Расчет напряженно-деформированного состояния объемной детали со сквозными отверстиями

Задание

Расчет напряженно-деформированного состояния объемной детали со сквозными отверстиями (рисунок 1).

 

Pрисунок 1

Материал:   St3.

Размеры:a=122, b=60, c=150, r=8, s=16.

Нагрузка:  Сила F = 100кН  на узлы двух нижних  дальних отверстий.

Закрепление: жёсткое закрепление по поверхностям двух нижних ближних отверстий.

Моделирование конструкции

Моделировать (вырисовывать) конструкцию, имеющую определенную степень сложности лучше всего, начиная с создания концевых точек.

Создание точек.Выберите пункт меню Geometry (геометрия). В появившемся подменю выберите Rectangle (прямоугольник). В появившемся окне введите последовательно координаты двух  точек.

X=0, Y=0

X=122, Y=60

   Создание границ и поверхностей.Сначала построим окружности, выбрав команду Geometry ® Circle®Center… Укажите координатами центр окружности, OK. В следующем оконце укажите радиус, OK (всего шесть окружностей).

Теперь приступаем к созданию границ и поверхностей.

Выберите команду Geometry Boundary Surface... (определение границ сетки). В появившемся окне (рисунок 2) следует пометить идентификационные номера (ID) линий, образующих границу поверхности. Для этого двигая мышью, указывайте курсором на каждую линию и отмечайте ее щелчком левой кнопки (при этом отмеченная линия будет помечена кружком).

Рисунок 2

Сохранение модели. Для сохранения модели в меню выберите FileSaveas ...  и введите имя файла модели. Назовем его braketa. Не забывайте далее сохранять вашу модель по мере ее формирования с помощью команды Save.

Создание твердого тела. Прежде всего, для удобства, с помощью команды View®Rotate повернем конструкцию в диметрию.

Создавать твердое тело будем способом выдавливания граничной поверхности. Для этого выберите команду Geometry®Solid®Extrude. В появившемся окне (рисунок 3), прежде всего, необходимо определиться, какую поверхность будем выдавливать, для этого нажмите кнопку Surface (поверхность) и выберите поверхность.

В директории Material по умолчанию будет выбрано New Solid, т.к. еще никаких твердых тел нет.

В директории Direction выберите Negative (выдавливание по нормали к поверхности в нижнем направлениях), при этом стрелкой будет показано это направление.

В директории Length выберите To Depth (глубина) и укажите глубину выдавливания 0.016 м.

Далее выберите OK, в результате чего первое твердое тело (основание) будет создано.

Рисунок 3

Теперь займемся отверстиями.

Для этого вновь выберите команду Geometry®Solid®Extrude. В появившемся окне (рисунок 4), определимся с поверхностью, которую будем выдавливать, для этого нажмите кнопку Surface (поверхность) и выберите поверхность одного из отверстий.

В директории Material выберите Remove – Hole (отверстие).

В директории Direction выберите Negative (выдавливание по нормали к поверхности в нижнем направлении.

В директории Length выберите Thru All (сквозное отверстие через все тело).

Далее выберите OK, в результате чего первое отверстие в теле будет создано.

Рисунок 4

Для создания остальных отверстий необходимо повторить все команды, описанные выше для создания отверстий.

Для получения конструкции в твердотельном представлении выберите на панели инструментов кнопку . И в появившемся меню (рисунок 5) выберите Rendered Solid.

Рисунок 5

Твердотельная деталь представлена на рисунке 6.

Рисунок 6.

Дискретизация.

В большинстве случаев произвести разбиение конструкции на конечные элементы в системе MSC/NASTRAN можно способом автоматического построения сетки. Для этого вначале зададим команду Mesh->MeshControl-> DefaultSize... (задание размера элементов сетки). В появившемся диалоговом окне задаем ориентировочный характерный размер (длину) конечных элементов сетки (Size = 0.01 м), смотреть рисунок 7.

Рисунок 7

Далее выбираем команду Mesh->Geometry->Solid(формирование сетки). В появившемся окне (рисунок 8.) следует нажать OK.

                             

Рисунок 8

В следующем окне (рисунок 9) необходимо загрузить наш материал St3 и нажать OK.

Рисунок 9

В появившемся окне формирования сетки Automesh Solids просто нажмем кнопкуOK.

Рисунок 10

Процесс формирования сетки элементов может занять несколько секунд. Сетка четырехугольных конечных элементов представлена на рисунке 11. Чтобы номера элементов и узлов не загромождали чертеж используем команду ViewOptions... для их «отключения».

Рисунок 11

Задание граничных условий.

Сформируем условия жесткого закрепления на внутренних поверхностях четырех отверстий пластины. Выберем в меню команду задания варианта закрепления: Model->Constraint->Onsurface. В возникшем диалоговом окне для варианта закрепления ID = 1 введем его название (Title), например «Simply Supported» (необязательно), после чего укажем OK.

Далее появится окно, в котором следует отметить номера закрепляемых узлов (рисунок 12). Укажем мышью внутренние поверхности отверстий.

Рисунок 12

В следующем окне (рисунок 13) необходимо указать жесткую заделку (параметр fixed) и нажать OK. 

Рисунок 13

Задание нагружения.

Выберем в меню команду задания варианта нагружения Model->Load-> Onsurface(задание объемных сил). В возникшем диалоговом окне для варианта нагрузки ID = 1 введем его название (Title), например «Pressure», после чего укажем OK.

В следующем окне (рисунок 15) мы выбираем поверхность нагружения, в нашем случае внутренняя поверхность “Трубы” и нажимаем OK.

Рисунок 14

В появившемся окне CreateLoadsonSurfaces выбираем значение pressure и выставляем его значение 1000 Па (значение pressure) и нажимаем