Анализа напрезања опруга коришћењем програма

SolidWorks

4 ПРИМЕРИ СИМУЛАЦИЈА НАПОНСКО ДЕФОРМАЦИОНОГ СТАЊА ОПРУГЕ ПРИМЕНОМ ПРОГРАМА SOLIDWORKS

Програм SolidWorks америчке компаније SolidWorks Corporation, служи за машинско пројектовање и аутоматизацију процеса који су засновани на параметарском моделовању пуних тела. SolidWorks је стандард у области 3D пројектовања и први CAD пакет који користи графичко окружење Microsoft-овог Windowsa. У оквиру овог поглавља у наставку даћу приказ основних карактеристика пакета SolidWorks Simulation (структурна анализа, термална анализа, замор, симулације кретања, вибрације). Затим ћу дати приказ примера прорачуна напонског деформационог стања опруге (тањирасте, притисне, затезне), њихово геометријско моделирање помоћу програма SolidWorks–а, као и примери симулација напонско деформационог стања ових опруга применом SolidWorks–а.

4.1 Основне карактеристике пакета SolidWorks Simulation

Кучна карактеристика SolidWorks пакета је коришћење различитих техника параметарског моделовања заснованог на основним карактеристикама објеката.

Основни параметри које подржава SolidWorks Simulation пакет су:

· Структурна анализа - у SolidWorks софтверу покрива широки спектар проблема - од понашања делова који су подвргнути константном оптерећењу па све до напонске анализе покретних склопова изложених променљивим динамичким оптерећењем

· Термална анализа- користи се да би се осигурала исправна функција свих делова у производима који функционишу у условима повишених температура. Термална анализа израчунава температуре и трансфер топлоте између и унутар самих делова конструкције. Термална анализа у SolidWorks софтверу решава проблеме трансфера топлоте симулацијом појава пролаза топлоте (кондукција), прелаза топлоте (конвекција и зрачења (радијација).

· Замор материјала- се односи на сагледавање ефекта дејства цикличног оптерећења на конструкције код којих постоји опасност од појаве замора материјала. Понашање материјала услед замора, карактерише се такозваном Валаеровим или S-N кривом. Ова крива даје однос напона и броја циклуса оптерећења који доводе до отказа.

· Вибрације - SolidWorks омогућава да се предвиде резонанца, појава замора и избор најбољег начина за повезивање делова у склопу који је са друге стране

отпорнији на ударе, оптерећења и

вибрације.SolidWorks даје потпуну слику вибрација кроз фреквентну и динамичку анализу како би се осигурао исправна функција производа и њихов безбедан рад.Вибрације могу значајно да утичу на рад производа, скрате њихов животни век и доведу до катастрофалних отказа.SolidWorks Simulation то може да уради одређивање сопствене учестаности конструкција применом фреквентне анализе без или укључујући граничне услове и оптерећења која делују на система.

4.2 Упоредна анализа напонских карактеристика опруга добијених теоријским прорачуном и симулацијом рада у SOLIDWORKS-у

У овом делу рада дата је упоредна анализа напонских стања различитих врста опруга (притисне, тањирасте, завојне) добијенх теоријским и аналитичким путем и симулацијом рада на рачунару коришћењем програма SolidWorks. Симулација рада наведених опруга, а нарочито тањирасте опруге је прилично сложена због постојања трења на додирним површинама између опруге и подлоге, као и додирним површинама између самих опруга ако су постављене у слог или пакет. Међутим, напред развијени модели, са коришћењем коначних елемената за контакт преко којих се може увести и трење у конструкцију, даје резултате који се скоро поклапају са теоријским, а то значи да се напред приказани развијени модели могу користити у пракси.

4.2.1 Геометриско моделирања притисне опруге у SOLIDWORKS-у

Помоћу команде Circle са палете алата Sketch у програму SolidWorks нацрта се круг жељеног пречника. Након тога помоћу команде Curves са палете алата Features црта se помоћнa завојниц. Кликом на команду

Curves отвориће се помоћни прозор Heliх/ Spiral1 у који се уносе одговарајући параметри као што су висина, корак, угао завојнице. Кликом на команду ОК добија се одговарајућа завојница. Следећи корак је отварање нове равни (на почетак или крај завојнице) помоћу команде Plane која се такође налази на палети алата Features.На новој равни црта се круг одговарајућег пречника и позивањем команде Swept Boss / Boss са палете алатаFeatures отвориће се помоћни прозор Swept1, где у одговарајуће селектоване прозоре треба унети Profile (у овом случају круг) и Patch (одговарајућу линију у овом случају завојницу).Кликом на ОК добићемо коначан изглед опруге.

