Прочностной анализ колеса компрессора.

1. Импорт 3D – модели в ANSYS.

 

После создания 3D – модели в среде SolidWorks ее необходимо сохранить в файле, формат которого «понимает» ANSYS. Для этого производим следующие действия (в среде SolidWorks):

 

В меню Файл выбираем пункт Сохранить как… указываем имя файла латинскими буквами, в качестве формата указываем Parasolid Files (*.x_t) ® Сохранить.

Запускаем приложение ANSYS Interactive.

В меню File ® Import ® Para… ® Имя файла с расширением.x_t ® ОК.

1. Определение импортированной модели как объема.

 

В меню PlotCtrls ® Style ® Solid Model Facets… ® Normal Faceting ® OK.

 

В меню Plot ® Volumes.

Получаем следующий вид рабочего стола:

 

 

1. Определение свойств твердотельной расчетной модели.

 

На рабочем столе в ANSYS Main Menu (все дальнейшие действия делаем в этом меню)выбираем пункт Preferences ® Structural ® OK.

 

Задание типа элементов.

Preprocessor ® Element Type ® Add/Edit/Delete ® в появившемся окне выбираем Add…

Появляется окно библиотеки типов элементов, в котором выбираем:

Solid ® 10node 92 ® OK. (можно выбрать двадцатиузловые элементы 20node 95).

 

Определение свойств материала.

 

Preprocessor ® Material props ® Material models

 

 

Указываем значение модуля упругости первого рода (Мпа) и коэффициента Пуассона для аллюминия:

 

 

Указываем плотность материала (кг/м*м*м):

 

 

1. Разбивка модели на конечные элементы.

 

Preprocessor ® Meshing ® Mesh tools ® Mesh (установка флажка в пункте Smart Size дает возможность регулировать размер элементов, тем самым увеличивать или уменьшать шаг конечно-элементной сетки, если флажок не установлен размер элементов выбирается автоматически).

 

 

Курсором указываем на любую точку 3D – модели, она выделяется красным цветом, а в появившемся окне Mesh Volumes нажимаем OK.

Получаем модель колеса компрессора в конечно-элементном виде.

 

1. Приложение нагрузок.

 

После определения типа элементов, свойств материала и разбивки на конечные элементы приступаем к наиболее важному этапу подготовки расчета – приложению нагрузок. От правильности действий на этом этапе в конечном итоге зависит результат всего расчета. К модели колеса компрессора прикладывается два вида нагрузок:

· давление на втулке колеса, создаваемое прессовой посадкой с валом ТКР;

· угловая скорость вращения колеса;

 

Задание величины давления от прессовой посадки.

 

Значение давления получается при подборе прессовой посадки (см. Л.П.Варламова, В.П.Тибанов «Методические указания к выполнению домашнего задания по разделу «Соединения» курса «Детали машин»»).

 

Preprocessor ® Loads ® Define loads ® Apply ® Structural ® Pressure ® On Areas

Курсором указываем две поверхности в отверстии втулки, которые выделяются красным цветом и нажимаем ОК в появившемся окне Apply PRES on Areas.

 

 

Появляется окно, в котором указываем значение давление (в данном примере Р = 20 МПа).

 

Задание значения угловой скорости вращения колеса

 

В результате газодинамического расчета было получено значение частоты вращения ротора ТКР, берем это значение и по формуле подсчитываем значение угловой скорости (в данном примере w = 1000 1/с).

 

Preprocessor ® Loads ® Define loads ® Apply ® Structural ® Other ® Angular Velocity

В появившемся окне Apply Angular Velocity указываем значение угловой скорости относительно оси Х.

 

Наложение ограничений на степени свободы колеса.

 

Preprocessor ® Loads ® Define loads ® Apply ® Structural ® Displacement ® On Lines

Курсором указываем две линии (дуги) на передней и задней поверхности колеса, образующие отверстие во втулке и в появившемся окне Apply U, ROT On Lines нажимаем ОК.

 

 

 

 

 

1. Запуск расчета.

 

Для запуска расчета предпринимаем следующие действия:

 

Solution ® Solve ® Current LS ® OK.

Происходит запуск процесса расчета, продолжительность которого зависит от быстродействия компьютера, количества полученных при разбивке конечных элементов, наличия или отсутствия геометрических ошибок в твердотельной модели.

По окончании расчета система выдает сообщение Solution is done!

1. Просмотр результатов расчета.

 

General PostProc ® Plot Results ® Contour Plot ® Nodal Solu (решение в узлах) ® Stress ® von Mises SEQV (эквивалентные напряжения).

 

 

 

General PostProc ® Plot Results ® Contour Plot ® Element Solu (решение в элементах) ® Stress ® von Mises SEQV (эквивалентные напряжения).

1. Выводы о проделанной работе.

 

В результате расчета получаем эквивалентные напряжения возникающие в колесе компрессора при его работе, сравнивая полученные значения напряжений с пределом текучести материала колеса (алюминиевый сплав) делаем вывод о работоспособности детали.