37303

Провести анализ напряженно-деформированного состояния конструкции балочного типа с заданным поперечным сечением, при статическом нагружении

Курсовая

Информатика, кибернетика и программирование

Ввод координат 2 Задание материала Для задания характеристик материала выберем пункт меню Model= Mteril Модель= Материал. Рисунок 2 – Задание материала и его свойств Для сохранения введенного материала в библиотеке нажмем кнопку Sve ответив при этом утвердительно на запрос о подтверждении занесения Ст. Рисунок 3 – Выбор типа конечных элементов Нажмем кнопку Shpe Форма для задания формы и размеров поперечного сечения балки. Рисунок 4 – Задание формы поперечного сечения балки Выберем из списка Shpe сечение Chnnel C Section...

Русский

2013-09-24

512 KB

2 чел.

1. Цель

Провести анализ напряженно-деформированного состояния конструкции балочного типа с заданным поперечным сечением, при статическом нагружении, проверить, как измениться это состояние при изменении условий закрепления.

2. Программа работы

1. Изучить основные понятия в области конечно-элементного анализа в MSC/NASTRAN, ознакомиться с его последовательностью, особенностями.

2. Ознакомиться на примере с основными принципами конечно-элементного анализа конструкций балочного типа в MSC/NASTRAN.

3. Получить у преподавателя исходные данные для расчета, переписать их в отчет.

4. Сформулировать последовательность анализа заданной конструкции.

5. Запустить (при помощи преподавателя) программу MSC/NASTRAN, изучить ее интерфейс, основные приемы работы.

6. Построить в программе MSC/NASTRAN балку, задать форму поперечного сечения, параметры конечно-элементной сетки, указать граничные условия и нагрузки, провести ее статический анализ.

7. Вывести полученные данные на экран компьютера, сделать распечатку.

8. Изменить условия закрепления балки, провести повторный статический анализ, определить как измениться напряженно-деформированное состояние конструкции.

9. Оформить отчет, продемонстрировать его преподавателю.

3. Исходные данные (задание)

Расчетная схема:

Задание: определить напряжения и деформации в балке, установить, как они изменятся, если неподвижную шарнирную опору (т. А) заменить на подвижную.

Исходные данные: F=4 кН, М=2 кН·м, a=3 м, b=2 м, с=7 м.

Форма поперечного сечения сварной балки: Швеллер (Channel (C) Section).

Высота (Н) – 110 мм,

Ширина верхней полки (Width) – 45 мм,

Ширина нижней полки (Width, Bottom) – 45 мм,

Толщина верхней полки (Thick, Top) – 15 мм,

Толщина нижней полки (Thick, Bottom) – 15 мм,

Толщина верт. стенки (Thickness) – 6 мм.

Материал – сталь 30.

4. Последовательность статического расчета балки

1) Создание геометрии

Используя пункт меню Geometry=>Curve-Line=>Coordinates (Геометрия=>Прямая =>Координаты), вводя координаты точек в появившемся окне (рис. 1), построим прямую линию с координатами концов

X=0, Y=0, Z=0 => ОК, и, для второй, точки X=7, Y=0, Z=0.

Рисунок 1 – Ввод координат

2) Задание материала

Для задания характеристик материала выберем пункт меню Model=>Material (Модель=>Материал). Появится диалоговое окно, в котором нужно указать необходимые характеристики. Для нашего элемента конструкции это Ст. 3. Введем название материала (Title), и необходимые механические свойства, как показано на рис. 2.

Рисунок 2 – Задание материала и его свойств

Для сохранения введенного материала в библиотеке нажмем кнопку Save, ответив при этом утвердительно на запрос о подтверждении занесения Ст. 3 в библиотеку материалов. Теперь он также присутствует в библиотеке. Нажмем ОК и затем Cancel для завершения задания материалов.

