Расчет на прочность детали «основание»

МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. П. ОГАРЁВА»

 

Рузаевский институт машиностроения

Кафедра конструкторско-технологической информатики

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ДЕТАЛИ «ОСНОВАНИЕ»

С ИСПОЛЬЛЬЗОВАНИЕМ СИСТЕМЫ SolidWorks

 

Автор курсовой работы                                                               И.И. Иванов

Обозначение курсовой работы              КР–02069964–15.03.05–00–18

Направление подготовки       15.03.05 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств

Руководитель работы                                                        М.В. Чугунов

к.т. н., доц.           

 

Оценка  

 

Рузаевка

2018

 

 

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. П. ОГАРЁВА»

 

Рузаевский институт машиностроения

Кафедра конструкторско-технологической информатики

 

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Студент	Иванов Иван Иванович
1 Тема Расчет на прочность детали «Основание» с использованием системы SolidWorks
2 Срок предоставления работы к защите				число.месяц.2018
3 Исходные данные для исследования  Чертеж детали «Основание», схема приложения граничных условий, упрощения и требования, необходимые для выполнения расчета
4 Содержание курсовой работы 4.1 SolidWorks – интегрированная среда моделирования и анализа 4.2 Построение твердотельной модели детали «Основание» 4.3 Расчет на прочность детали «Основание» в среде SolidWorks Simulation
Руководитель работы		М.В. Чугунов
Задание принял к исполнению

		Документация текстовая
					Прил. А

КР-02069964-15.03.05 - 00-18

у

1

3

РИМ, каф. КТИ, дфо, К-302

Расчет на прочность детали «Основание» с использованием системы SolidWorks Ведомость курсовой работы

Чугунов

Иванов

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка содержит 33 страницы, 15 рисунков,1 таблицу, 10 используемых источников, 1 приложение.

СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ МОДЕЛЬ, РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ, ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ, КОНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, УЗЛОВЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ, НАПРЯЖЕНИЕ, КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА ПРОЧНОСТИ.

Объектом разработки являются деталь «Основание».

Цель работы – используя результаты твердотельного моделирования, руководствуясь заданием и исходными данными к работе, произвести прочностной расчет детали «Основание», с использованием системы автоматизированного проектирования SolidWorks.

В процессе работы рассматривались возможности и особенности системы автоматизированного проектирования SolidWorks с точки зрения подготовки моделей к инженерном анализу, в частности, к расчету на прочность; назначение CAE-компоненты системы − SolidWorks Simulation и основные аспекты проведения анализа. В рамках работы построена твердотельная модель детали «Основание». Проводилось моделирование напряженно-деформированного состояние детали «Основание» в среде SolidWorks Simulation на основании задания и исходных данных к курсовой работе.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 6

1 SolidWorks – интегрированная среда моделирования и анализа 7

1.1 Возможности SolidWorks для подготовки моделей к анализу 7

1.2 SolidWorks Simulation – назначение и основные особенности 9

2 Построение твердотельной модели детали «Основание» 14

2.1 Создание трехмерного элемента «Бобышка-Вытянуть 1» 14

2.2 Создание трехмерного элемента «Бобышка-Вытянуть 2» 15

2.3 Создание трехмерного элемента «Бобышка-Вытянуть 3» 16

2.4 Создание трехмерного элемента «Вырез-вытянуть 1» 17

2.5 Создание трехмерного элемента «Вырез-повернуть 1» 18

2.6 Создание трехмерного элемента «Ребро 1» 19

2.7 Результаты построения твердотельной модели детали 20

3 Расчет на прочность детали «Основание» в среде
SolidWorks Simulation 21

3.1 Приложение граничных условий 21

3.2 Создание конечно-элементной сетки и выполнение расчета 23

3.3 Вывод результатов расчета 24

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 29

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 30

ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное) Исходные данные, упрощения
и требования 31

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Экстремальные условия работы элементов современных конструкций, сложность их формы и большие габариты делают исключительно трудным и дорогим осуществление натурного или полунатурного эксперимента, особенно, если речь идет об установлении предельных (разрушающих) нагрузок. Создание конструкций такого типа невозможно без совершенствования и автоматизации процесса проектирования, применения новых материалов и технологий.

Необходимость внедрения в производство сложнейшей техники в короткие сроки приводит к созданию систем автоматизированного проектирования. Важную роль в этих системах играет расчет на прочность.

Цель данной работы – используя результаты твердотельного моделирования, руководствуясь заданием и исходными данными к работе, произвести прочностной расчет детали «Основание», с использованием системы автоматизированного проектирования SolidWorks.

Твердотельное моделирование детали «Основание» выполняется в CAD-модуле системы SolidWorks Education Edition – полнофункциональная версия SolidWorks для использования учебными заведениями, лицензионным правом на использование в учебном процессе которой обладает Рузаевский институт машиностроения.