Слика 1. Коначан изглед опруге4.2.2 Напонско – деформациона анализа притисне опруге методом коначних елемената

Испитивање ове опруге се врши у SolidWorksu помоћу Simulation, на овој картици за испитивање налазе се помоћне команде које користимо приликом испитивања: Study/New Study, Apply Material, Fixtures, External Loads, Run /CreateMesh, Run и Results

Кликом на палету алата Simulation бира се прва помоћна команда Study/NewStudy где се изабере прва опција Static

Слика 2. Приказ палете алата Simulation са командом Study/New Study

После команде Study изабере се команду Apply Material , и кликом на ову команду отвориће се нови прозор где се задаје врста материјала(Слика 3.)

ликом на ову команду отвара се помоћни прозор где се могу дефинисати параметри мреже (Слика 6

Слика 3. Приказ команде Apply Material

Следећи корак је дефинисање површине која ће бити фиксирана, то се може урадити помоћу команде Fixtures где се изабере опција FixedGeometry, кликом на ову команду отвара се нови прозор где се у задати правоугаоник селектује површина која ће бити фиксирана (Слика 4).

Слика 4. Приказ команде Fixtures са опцијом FixedGeometry

Помоћу команде External Loads-Loadse задаје се сила, кликом на ову комнду отвориће се нови прозор где се уноси вредност силе и место где та сила делује (Слика 5).

Слика 5. Приказ команде External Loads-Loadse

После ове команде користи се команда Run /CreateMeсh помоћу које се дефинише мрежа целе опруге, к ).

Слика 6. Приказ команде Run /CreateMeсh

Кликом на опцију Run покренуће се испитивање ове опруге. Када се испитивање заврши из падајућег

или као HТML страница (Слика 7).

менијаSimulation бира се команда Report која даје могућност да се резултат испитивања сачува у вордовом

документу,

Слика 7. Приказ команде Repor

На основу напред приказаних резултата истраживања, на слици 8 дат је приказ ефективног напона, на слици 9 дат је приказ померања и на слици 10 дат је приказ деформација притисне опруге коришћењем програма SolidWorks Simulations.

Слика 8. Ефективни напон Слика 9. Померање

Слика 10. - Деформација

Табела 1. – Аналитичке и нумеричке вредности напона и деформација (притисне) опруге

Аналитички Нумерички2

Напон é 185 120

Померања [mm ] 22,3 19,7

5 ЗАКЉУЧАК

Појава рачунара у инжењерској пракси изазвала је прелазак са аналитичких на нумеричке методе прорачуна. Од свих нумеричких метода, највећу употребну вредност је показала метода коначних елемената.

За креирање виртуелних модела попут моделирање делова, моделирања склопова и моделирање система, користе се CAD системи (Pro/Engineer, CATIA, INVENTOR, Solid Works итд.), који као излаз дају 3D (тродимензионалне) геометријске моделе.

Највећа предност коришћења овог програма је и да се у оквиру овог CAD система налази и софтвер под именом SolidWorks Simulations, модул намењен за основне прорачуне који се добија заједно са основном верзијом софтвера, чиме је корисницима SolidWorks-а омогућено да обављају симулације исто онако једноставно као што би дефинисали рупу или променили димензије на свом 3D моделу. SolidWorks Simulations. као што смо видели у претходном излагању, у оквиру четвртог поглавља мастер рада, омогућава како статичке прорачуне деформација, угиба и одређивање степена сигурности, тако и динамичку анализу на утицај променљивог оптерећења и одређивање динамичког одзива модела. Поред тога, могуће је вршити и термалну анализу (прегревање, трансфер топлоте) и предвидети животни век производа на основу анализе замора материјала, а подржане су и симулације струјања флуида, као и кинематике и динамике механизама. Најважније је да се применом симулације постиже оптимизација у производњи, односно побољшање перформанси уз уштеду утрошеног материјала.

На основу добијених резултата Анализе напрезања опруга коришћењем програма SolidWorks и SolidWorks Simulations, закључујемо да развијени и приказани системи прорачуна тањирасте, притисне и завојне опруге помоћу МКЕ може се у потпуности применити у пракси. Резултати напона добијени на основу теоријске анализе, напред извшених прорачуна, и симулацијом у програму SolidWorks Simulations се скоро поклапају, разлика је неких пар процената (до 10%). Ова анализа нам је дала могућност да уз помоћ програма SolidWorks Simulations можемо да моделиларамо различите врсте опруга. Увођењем различитих консталација оптерећења релативно брзо можемо добити напонска стања, тј. различита варијантна решења и на основу свега тражити оптимално.