Расчет по циклической долговечности
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНСТИТУТ МАТЕМАТИКИ И МЕХАНИКИ ИМ. Н.И. ЛОБАЧЕВСКОГО
Направление: Механика и математическое моделирование
Индивидуальная работа № 2.2 по дисциплине
“Физико-механический практикум и вычислительный эксперимент”
Выполнил: студент 4 курса группы 05-301
Герасимов О.В.
Проверил: доцент кафедры теоретической механики
Великанов П.Г
Казань 2016
Решение задачи расчета диска на прочностную надежность
Задание:
1. Построить плоскую модель сечения диска.
2. Задать:
1. нелинейное распределение параметров в табличном виде.
2. граничные условия на линии соприкосновения с валом диска: фиксирование перемещений вдоль оси OY.
3. распределенную нагрузку на большем радиусе.
4. угловую скорость и ускорение свободного падения.
3. Вывести:
1. эпюру распределения температуры.
2. деформированное и недеформированное состояние.
3. напряжения по критерию Вон-Мизеса.
4. эпюру перемещений по оси OX.
5. эпюру распределения напряжений.
Решение
Рис.1 Плоская модель: область сечения.
Заполним таблицу, вводя значения радиусов и соответствующих им для данного материала напряжений для пяти фиксированных температур:
Рис.2 Напряжения и температуры.
Создадим сетку:
Рис.3 Разбиение сетки.
Зададим граничные условия, распределенную нагрузку, угловую скорость и ускорения свободного падения:
Рис.4 Задание необходимых условий.
Осуществим решение. Выведем все необходимые эпюры.
ANSYS выводит на экран графический анализ итерационного процесса решения задачи:
Рис.5 Графический анализ итерационного процесса.
Рис.6 Температурное распределение.
Рис.7 Деформированное и недеформированное состояние.
Рис.8 Напряжения по критерию Вон-Мизеса.
Рис.9 Распределение перемещений по оси OX.
Рис.10 Распределение напряжений по оси OX.
Рис.11 Распределение напряжений по оси OY.
Рис.12 Распределение перемещений по оси OY.
Исследование на собственные частоты.
Рис.13.1 Первая форма потери устойчивости.
Рис.13.2 Первая форма потери устойчивости.
Рис.13.3 Первая форма потери устойчивости.
Рис.13.4 Первая форма потери устойчивости.
Рис.13.5 Первая форма потери устойчивости.
Рис.13.6 Первая форма потери устойчивости.
Рис.13.7 Первая форма потери устойчивости.
Табл.1 Таблица значений критических частот.
LOG-FILE
finish
/CLEAR,START
/units,si
/COLOR,PBAK,OFF
/REPLOT
/prep7
!* Построение точек.
K,1,0.0767,0.071/2,
K,2,0.0805,0.0845/2,
K,3,0.0875,0.0888/2,
K,4,0.0945,0.0888/2,
K,5,0.109,0.084/2,
K,6,0.12,0.0638/2,
K,7,0.138,0.0382/2,
K,8,0.152,0.0251/2,
K,9,0.179,0.0231/2,
K,10,0.194,0.0334/2,
K,11,0.196,0.0334/2,
K,12,0.21,0.0334/2,
K,13,0.2125,0.03/2,
K,14,0.22,0.022/2,
K,15,0.2627,0.0185/2,
K,16,0.305,0.016/2,
K,17,0.348,0.0134/2,
K,18,0.349,0.0122/2,
K,19,0.357,0.015/2,
K,20,0.367,0.0228/2,
K,21,0.374,0.0235/2,
K,22,0.374,,
K,23,0.0767,,
!* Соединение точек.
L, 1, 2
L, 2, 3
L, 3, 4
L, 4, 5
L, 5, 6
L, 6, 7
L, 7, 8
L, 8, 9
L, 9, 10
L, 10, 11
L, 11, 12
L, 12, 13
L, 13, 14
L, 14, 15
L, 15, 16
L, 16, 17
L, 17, 18
L, 18, 19
L, 19, 20
L, 20, 21
L, 21, 22
L, 22, 23
L, 23, 1
!* Создание области.
FLST,2,23,4
FITEM,2,7
FITEM,2,6
FITEM,2,8
FITEM,2,5
FITEM,2,4
FITEM,2,3
FITEM,2,2
FITEM,2,9
FITEM,2,1
FITEM,2,10
FITEM,2,11
FITEM,2,23
FITEM,2,22
FITEM,2,12
FITEM,2,13
FITEM,2,14
FITEM,2,15
FITEM,2,16
FITEM,2,17
FITEM,2,18
FITEM,2,19
FITEM,2,20
FITEM,2,21
AL,P51X
!* Отображаем зеркально область относительно вертикальной оси.