Расчет на прочность осуществляется в модуле SolidWorks Simulation, являющимся функциональным компонентом SolidWorks. Такой современный программный комплекс для проведения инженерных расчетов, как SolidWorks Simulation, математическую основу которого составляет метод конечных элементов, позволяет проведение такого рода моделирования с наименьшими затратами времени и человеческих ресурсов.

Приложение граничных условий

 

 

Согласно расчетной схеме (рисунок А.2, приложение А) добавим в модель ограничения и нагрузки, согласно терминологии «SolidWorks Simulation» – крепления и внешние нагрузки соответственно.

Приложим первое ограничение – ограничение от перемещений во всех направлениях двух цилиндрических поверхностей. Для этого выберем тип крепления «Фиксированная геометрия».

Приложим второе ограничение – ограничение от перемещений в радиальном направлении двух цилиндрических поверхностей. Для этого выберем тип крепления «На цилиндрических гранях» и в опции «Радиальный» установим значение смещения 0 мм.

Приложим третье ограничение – ограничение от перемещений в направлении перпендикулярном плоской поверхности. Для этого выберем тип крепления «На плоских гранях» ив опции «Перпендикулярно грани» установим значение смещения 0 мм.

Приложим первую нагрузку – равномерно распределенная нагрузка, направленная по нормали к плоской поверхности с величиной равнодействующей 30 кН. Для этого выберем команду «Сила», установим опцию «Нормальная», определив тем самым направление, зададим величину равнодействующей «Значение силы» – 30000 Н.

Приложим вторую нагрузку – радиальная, неравномерно (синусоидально) распределенная нагрузка, приложенная к цилиндрической поверхности с величиной равнодействующей 50 кН.

Модель с приложенными граничными условиями представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 – Модель с граничными условиями

 

Данную нагрузку в «SolidWorks Simulation» моделируем при помощи команды «Рабочая нагрузка». Для приложения подобного вида нагрузки необходимо дополнительно построить систему координат с центром на оси цилиндрической поверхности, к которой прикладывается нагрузка, и с направлением оси Z совпадающим с осью этой поверхности, а также разделить цилиндрическую поверхность на две, так как нагрузка прикладывается к половине цилиндрической поверхности. Настроим параметры команды, для чего выберем опцию «Синусоидальное распределение», укажем в качестве системы координат «Система координат 1», определим направление равнодействующей, как совпадающее с осью Y системы координат «Система координат 1», зададим величину равнодействующей – 50000 Н.

Таким образом, все нагрузки и ограничения, согласно расчетной схеме приложены.

 

 

Вывод результатов расчета

 

 

В папке «Результаты» дерева исследования по умолчанию доступны три вида результатов анализа:

– Напряжения по Мизесу;

– Результирующее перемещения;

– Эквивалентные деформации.

Для большей информативности и удобства анализа результатов, необходимо настроить отображаемые диаграммы, используя команды «Настройка эпюры» и «Параметры графика». В настройках «Эпюры напряжений» выберем согласно требованиям(Приложение А) в качестве единиц измерения МПа; активируем раздел «Деформированная форма спараметром«Авто». В настройках команды «Параметры графика», активируем опции: «Отобразить минимальное значение», «Отобразить максимальное значение» и опцию «Числовой формат» – «Плав. точка».

Диаграмма напряжений по Мизесу представлена на рисунке 10.

 

Рисунок 10 – Диаграмма напряжений по Мизесу

 

Анализируя диаграмму, заметим, что максимальное значение напряжения составляет 320,2 МПа, что превышает предел текучести материала. Более того, деталь имеет некоторые области, в которых напряжения по Мизесу превышают предел текучести материала. Это свидетельствует о том, что в этих областях имеют место пластические деформации.

Аналогичным образом выведем диаграмму суммарных перемещений. В настройках диаграммы перемещений выберемсогласно требований (Приложение А.) в качестве единиц измерения мм, отобразим деформированную форму в режиме авто и произведя настройки параметров графика, аналогично напряжениям.

Диаграмма суммарных перемещений представлена на рисунке 11.

 

Рисунок 11 – Диаграмма суммарных перемещений

 

Максимальное результирующее перемещение составляет 0,147 мм.

Аналогичным образом выведем диаграмму эквивалентных деформаций. В настройках эпюры деформаций в дополнительных параметрах выберем опцию «Значение в узлах» и отобразим деформированную форму в режиме авто, а в настройках параметров графика выберем отображением минимального и максимального значений.

Диаграмма эквивалентных деформаций представлена на рисунке 12.

 

Рисунок 12 – Диаграмма эквивалентных деформаций

 

Максимальная величина деформаций составляет 0,001.

Теперь построим диаграмму коэффициента запаса прочности.