3) Выбор типа и параметров конечных элементов

Выберем пункт меню Model=>Property. В появившемся диалоговом окне задания свойств конечных элементов нажмем кнопку Elem/Property Type (Тип элемента/Свойства). В панели выбора элементов представлен перечень доступных в MSC/N4W конечных элементов. Для рассматриваемой задачи подходят два одномерных элемента балочного типа: Bar и Beam. Одно из различий между ними заключается в том, что Bar имеет постоянные по длине размеры сечения, а для Beam можно задавать разные размеры сечений на концах элемента.

Выберем элемент Bar, как показано на рис. 3, и нажмем ОК. При этом вид окна задания свойств элементов принимает соответствующий вид (рис. 6, с пустыми полями).

Рисунок 3 – Выбор типа конечных элементов

Нажмем кнопку Shape (Форма) для задания формы и размеров поперечного сечения балки. Появится диалоговое окно Cross Section Definition (Задание поперечного сечения). В раскрывающемся списке Shape (Форма) представлен перечень видов поперечных сечений балок (рис. 4).

Рисунок 4 – Задание формы поперечного сечения балки

Выберем из списка Shape сечение Channel (C) Section (Швеллерного типа) и введем его размеры, а также установим ориентацию оси у сечения: Orientation Direction (у) - Up (Вверх), как показано на рис. 5.

Рисунок 5 – Задание размеров сечения и ориентации оси

Цифрами 1, 2, 3, 4 указаны точки сечения, для которых в результатах расчета будут представлены значения нормальных напряжений. Нажмем ОК. После расчета характеристик сечения окно выбора свойств элемента появится снова, но в измененном виде (применительно к элементу Bar см. рис. 6).

Рисунок 6 – Окно свойств сечения после задания его типа и размеров

В нем представлены два основных раздела:

Property Values (Значения параметров), в которые входят геометрические характеристики сечения:

- Area, A - площадь;

- Moments of Inertia;

- I1 or Izz - момент инерции относительно оси z;

- I2 or Iyy - момент инерции относительно оси у;

- I12 or Izy - центробежный момент инерции относительно осей z и у;

- Torsional Constant, J - геометрическая характеристика, условно называемая моментом инерции при кручении;

- Y Shear Area - площадь сдвига в направлении оси Y;

- Z Shear Area - площадь сдвига в направлении оси Z;

- Nonstructural mass/length - дополнительная, неконструктивная масса на единицу длины;

- Stress Recovery (2 to 4 Blank=Square) - координаты Y и Z точек 1-4 сечения, для которых в выходных данных представлены значения нормальных напряжений.

Используя кнопку Save (Сохранить), можно сохранить параметры элемента в библиотеке.

В поле Title введем название элемента (Bar) и выберем из списка материал Ст. 3, как показано на рис. 6. Нажмем ОК и затем Cancel для завершения задания характеристик конечных элементов.

4) Разбиение на конечные элементы

В пункте меню Mesh=>Mesh Control=>Default Size введем размер конечных элементов 0.1 (100 мм). Значение Min Elem (Минимальное количество элементов) оставим равным 1 – по умолчанию (рис. 7).

Рисунок 7 – Задание размера конечных элементов

Выберем пункт Mesh=>Geometry=>Curve (Сетка=>Геометрия=>Линия), отметим нашу прямую и нажмем ОК (рис. 8).

Рисунок 8 – Выбор объекта

Возникнет диалоговое окно Geometry Mesh Options (Опции конечных элементов) в котором необходимо указать с каким набором Свойств (Property) мы хотим работать (рис. 9). Необходимо в соответствующем окне выбрать набор Bar и нажать ОК.

Рисунок 9 – Задание опций конечных элементов

Возникнет диалоговое окно Vector Locate-Define Element Orientation Vector (Задать вектор ориентации элемента), в котором задается ориентация оси у сечения. Отметим, что продольные оси одномерных стержневых и балочных элементов по умолчанию направляются вдоль линии, разбиваемой на конечные элементы, а направление оси у необходимо указать самостоятельно.

