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

8 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

67406. Разработка алгоритмов и программ тестирования генераторов СЧ 165 KB
  Поскольку большая величина периода обеспечивает высокую степень случайности чисел в последовательности, то разработан ряд методов увеличения длин периода. Первый способ состоит в использовании нескольких предыдущих членов последовательности при вычислении числа Xn+1.
67409. Введение в СУБД MySQL 1.55 MB
  Рассматриваются основы MySQL: запросы модели баз данных а также транзакции. На примерах рассмотрен весь спектр вопросов касающихся языковой структуры допустимых типов столбцов операторов операций и функций а также существующих расширений MySQL. Рассматриваются основы системы MySQL и языка SQL...
67410. Администрирование MySQL 805.5 KB
  Этот курс посвящен рассмотрению различных аспектов администрирования MySQL. В нём представлена исчерпывающая информация обо всех основных вопросах которыми необходимо владеть для успешного выполнения задач по администрированию MySQL.
67411. Введение в реляционные базы данных 1.88 MB
  Достоинствами реляционного подхода принято считать следующие свойства: реляционный подход основывается на небольшом числе интуитивно понятных абстракций на основе которых возможно простое моделирование наиболее распространенных предметных областей; эти абстракции могут быть точно и формально...