Работа № 2 концентрация напряжений в кольцевых канавках и галтелях

Цель: оценить влияние канавок и галтелей конструктивного или технологического назначения на концентрацию напряжений в стержне при различных видах нагружения.

Задача: выполнить модели стержней с кольцевой канавкой и галтелью, приложить нагрузку и провести сравнительный анализ по напряжениям и деформациям.

Исходные данные

Варианты для выполнения лабораторной работы № 2 представлены в приложении Б.

2.1. Кольцевая канавка

Размеры стержня с кольцевой канавкой: диаметр стержня D (мм), диаметр канавки , длина стержня (мм) взять по своему варианту.

Канавку выполнить по середине стержня.

Радиус скругления канавки:

Приложить нагрузку для различных вариантов нагружения.

Вариант а: Растяжение

Нагрузка давление

Сравнить напряжения в канавке с номинальными ( ). Данные вписать в таблицу 2.

Вариант б: Изгиб

Определить напряжения в зоне канавки и сравнить с напряжениями в этом же месте для стержня без канавки. Результаты внести в таблицу 2.

Вариант в: Кручение

Нагрузка:

Определить напряжения и угол закрутки торца стержня без канавки. Результаты внести в таблицу 2.

Вал с галтельным переходом

Размеры вала: больший диаметр стержня D (мм), меньший диаметр стержня d (мм). Длина каждой ступени 50 мм. Отношение радиуса канавки к меньшему диаметру взять по своему варианту.

Приложить нагрузку для различных вариантов нагружения.

Вариант а: Растяжение

Нагрузка

Определить напряжения в зоне. Результаты внести в таблицу 3.

Вариант б: Изгиб

Определить напряжения в зоне галтели и перемещение свободного конца вала для. Результаты внести в таблицу 3.

Вариант в: Кручение

Нагрузка:

Определить напряжения в зоне галтели и угол закрутки торца вала в град. Результаты внести в таблицу 3.

Отчет выполнить в виде таблицы.

Таблица 2

Вал с кольцевой канавкой
Вид нагрузки	Растяжение		Изгиб		Кручение
	Напряжение N/мм^2	Перемещение свободного конца, мм	Напряжение N/мм^2	Перемещение свободного конца, мм	Напряжение N/мм^2	Угол закручивания торца, град
вал без канавки
вал с канавкой

Таблица 3

Вал с галтельным переходом
Вид нагрузки	Растяжение		Изгиб		Кручение
	Напряжение N/мм^2	Перемещение свободного конца, мм	Напряжение N/мм^2	Перемещение свободного конца, мм	Напряжение N/мм^2	Угол закручивания торца, град
Галтельный переход

Выводы.

В выводах проанализировать результаты расчета.

Справка

Как изменить сетку. Mesh →Generate 3D Mesh. Затем Mesh (ниже на панели) → Enchance Surface Mesh →- ввести значение сетки →Mesh → Done

Как приложить единичную силу к узлу. На панели Selection →Vertices. Выделить необходимый узел на модели (появится точка), затем ПКМ→ Add →Nodal Force. В открывшемся окне ввести значение силы в окно Magnitude, и выбрать направление по одной из осей или направление вектора, если вектор силы не6 совпадает ни с одной из осей.

Как приложить Мкр. Для того, чтобы приложить Мкр необходимо создать дополнительную конструкцию из только из балок или пластин (beam, plate) и к этой конструкции приложить узловой Мкр.

1. Разбить поверхность на сетку. Mesh. При необходимости уменьшить величину сетки. Выделить поверхность к которой прикладывается Мкр.

2. Draw →Draw →line. В открывшемся окне убрать Use as Construction. Добавить Single line.

Начертить конструкцию из линий. Линии чертить из центра торца вала привязывая концы отрезков к узлам (а). (чем больше будет элементов конструкций, тем лучше). Из центра провести перпендикуляр, используя приращение по оси (б).

а б

Словарик:

Round - круг

Pipe – труба

Rectangular - прямоугольник

Hollow rectangular – полый прямоугольник

Wide Flage Beam – широкая фланцевая балка

C Channal – С канал

User-Defined – пользовательский

3. В FEA Editor дать этой конструкции тип элементов – балка: Element Type <Beam> . Задать вид балки: Element Definition →ПКМ →Edit Element Definition. В открывшемся окне или согласится с предложенным сортаментом или выбрать другой. Чтобы выбрать другой надо выделить строку с характеристиками профиля, активируется вкладка Cross-Section Libraries. Нажать на эту вкладку, откроется новое окно библиотеки. Если нужен нестандартный профиль (круглый, труба, квадрат и др.) активируйте вкладку в правом верхнем углу (User-Definied^*) и задайте параметры. Можно выбрать стандартный сортамент активируя вкладку Section database→asic 2001 (2005).

В Material выбрать материал балки.

4. Еще раз разбить на конечные элементы и только после этого перейти к нагрузкам и опорам.

5. Задать опоры. (Surface Boundary Conditions)

6. Задать узловой крутящий момент. Для этого надо в Selection выбрать Verices. Далее выделить узел на балочной конструкции,→ПКМ.→ Add →Nodal Moment. В открывшемся окне задать значение М кр. и выбрать вокруг какой оси он задан.

7. Задать закрепление.

8. Далее Analysis→ Run Simulation.

Как получить результаты при кручении:

1. максимальный угол поворота балочной конструкции сечения (град):

Results Contours→Displacement→Rotation→Rotational Z

Значение угла дано слева внизу на экране.

2. угол поворота торца стержня считать по формуле:

, где - перемещение узла по дуге окружности (мм), - радиус стержня (мм).

2. перемещения и напряжения:

Selection→Nodes

Results Inquire→Current Results

Далее на панели Results Contours выбрать тот компонент, который нужен (напряжения или перемещения). В таблице «Inquire Results» появятся данные расчета.