnik koła czerpakowego, przeciwwagi, maszty i most w postaci ram 3D
112
Ustrój nośny koparki kołowej
Wysięgnik koła czerpakowego, przeciwwagi, maszty i most w postaci ram 3D
113
Ustrój nośny wysięgnika koparki kołowej
114
115
Ustrój nośny autobusu
Rama
samochodu
ciężarowego
116
117
18
Uderzenie autobusu o masie 9t przez samochód ciężarowy
o masie 22t jadący z prędkością 50km/h
118
119
120
121
122
123
19
124
125
126
127
128
129
20
?
130
131
132
133
134
135
21
symetria
136
Uderzenie autobusu o masie 9t przez samochód ciężarowy
o masie 22t jadący z prędkością 50km/h
137
Symulacja wywrócenia autobusu – regulamin ECE66
138
139
140
141
22
Analiza przyczyn awarii wysięgnika
koła czerpakowego koparki kołowej
142
143
144
145
146
Dziękuję za uwagę!
147
23
Komputerowe wspomaganie projektowania
Modelowanie
wytrzymałościowe
CAD/FEM
11.
Struktury powierzchniowe
148
149
150
151
152
153
24
154
155
156
157
158
159
25
160
Model nadwozia samochodu osobowego
161
Przykład. Symulacja Crashtestu - postać deformacji samochodu
162
163
Skręcanie ramy samochodu ciężarowego
Crashtest samochodu osobowego SAAB 9-5
164
165
26
Ustrój nośny
Ustrój nośny
koparki wielonaczyniowej
koparki
BWE700L
wielonaczyniowej
BWE700L
166
Rama portalowa podwozia zwałowarki
167
Rama portalowa podwozia zwałowarki ZGOT 12500.75
168
Koparka BWE1400
170
169
Wysięgnik koparki BWE 1400 – warstwice naprężeń
171
27
Suszarnia
koncentratu
miedzi
długość 50m
172
173
Dźwigar gąsienicowy w koparce
SchRs 4000.37,5 (O&K)
174
175
Miejsca występowania uszkodzeń
Dźwigar gąsienicowy w koparce
SchRs 4000.37,5 (O&K)
Pęknięcie
Warunki brzegowe
Długość czynna gąsienicy: lk = 10,225m,
Szerokość gąsienicy:
b = 4,5m,
Pęknięcie
Wyboczenie
pasa dolnego
i środnika
Pęknięcie
176
177
28
Obciążenia dźwigara
Sumaryczne obciążenie
pionowe na wszystkie
podpory przypadek HZ2
VZGES = -47117kN,
Maksymalny
współczynnik
tarcia gąsienicy
o podłoże
wg normy DIN 22261
= 0,6
V
Moment wokół osi pionowej
Mz
Siła poprzeczna
Hx
[kN]
-2580
Obciążenie poprzeczne
liniowe
q
[kN/m]
-792,8
Mimośród obciążenia
poprzecznego
e
[m]
1,63
Siła poprzeczna przy poślizgu
poprzecznym
QQ
[kN]
7136
Siła wzdłużna przy wleczeniu
LL
[kN]
7136
Dodatkowe obciążenie
Fmax
[kN]
822,5
Dźwigar gąsienicowy
schemat
wahacz-wahacz
podparcia
wahacz-koło
gwiazdowe
koło gwiazdowe-koło
gwiazdowe
Siła maksymalna na belce
momentowej
[kN]
-11893,5
Przypadki obciążenia i ich kojarzenia obciążeń przy
oddziaływaniu skutków przejazdu oraz przy
specjalnych podparciach podwozia jezdnego
Obciążenie pionowe
[kNm] -20722,5
Obciążenia poziome Hx, Hy oraz moment skręcający Mz działające na poszczególne
dźwigary gąsienicowe podczas jazdy wynikają z interakcji pomiędzy poszczególnymi
zestawami, a podłożem i są uzależnione od obciążenia pionowego poszczególnych
178
zestawów. Jest to układ wielokrotnie statycznie niewyznaczalny.