FLST,3,1,5,ORDE,1
FITEM,3,1
ARSYM,Y,P51X, , , ,0,0
/PNUM,ELEM,0
/REPLOT
!* Обединяем отображение и оригинал.
FLST,2,2,5,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,-2
AADD,P51X
!* Задаем тип материала.
ET,1,PLANE82
!* Определяемм параметры материала.
KEYOPT,1,1,0
KEYOPT,1,3,1
KEYOPT,1,6,1
!* Задаем табличные значения.
TB,MELA,1,5,15,
TBTEMP,473
TBPT,,0,0
TBPT,,0.1/100,1880e5
TBPT,,0.2/100,3800e5
TBPT,,0.3/100,5720e5
TBPT,,0.35/100,6420e5
TBPT,,0.37/100,6550e5
TBPT,,0.4/100,6720e5
TBPT,,0.42/100,6810e5
TBPT,,0.46/100,6970e5
TBPT,,0.5/100,7100e5
TBPT,,0.55/100,7200e5
TBPT,,0.6/100,7300e5
TBPT,,0.7/100,7390e5
TBPT,,0.8/100,7460e5
TBPT,,0.86/100,7500e5
TBTEMP,573
TBPT,,0,0
TBPT,,0.1/100,1830e5
TBPT,,0.2/100,3700e5
TBPT,,0.3/100,5580e5
TBPT,,0.35/100,6310e5
TBPT,,0.37/100,6450e5
TBPT,,0.4/100,6630e5
TBPT,,0.42/100,6720e5
TBPT,,0.46/100,6880e5
TBPT,,0.5/100,7000e5
TBPT,,0.55/100,7100e5
TBPT,,0.6/100,7190e5
TBPT,,0.7/100,7260e5
TBPT,,0.8/100,7330e5
TBPT,,0.86/100,7380e5
TBTEMP,773
TBPT,,0,0
TBPT,,0.1/100,1700e5
TBPT,,0.2/100,3420e5
TBPT,,0.3/100,5100e5
TBPT,,0.35/100,5800e5
TBPT,,0.37/100,6000e5
TBPT,,0.4/100,6230e5
TBPT,,0.42/100,6330e5
TBPT,,0.46/100,6490e5
TBPT,,0.5/100,6620e5
TBPT,,0.55/100,6720e5
TBPT,,0.6/100,6760e5
TBPT,,0.7/100,6830e5
TBPT,,0.8/100,6900e5
TBPT,,0.86/100,6930e5
TBTEMP,873
TBPT,,0,0
TBPT,,0.1/100,1600e5
TBPT,,0.2/100,3200e5
TBPT,,0.3/100,4830e5
TBPT,,0.35/100,5600e5
TBPT,,0.37/100,5800e5
TBPT,,0.4/100,6000e5
TBPT,,0.42/100,6110e5
TBPT,,0.46/100,6250e5
TBPT,,0.5/100,6370e5
TBPT,,0.55/100,6470e5
TBPT,,0.6/100,6500e5
TBPT,,0.7/100,6560e5
TBPT,,0.8/100,6600e5
TBPT,,0.86/100,6630e5
TBTEMP,973
TBPT,,0,0
TBPT,,0.1/100,2470e5
TBPT,,0.2/100,3000e5
TBPT,,0.3/100,4570e5
TBPT,,0.35/100,5200e5
TBPT,,0.37/100,5130e5
TBPT,,0.4/100,5500e5
TBPT,,0.42/100,5620e5
TBPT,,0.46/100,5850e5
TBPT,,0.5/100,6000e5
TBPT,,0.55/100,6200e5
TBPT,,0.6/100,6300e5
TBPT,,0.7/100,6350e5
TBPT,,0.8/100,6400e5
TBPT,,0.86/100,6420e5
GPLOT
!*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,475
MPTEMP,2,477.88
MPTEMP,3,483.17
MPTEMP,4,488.47
MPTEMP,5,499.45
MPTEMP,6,507.77
MPTEMP,7,521.39
MPTEMP,8,531.99
MPTEMP,9,552.42
MPTEMP,10,563.77
MPTEMP,11,565.29
MPTEMP,12,575.88
MPTEMP,13,577.77
MPTEMP,14,583.45
MPTEMP,15,615.77
MPTEMP,16,647.78
MPTEMP,17,680.32
MPTEMP,18,681.08
MPTEMP,19,687.13
MPTEMP,20,694.70
MPTEMP,21,700
UIMP,1,REFT,,,
MPDATA,ALPX,1,,12.92e-7
MPDATA,ALPX,1,,13.04e-7
MPDATA,ALPX,1,,13.25e-7
MPDATA,ALPX,1,,13.46e-7
MPDATA,ALPX,1,,13.9e-7
MPDATA,ALPX,1,,14.23e-7
MPDATA,ALPX,1,,14.78e-7
MPDATA,ALPX,1,,15.2e-7
MPDATA,ALPX,1,,16.02e-7
MPDATA,ALPX,1,,16.47e-7
MPDATA,ALPX,1,,16.53e-7
MPDATA,ALPX,1,,16.96e-7
MPDATA,ALPX,1,,17.03e-7
MPDATA,ALPX,1,,17.26e-7
MPDATA,ALPX,1,,18.55e-7
MPDATA,ALPX,1,,19.83e-7
MPDATA,ALPX,1,,21.13e-7
MPDATA,ALPX,1,,21.16e-7
MPDATA,ALPX,1,,21.41e-7
MPDATA,ALPX,1,,21.71e-7
MPDATA,ALPX,1,,21.92e-7
!* Задание параметров разбиения.