Для этого выберем команду «Определить эпюру проверки запаса прочности». В качестве критерия согласно требованиям (Приложение А) выбираем «Максимальное напряжение vonMises», установим опцию «Предел текучести» и единицы измерения МПа. На третьем шаге выполняемой команды выберем «Распределение запаса прочности» В параметрах графика настроим отображение минимального и максимального значений, а также активируем режим «Определено:» со следующими параметрами: мин – 0,7; макс – 20. Данные параметры выбраны для большей информативности диаграммы. 0,7 – это минимальный коэффициент запаса прочности, поэтому целесообразно это значение выбрать в качестве нижней границы шкалы значений. А максимальное значение шкалы – 20 выбрано, чтобы однозначно определить области со значительным коэффициентом запаса прочности > 20 и более детально изучить области детали с коэффициентом запаса прочности < 20.

Диаграмма распределения коэффициента запаса прочности представлена на рисунке 13.

 

Рисунок 13 – Диаграмма распределения коэффициента запаса прочности

Анализируя результаты, заметим, что в детали есть области с коэффициентом запаса прочности < 1, что является недопустимым.

В связи с этим делаем вывод о необходимости внесения изменений в конструкцию детали.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данной курсовой работе рассмотрены основные возможности системы автоматизированного проектирования SolidWorks, как интегрированной среды моделирования и инженерного анализа, в частности, особенности подготовки моделей к анализу и основные аспекты его проведения в CAE-модуле системы −SolidWorksSimulation.

На базе твердотельной модели детали «Основание», построенной в рамках данной работы в CAD-модуле SolidWorks, произведен расчет напряженно-деформированного состояния с использованием SolidWorksSimulation и получен результат, в соответствии с заданием и исходными данными к курсовой работе, позволяющий дать оценку прочностным характеристикам рассматриваемой конструкции детали «Основание».

Кроме выводов, непосредственно по результатам прочностного расчета, приведенных в пояснительной записке, следует отметить и показанную в рамках данной работы эффективность использования такой системы инженерного анализа как SolidWorks Simulation, при разработке конструкции детали.

Проведение прочностных расчетов в среде SolidWorks Simulation позволяет выявить на стадии проектирования, до изготовления изделия, недоработки в конструкции деталей, быстро и эффективно внести изменения в конструкцию, с наименьшими затратами времени и человеческих ресурсов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1 Прерис А.М. SolidWorks 2005/2006. Учебный курс. / А.М. Прерис. – СПб.: Питер, 2006. – 528 с.: ил.

2 Прохоренко В.П. SolidWorks. Практическое руководство. / В.П. Прохоренко. – М.: ООО «Бином-Пресс», 2004. – 448с.: ил.

3 Тику Ш. Эффективная работа: SolidWorks 2004. / Ш. Тику. – Спб.: Питер, 2005. – 768 с.: ил.

4 Чугунов М.В. CAE-системы предварительного анализа объектов машиностроения. Часть 1. Линейная статика. / М.В. Чугунов – Рузаевка: Рузаевский печатник, 2003. – 44 с.

5 Алямовский А.А. Инженерные расчеты в SolidWorksSimulation. М.: ДМК Пресс, 2010. 464 с., ил.

6 Алямовский А.А. SolidWorks 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А.А. Алямовский, А.А. Собачкин, Е.В. Одинцов, А.И. Харитонович, Н.Б. Понамарев. – СПб.: БХВ-Петербург, 2008. –1040 с.: ил.

7 Алямовский А.А. SolidWorks/CosmosWorks. Инженерный анализ методом конечных элементов / А.А. Алямовский. – М.: ДМК Пресс, 2004. – 432 с.

8 Алямовский А.А. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А.А. Алямовский, А.А. Собачкин, Е.В. Харитонович. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 800 с.

9 Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы: пер. с англ. / Р. Галлагер. – М.: Мир, 1984. – 428 с.

10 Оден Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред: пер. с англ. / Дж. Оден. – М.: Мир, 1976. – 358 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное).
Исходные данные, упрощения и требования

 

Рисунок А.1 – Чертеж детали «Основание»

 

Продолжение ПРИЛОЖЕНИЯ А

Рисунок А.2 – Схема приложения граничных условий

 

Окончание ПРИЛОЖЕНИЯ А

 

Упрощения и требования, необходимые для выполнения расчета:

1. Материал детали – «Простая углеродистая сталь» (библиотека материалов solidworks materials). Тип модели материала: линейный, упругий, изотропный.

2. В качестве критерия при определении диаграммы коэффициента запаса прочности использовать критерий максимального напряжения по Мизесу.

3. Все настройки программы принимаются по умолчанию, кроме определенных особо.

4. Величины нагрузок заданы на схеме приложения граничных условий (рисунок А.2).

5. В качестве результатов расчета необходимо рассмотреть следующие диаграммы:

– напряжение по Мизесу (vonMises), МПа;

– перемещение суммарное (результирующее), мм;

– деформация эквивалентная;

– коэффициент запаса прочности (FOS).

 

МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. П. ОГАРЁВА»

 

Рузаевский институт машиностроения

Кафедра конструкторско-технологической информатики

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ДЕТАЛИ «ОСНОВАНИЕ»