Modele geometryczne dźwigara
180
gąsienicowego
Przykładowe wyniki – podparcie koło gwiazdowe wahacz
Kojarzenie obciążeń
Przypadek HZ2wg normy DIN 22261 (PN-G-47000-2)
− obciążenie stałe
E
− urobek
F
− zaskorupienie
V
− wiatr
W
− nachylenie
N
− siła obwodowa
U
− siła boczna
S
− tarcie
R
Specjalne podparcia Przejazd po Blokowanie
Poślizg
w podwoziu jezdnym
łuku L
LL
poprzeczny QQ
HZ (1,33)
HZG (1.1)
HZG (1.1)
HZS (1.2)
HZG (1.1)
179
Modele
181
dyskretne
Przykładowe wyniki – rozruch jazdy
182
183
29
Miejsca występowania przekroczeń
Przyczyny występowania uszkodzeń
błędy konstrukcyjne – karby geometryczne, skokowe
zmiany grubości blach ...,
nadmierny moment rozruchowi silników napędu jazdy,
„inwencja” operatorów maszyny – nieprawidłowe
podłączenie napędów, skręcanie pojazdami koparki
w miejscu ...
nieprzewidywanie przez normę DIN 22261 obliczeń
zmęczeniowych elementów ustroju nośnego podwozia
inne czynniki: …
184
185
Podsumowanie
Zaproponowano zmiany konstrukcyjne polegające na likwidacji lub znacznym
ograniczenie karbów geometrycznych oraz wprowadzenie dodatkowe elementy
nośne, zmianiono grubości blach.
Proponowane wzmocnienia
Uzyskano spełnienie wymagań dla większości przypadków
normowych.
Jedynym przypadkiem, w którym wystąpiły lokalne przekroczenia wartości
naprężeń było podparcie dźwigara w schemacie koło gwiazdowe – koło
gwiazdowe, przy maksymalnym obciążeniu pionowym.
Przypadek ten w praktyce eksploatacyjnej jest mało prawdopodobny. Obliczenia
w zakresie sprężysto-plastycznym z uwzględnieniem nieliniowości geometrycznej wykazały, że dla takiego podparcia i takiego obciążenia zakres występowania strefy plastycznej jest ograniczony, a współczynnik bezpieczeństwa na
lokalną utratę stateczności jest większy niż 2,5.
Zaproponowane zmiany powinny zapewnić dalszą bezawaryjną eksploatację
dźwigara, choć istnieje pewien margines niepewności związany
z zaabsorbowanymi przez materiał dźwigara cyklami odkształceń podczas
dotychczasowej eksploatacji oraz potencjalnymi wadami technologicznymi.
186
187
Dziękuję za uwagę!
Komputerowe wspomaganie projektowania
Modelowanie
wytrzymałościowe
CAD/FEM
12.
188
Struktury objętościowe
189
30
190
191
192
193
Modele objętościowe
Tłok silnika
spalinowego
wysokoprężnego
1,9TDI
Przykłady
Model dyskretny korpusu
silnika spalinowego –
obliczenia termiczne –
warstwice temperatury
194
Siatka elementów
Siatka elementów skończonych
skończonych
Warstwice
naprężeń
zredukowanych
w [MPa]
– elementy
objętościowe
czworokątne
195
31
Modele objętościowe - Przykłady
Modele objętościowe
Przykłady
Elementy silnika spalinowego –
warstwice temperatury
warstwice
przemieszczeń
Połączenie kształtowe
Silnik spalinowy
– warstwice
przemieszczeń
warstwice
naprężeń
196
197
198
Przekładnia planetarna
199
o mocy 735kW
Piec Kaldo do wytapiania srebra – masa 65t, 13 obr/min
Przekładnia planetarna
o mocy 735kW
200
elementy tetra 10-węzłowe
Przekładnia planetarna
o mocy 735kW
Warstwice naprężeń
201
32
Stent wieńcowy
Stent wieńcowy
Średnica drutu 0,13mm
Elementy: objętościowe
20 węzłowe
202
203
Stent wieńcowy
Animacja rozszerzania stentu – skala deformacji 1:1
Warstwice
intensywności naprężeń
(nieliniowość fizyczna i
geometryczna)
204
205
206
207
Połączenie śrubowe obrotowego podgrzewacza powietrza
śruby M42
33
208
Koło zabierakowe
w pojazdach gąsienicowych
koparki O&K SchRs 4000
209
Koło zabierakowe
Nowe
Wycofane z eksploatacji
210
211
Model geometryczny dotychczasowego
rozwiązania konstrukcyjnego
Koło zabierakowe
- dotychczasowa postać konstrukcyjna
Warstwice naprężęń
w gnieździe
zabieraka
Siatka FEM
212
213
34
Koło zabierakowe
- nowa postać konstrukcyjna
Model
geometryczny
Model
dyskretny
214
215
Warstwice przemieszczeń
Warunki brzegowe
216
217
Warstwice naprężeń zredukowanych
Koło zabierakowe
- nowa postać
konstrukcyjna
(wersja II)
Model
dyskretny
218
219
35
Warstwice naprężeń zredukowanych
220
Warstwice naprężeń zredukowanych
221
Katastrofa pomostu
ruchomego ze stopów
lekkich
222
224
223
Dziękuję za uwagę!
225
36