Направим ось у сечения вдоль оси Y базисной системы координат, задав координаты начала (Base) и конца (Tip) вектора ориентации, как показано на рис. 10. С помощью кнопки Methods (Методы) можно получить доступ к другим способам задания вектора ориентации сечения, которые часто оказываются весьма полезными.

Рисунок 10 – Задание координат вектора ориентации

При желании можно отобразить ориентацию и форму созданных конечных элементов в явном виде, воспользовавшись пунктом меню View=>Options и выбрав в категории Labels, Entity and Color параметр Element–Orientation/Shape (Элемент - Ориентация/Форма), для которого включим опцию Show Orientation (Показать ориентацию) и в списке Element Shape (Форма элемента) выберем Show Fiber Thickness (Показать толщину). Нажав Apply, OK и произведя динамическое ориентирование модели , увидим следующую картину (рис. 11).

Рисунок 11 – Ориентация и форма созданных конечных элементов в явном виде

5) Задание граничных условий

В пункте меню Model=>Constraint=>Set введем название задаваемой совокупности граничных условий – «3 опоры» (рис. 12).

Рисунок 12 – Ввод названия задаваемой совокупности граничных условий

Опоры в данном случае удобно задать в узлах сетки, поэтому выберем команду меню Model=>Constraint=>Nodal (Модель=>Граничные условия=>Узловые), отметим мышью правый крайний узел и нажмем ОК (рис. 13).

Рисунок 13 – Задание опор в узлах сетки

В появившемся диалоговом окне Create Nodal Constraints/DOF (Создание узловых связей/Степени свободы) в разделе DOF (Степени свободы) отметим ТХ, ТУ, TZ, RX, запретив перемещения узла по осям X, Y, Z (приставка Т от слова Translation – перемещение) и поворот вокруг оси Х (RX; R от слова Rotate - поворот) - рис. 14. Нажать ОК. A(TX, TY, …)

Рисунок 14 – Задание необходимых степеней свободы

Далее отметим на балке три узла справа налево и запретим для них перемещения вдоль некоторых осей. Завершение ввода – Cancel.

Рисунок 15 – Изображение модели балки с условным изображением опор

В результате получим следующее изображение модели балки (рис. 15), где рядом с условным изображением опор проставлены запрещенные степени свободы: 1 (ТХ), 2 (TY), 3 (TZ) – перемещения вдоль осей X, Y, Z; 4(RX), 5 (RY), 6 (RZ) – повороты вокруг осей X, Y, Z.

6) Формирование системы нагрузок

В пункте меню Model=>Load=>Set присвоим название совокупности нагрузок: q=20 кН/м, М=2 кН·м (рис. 16).

Рисунок 16 – Задание названий совокупности нагрузок

Зададим сосредоточенную нагрузку. Выберем пункт меню Model=>Load=>Нагрузка=>Nodal (Узловая) укажем крайнюю левую точку на балке, нажмем ОК; отметим в списке нагрузок Force (Сила), для которой введем значение FY: –4000. Нажмем ОК и затем Cancel.

Для задания момента выберем команду меню Model=>Load=>Nodal (Модель=>Нагрузка=>Узловая), отметим крайний правый узел; в появившемся диалоговом окне укажем Moment (Момент), Components и введем значение МZ: 2000. Нажав ОК и затем Cancel, завершим создание расчетной модели балки. Момент на ее изображении обозначается стрелкой с двумя концами (рис. 17).

Рисунок 17 – Модель балки после задания распределенной нагрузки и момента

Используя View=>Options отключим отображение числовых значений нагрузок, цифр около опор и шкал осей координат. Сохраним модель под именем 3 opori.mod.

7) Статический расчет

Выберем пункт меню File=>Analyze, произведем установки, как показано на рис. 18, нажмем ОК.

