71198

Прочностные расчеты деталей в приложениях COSMOSXpress и COSMOSWorks

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Цель: Изучить основные методы выполнения прочностных расчетов деталей в приложениях COSMOSXpress и COSMOSWorks. После занятия студент должен: Знать: Основные методы выполнения прочностных расчетов деталей в приложениях COSMOSXpress и COSMOSWorks.

Русский

2014-11-03

411.5 KB

9 чел.

Лабораторное занятие №9

Тема: Прочностные расчеты деталей в приложениях COSMOSXpress и COSMOSWorks.

Цель: Изучить основные методы  выполнения прочностных расчетов деталей в приложениях COSMOSXpress и COSMOSWorks.

После занятия студент должен:

Знать:  Основные методы  выполнения прочностных расчетов деталей в приложениях COSMOSXpress и COSMOSWorks.

Уметь: Выполнять прочностные расчеты деталей в приложениях COSMOSXpress и COSMOSWorks.

 Время:   2 часа.

1.1  Порядок выполнения работы:

-   Представить преподавателю выполненное задание во время самоподготовки.    Условия заданий приведены в п. 1.2

-   Внимательно просмотреть на компьютере видеокурс по теме: «Прочностные расчеты деталей в приложениях COSMOSXpress и COSMOSWorks».

-   Выполнить контрольный пример.  Методические указания по выполнению контрольных примеров к лабораторным работам [1]. Занятие №9.

-   Выполнить индивидуальное задание. Смотри п. 1.4.2.

-   Оформить отчет. Требования по оформлению отчета приведены в п. 1.5.

 

1.2. Задание для самоподготовки:

В процессе подготовки к занятию студент обязательно должен выполнить следующие задания:

а)  с помощью конспекта лекций и рекомендованной литературы ([1] cтр. 200-217 и [5] стр. 14-21) рассмотреть суть таких вопросов:

      1)  загрузка детали;

      2)  выбор материала;

      3)  установка ограничений;

      4)  задание нагрузки;

      5)  проведение прочностного расчета;

      6)  анализ результатов;

      б)  занести в отчет такие данные:

      1)  номер лабораторной работы, тему и цель работы;

      2)  сжатый конспект необходимых теоретических знаний;

      3)  заготовку практического задания (условия задания и оставить свободное место для записи полученного результата).

в)  наметить в черновом варианте выполнение практического задания (в качестве образца надо использовать контрольный пример).

  1.  Теоретические сведения:

При создании узлов и агрегатов в машиностроении конструирование деталей является лишь частью процесса проектирования. Составным элементом проектирования является расчет деталей и узлов на прочность, то есть рассмотрение следующих вопросов:

  •  Выдержит ли спроектированная деталь заданные нагрузки?
  •  Каким образом она будет деформироваться и будут ли выполняться условия жесткости?
  •  Можно ли провести оптимизацию формы детали, чтобы использовать меньший объем материала без ущерба прочностным и эксплуатационным характеристикам?

В отсутствие инструментов анализа на эти вопросы можно ответить, только пройдя все дорогостоящие и занимающие массу времени циклы разработки изделия. В каждый цикл разработки изделия обычно включает следующие этапы:

  •   построение модели в системе трехмерного твердотельного проектирования SolidWorks;
  •   создание опытного образца изделия;
  •   производственные испытания опытного образца;
  •  оценка результатов производственных испытаний;
  •  изменение модели на основе результатов производственных испытаний.

Этот процесс выполняется циклически и продолжается до тех, пока не будет получено удовлетворительное решение. С помощью прочностного анализа можно решить следующие задачи:

  •  снизить затраты, выполнив прочностное тестирование модели на компьютере, а не в процессе дорогостоящих производственных испытаний;
  •   сократить время разработки путем уменьшения количества циклов разработки изделия;
  •  оптимизировать проект, быстро смоделировав нескольких концепций и сценариев перед принятием окончательного решения и отведя большее время на обдумывание новых проектов.

