Выполнение анализа МКЭ в Cosmos Design Star

Создание 3D-модели пластины

Расчет деталей методом конечных элементов (МКЭ) и оптимизация ее конструкции

Исходные данные: эскиз детали с размерами и схема нагружения

Определить напряженно-деформированное состояние детали. Выполнить оптимизацию конструкции с сохранением прочности и уменьшением металлоемкости

Этапы работы

1. Создал 3D-модель пластины 100х50х10 мм. в системе Autodesk Inventor.

2. Запустил модуль «Анализ напряжений».

3. Создал 1 вариант статического расчета.

4. Задал свойства материалов - сталь: модуль упругости 2·10 5 МПа; коэффициент Пуассона 0,3; предел прочности МПа.

5. Задание закрепления – фиксация боковой грани 50х10 мм.

6. Задание нагрузки – распределенная сила 5000 Н, действующая на грань 100х10 мм.

7. Создал сеточную модель. Выполнил настройку сетки. Тип элемента сетки – тетраэдр, число элементов - ?, число узлов - ? На рисунке 1 представлена конечная элементная сетка объекта

Рисунок 1 – Конечная элементная модель

8. Выполнил моделирование.

9. Анализ результатов моделирования. На рисунке 2 представлено распределение эквивалентных напряжений пластины.

Рисунок 2 – Распределение напряжения пластин

Максимальное напряжение возникает и составляет МПа. На рисунке 3 показано распределение их упругих деформаций пластины.

Рисунок 3 – Распределение упругих деформаций.

Масса детали составляет кг (плотность материала кг/м 3)

Приложение 4

Задание к работе 4

Определить напряжения и деформации, возникающие в пластине от действия растягивающей силы и закрепления. Размеры пластины представлены на рис. 1, схема нагружения на рис. 2: одна грань закреплена (жесткая заделка), на другую действует растягивающая сила 2 кН.

Создать трехмерную модель пластины в системе Autodesk Inventor, используя навыки, полученные при выполнении работы 3. Сохранить файл детали (.ipt) в папке со своей фамилией, расположив ее в папке «Мои документы».

1 Запустить Cosmos Design Star. Импортировать деталь – кнопка стандартной панели инструментов. В открывшемся окне сменить тип файла на Autodesk Inventor Files (.ipt) и указать файл пластины.

Толщина пластины – 5 мм
Рис. 1. Размеры пластины	Рис. 2. Схема нагружения пластины

1 Добавить расчет, запустив пункт меню Define (Определить) Þ Study (Расчет). В открывшемся окне Add (Добавить) расчет, в поле New Study (Новый расчет) ввести название, например, 1, убедиться, что Analysis Type (Тип расчета): Static (Статический). В браузер расчета будет добавлена структура, представленная на рис. 3. С браузером работают через меню, вызываемое правой кнопкой мыши по соответствующему элементу браузера.

	Название расчета Задание свойств материала детали Задание нагрузки и закреплений Генерация сеточной модели Формирование результатов расчета
Рис. 3. Браузер статического расчета

2 Задать характеристики материала детали – Apply Material to All (Задать материал). Ввести (Input) следующие свойства:

- модуль упругости (Elasticity Modulus) 2,15×10¹¹ Н/м²;

- коэффициент Пуассона (Poisson’s Ratio) 0,3;

- модуль сдвига (Shear Modulus) 8,2×10¹⁰ Н/м².

3 Задать закрепления и нагрузку. Закрепить (Restraint) грань пластины (рис. 2) с типом закрепления без перемещения и вращения – Fixed. Задать растягивающую силу (Load), указав грань как на рис. 2 и задав значение (Value)-2000 Н.

4 Сгенерировать сеточную модель – пункт Create меню, вызываемого на элементе Mesh (Сетка) браузера. В открывшемся окне согласиться (кнопка OK) с предлагаемым размером (2,86 мм) конечных элементов. На рис. 4 представлен результат разбиения пластины на трехмерные элементы – тетраэдры.

5 Запустить расчет – пункт Run меню, вызываемого на названии расчета. В результате в браузер добавятся дополнительные элементы: результаты расчета напряжений (Stress) и деформаций (Displacement) (рис. 5). Для генерации карт напряжений и деформаций выполнить двойной щелчок мыши на элементах Plot:1 и Plot:2 браузера (рис. 5). Сохранить файл в Cosmos Design Star (.DgxPrt).

Рис. 4. Сеточная модель пластины	Рис. 5. Фрагмент браузера результатов расчета

6 Выполнить анализ карт напряжений и деформаций – определить, где в пластине возникают максимальные напряжения и деформации.

7 Сформировать отчет в виде HTML файла о проведенном анализе детали методом конечных элементов – пункт Define (Определить) меню, вызываемого на элементе Report (Отчет) браузера (рис. 3). Просмотреть htm-файл, включающий всю информацию о выполненном анализе: свойства материала детали, ее масса и объем; значения нагрузки и характеристика закреплений; свойства расчета: число элементов (Number of element), размер элемента (Element Size), число узлов и др.; результаты расчета: максимальные и минимальные значения напряжений (Н/м²), деформаций (мм) и их расположение. Сохранить htm-файл.