Подтвердим сохранение модели и нажмем кнопку Continue после окончания расчета.

Рисунок 18 – Статический расчет

5. Отображение результатов:

- эпюры напряжений и упругих линий балки

- численные значения рассчитанных напряжений и деформаций

Используя кнопки  и  выведем окно выбора выходных данных Select Postprocessing Data.

В разделе Output Set (рис. 19) представлен выполненный расчет – 1..MSC/NASTRAN Case 1.

Выберем в разделе Output Vectors для Deformation – Total Translation,

а для Contour – Bar EndB Max Comb Stress (Максимальные в сечении напряжения (нормальные) на конце В элементов балки).

Рисунок 19 – Окно выбора выходных данных

Для представления контурных данных для балок с помощью кнопки Contour , необходимо с применением команды меню View=>Select (Вид=>Выбор), при исполнении которой появляется диалоговое окно View Select (Выбор отображения); в данном окне включим опцию Beam Diagram (Эпюра) и нажмем кнопку ОК. В результате получим изображение эпюры максимальных нормальных напряжений по длине балки (рис. 20).

Рисунок 20 – Эпюра максимальных нормальных напряжений по длине балки

Аналогичным образом можно просмотреть напряжения в отдельных точках сечения, например в точке 1 – Bar EndB (A) Pt1 Bend Stress (Напряжения изгиба в точке 1 сечения на концах В (А) элементов балки).

Нажмем также кнопку  для представления деформированной оси балки (рис. 21). Ее максимальный прогиб, как указано в левом нижнем углу рис. 21, составляет 82,9 мм.

Рисунок 21 – Эпюра деформированной оси балки

Из результатов расчета следует, что прочность балки обеспечивается с коэффициентом запаса по пределу текучести – 82,9.

6. Выводы

Эпюра изгибающих моментов Qy останется той же, потому что при замене опоры на шарнирно-подвижную, исчезает реакционная составляющая, которая работает на растяжение-сжатие) и соответственно не отображается на эпюре изгибающих моментов Qy.

198376912


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

62799. Лепка грибов из пластилина 52.58 KB
  Чем же люди занимаются осенью собирают грибы Сегодня на уроке мы будем лепить грибы из пластилина и соберем свое собственное лукошко осенних грибов. Какие грибы вы знаете ответы детей На какие 2 группы можно разделить грибы съедобные несъедобные...
62802. Плетение 57.45 KB
  Оборудование: образец закладки для книг метровая линейка. А какая из этих книг будет той о которой говорилось в начале стихотворения Почему вы так решили Значит как с этой книгой обращались Верно А что нужно делать для того чтобы книга на долгое время сохранялась...
62803. Приемы изготовления сюжетной композиции «Лодочка» по образцу 18.35 KB
  Я буду называть материалы и инструменты а вы будете хлопать в ладоши при их наличии. Выполняя эту аппликацию вы будете продолжать осваивать приемы работы с бумагой: разметку по шаблону резание наклеивание. Это значит что синюю полосу вы будете приклеивать последней.
62804. Игрушка на 23 февраля 23.48 KB
  Что такое цилиндр Сегодня мы будем делать вот таких военных человечков. Посмотрите внимательно и скажите какая фигура является основой нашей поделки цилиндр. А кто может сказать что такое цилиндр...
62805. Работа с бумагой. Сгибание. Постройка дачи 15.41 KB
  Скажите чем вы занимались на прошлом занятии На этом уроке мы тоже будем работать с бумагой. Учитель: Итак мы переходим к практической работе. Учитель заготавливает детали для аппликации дети за ним повторяют.
62807. Пасха. Виготовлення святкової листівки 17.71 KB
  Обладнання для вчителя: зразки різних листівок зразки поетапного показу кольоровий папір альбомний папір технологічні картки. Обладнання для учнів: папір кольоровий і альбомний ножиці клей олівець.