В основе прочностного анализа, реализованного в COSMOSXpress и COSMOSMOSWorks, реализован метод конечных элементов (МКЭ). МКЭ — это надежный численный метод анализа задач по проектированию. МКЭ разбивает сложную задачу на несколько простых. В нем модель делится на несколько простых форм, называемых элементами (конечными элементами). Элементы имеют общие точки, называемые узлами. Поведение этих элементов хорошо известно при любых возможных сценариях с использованием опор и приложением нагрузок. Движение каждого узла полностью описывается перемещениями в направлениях X, Y и Z. Они называются степенями свободы. COSMOSXpress и COSMOSWorks составляют уравнения, управляющие поведением каждого элемента и учитывающие его связи с другими элементами. Эти уравнения устанавливают взаимосвязь между перемещениями и известными свойствами материалов, ограничениями и нагрузками.

Затем программа преобразует уравнения в большую систему алгебраических уравнений. Решающая программа обнаруживает перемещения в направлениях X, Y и Z в каждом узле.

Используя перемещения, программа рассчитывает нагрузки, действующие в различных направлениях. Наконец, программа использует математические выражения для расчета напряжений.

В процессе анализа напряжений или статического анализа на основе задания материала, ограничений и нагрузок рассчитываются перемещения, нагрузки и напряжения в детали. Материал разрушается, когда напряжение достигнет определенного уровня. Разные материалы разрушаются при различных уровнях напряжения.

Для запуска процесса прочностного анализа необходимо определить материал детали (механические свойства), нагрузки на деталь и ограничения.

В качестве нагрузок на деталь или сборку можно задать следующие величины:

  •  сосредоточенную силу;
  •  силу с изменяемым распределением;
  •  равномерное или неравномерное давление в любом направлении;
  •  объемную силу (гравитационные или центробежные нагрузки);
  •  дистанционную силу;
  •  воздействие температур на различные участки детали.

В результате изменения температуры на деталь воздействуют напряжения, которые называются термическими. COSMOSWorks автоматически считывает профиль температур, имеющийся в расчете температур, и проводит анализ термического напряжения.

Примечание

Дистанционными называются силы, прилагаемые в местах, находящихся на расстоянии от детали и соединенных с ней жесткими связями.

Для установки ограничений на деталь можно применить следующие способы:

1. Определить жесткие связи, шпильки, болты, пружины и поддержки упругости.

2. Применить ограничения для кромок и вершин.

3. Применить ограничения в определенном направлении. Например, можно ограничить движение цилиндрической поверхности в радиальном направлении.

4. Указать для перемещения в любом направлении ноль (без движения) или любую заданную величину.

5. Указать условие симметрии. Этот параметр позволяет использовать симметрию, чтобы выполнять анализ части модели.

6. Указать условие скольжения, при котором плоская или неплоская грань может скользить, но не может перемещаться перпендикулярно.

•Указать разные размеры элемента в разных областях модели (управление сеткой). Используя эту функцию, в значимых местах модели можно указать меньшие размеры элемента, чтобы повысить точность результатов.

•Выбрать подходящую решающую программу для задачи. COSMOSWorks поставляется с тремя различными решающими программами для неэффективного, решения задач различного типа и объема.

• Импортировать нагрузки из COSMOSMotion, не указывая при этом ограничения.

•Использовать адаптивные методы для повышения точности решения.

  1.  Практическая часть
    1.  1 Контрольный пример

Методические указания по выполнению контрольных примеров для лабораторных работ [1]. Занятие9.

1.4.  2  Индивидуальная работа

Задание: постройте и рассчитайте на прочность в пакете COSMOSWorks медный стержень (см. рис. 9.1), закрепленный снизу и с приложенной к верхней кромке силой 1000 Н. Размеры стержня 20x20x100 мм.

Рис. 9.1

  1.  Требования к оформлению отчета

Отчет должен содержать:

-  краткий конспект необходимых теоретических знаний;

-  копии экранов полученные при выполнении контрольного примера и индивидуального задания;

Контрольные вопросы по материалу лабораторного занятия №9:

       1. Как в пакете программ COSMOSWorks задать материал?

       2. Как в пакете программ COSMOSWorks задать ограничения?

       3. Как в пакете программ COSMOSWorks задать нагрузки?

       4. Как в пакете программ COSMOSWorks запустить программу на выполнение расчетов?

       5. Как в пакете программ COSMOSWorks проанализировать результаты расчетов?

1.6. Домашнее задание.

Выполнить задания для самостоятельной работы. Методические указания для выполнения самостоятельных работ. Занятие №9.

Литература:  

  1.  Методические указания для выполнения контрольных примеров.
  2.   Прерис А.М.  SolidWorks 2005/2006. Учебный курс. СПб.: Питер, 2006. – 528с.
  3.  Методические указания для выполнения самостоятельных работ.
  4.  Сологуб А.В. SolidWorks 2007: технология трехмерного моделирования СПб.: БХВ-Петербург, 2007 – 352с.
  5.  Алямовский А.А. и др. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике. СПб.: БХВ-Петербург, 2006. – 800 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

13774. Методы решения иррациональных уравнений 113.5 KB
  Методы решения иррациональных уравнений. I Метод возведения в четные степени неравносильный переход нужна проверка и нечетные степени равносильный переход. II Уравнения вида решаются следующим образом. Уравнению вида соответствует равносильная система ...
13775. Методы решения логарифмических неравенств 33.5 KB
  Методы решения логарифмических неравенств. 1 Уравнения вида решаются следующим образом. Уравнению соответствует равносильная система 2 Уравнения вида решаются следующим образом. Уравнению соответствует равносильная система 3 Уравн
13776. Методы решения неравенств, содержащих знак модуль 121 KB
  Методы решения неравенств содержащих знак модуль. I Неравенства вида решаются следующим образом. Если то решений нет Если то Если то неравенству равносильна система II Неравенства вида решаются следующим образом. Если то решений нет Если то решени
13777. Методы решения показательно-степенных уравнений 25 KB
  Методы решения показательностепенных уравнений. 1 Уравнения вида решаются следующим образом. Уравнению соответствует пять случаев: – обязательно проверка. – обязательно проверка. – обязательно проверка. – обязательно проверка....
13778. Методы решения показательных уравнений 23 KB
  Методы решения показательных уравнений. 1 Уравнения вида решаются следующим образом. Если следовательно тогда Введем замену. Пусть тогда...
13779. Методы решения тригонометрических уравнений 435 KB
  Методы решения тригонометрических уравнений. 1 Решение простейших тригонометрических уравнений. По определению арифметического квадратного корня перейдем к равносильной системе уравнений. Ответ: 2 Решение тригонометрических уравнений раз...
13780. Методы решения уравнений высших степеней 442.5 KB
  Методы решения уравнений высших степеней. I Решение уравнений с помощью деления в столбик. Очевидно корень уравнения Очевидно корень уравнения Ответ: 5;2;3;4 II Возвратные уравнения и к ним сводящиеся. Уравнение называется возвратным если в нем ко...
13781. Методы решения уравнений, содержащих знак модуль 89 KB
  Методы решения уравнений содержащих знак модуль. I Уравнения вида решаются следующим образом. Если то корней нет. Если то уравнению соответствует уравнение Если то уравнению соответствует равносильная совокупность II Уравнения вида решаются следующим...
13782. АЗБУКА ПРАВА 821.5 KB
  Каждая отрасль знаний, как бы она ни была сложна, имеет в своей основе некоторые начальные, первичные данные. Кирпичики, из которых складывается многоэтажное здание науки. Иными словами, - в каждой науке существует своя азбука