FLST,2,1,5,ORDE,1
FITEM,2,3
AESIZE,P51X,0.005,
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,0
!* Разбиение на КЭ.
CM,_Y,AREA
ASEL, , , , 3
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA'
CMSEL,S,_Y
!*
AMESH,_Y1
!*
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
!* Закрепление по оси OY линии, каксательной к плоскости вала.
FINISH
/SOL
FLST,2,2,4,ORDE,2
FITEM,2,23
FITEM,2,48
!*
/GO
DL,P51X, ,UY,
!* Создание шарнира (закрепление по оси OY).
!FLST,2,1,1,ORDE,1
!FITEM,2,20
!*
!/GO
!D,P51X, , , , , ,UY, , , , ,
!* Задание нагрузки.
FLST,2,1,1,ORDE,1
FITEM,2,21
FLST,2,2,4,ORDE,2
FITEM,2,21
FITEM,2,47
/GO
!*
SFL,P51X,PRES,-2060000,
!* Задание температурного поля.
*get, n_count, node, 0, count
*do, i, 1, n_count
BF, i, temp, 756.811*nx(i)+416.953
*enddo
!* Задание угловой скорости и ускорения свободного падения.
OMEGA,0,-764,0,
ACEL,0,-9.81,0,
!*
FINISH
/PREP7
!* Задание параметров материала.
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,DENS,1,,8000
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
UIMP,1,REFT,,,
MPDATA,ALPX,1,,1.2e-6
!*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,2.5e11
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MSHAPE,1,3D
MSHKEY,0
FINISH
/SOL
!* Запуск на решение.
/STATUS,SOLU
SOLVE
!* Деформированное состояние.
/POST1
PLDISP,1
!* Распределение температуры.
/PSF,PRES,NORM,1,0,1
/PBF,TEMP, ,1
/PIC,DEFA, ,1
/PSYMB,CS,0
/PSYMB,NDIR,0
/PSYMB,ESYS,0
/PSYMB,LDIV,0
/PSYMB,LDIR,0
/PSYMB,ADIR,0
/PSYMB,ECON,0
/PSYMB,XNODE,0
/PSYMB,DOT,1
/PSYMB,PCONV,
/PSYMB,LAYR,0
/PSYMB,FBCS,0
!*
/PBC,ALL, ,1
/REP
FINISH
/POST1
!* Напряжения по критерию Вон-Мизеса.
/EFACET,1
PLNSOL, S,EQV, 0,1.0
!* Распределение перемещений по оси UX
PLNSOL,U,X,0,1
!* Распределение напряжений по оси UX
PLNSOL, S,X, 0,1.0
!* Распределение перемещений по оси UY
PLNSOL,U,Y,0,1
!* Распределение напряжений по оси UY
PLNSOL, S,Y, 0,1.0
!* Исследование на собственные частоты.
FINISH
/SOL
!Модальный анализ
pstres,on
solve
finish
/solu
antype,1
bucopt,subsp,7
mxpand,7,,,0
solve
finish
/POST1
SET,FIRST !Первая форма потери устойчивости.
PLDISP,1
SET,NEXT
PLDISP,1
SET,LAST
PLDISP,1
SET,LIST
FINISH
/SOL
Решим задачу в объемной постановке.
Построим объемную модель сектора диска (30°) с одним отверстием на биссектрисе под стяжной болт.
Граничные условия:
- распределенная нагрузка на внешней кромке;
- ограничение перемещений по оси OY внутренней кромки, граничащей с валом;
- условие симметрии на двух боковых поверхностях сектора.
Задаем:
- температурное поле, распределяющееся в радиальном направлении;
- угловую скорость;
- ускорение свободного падения в плоскости, перпендикулярной оси вала.
Построение модели было осуществлено в Siemens NX и импортировано для решения в ANSYS в формате Parasolid.
Рис.14 Импортированная модель.
Рис.15 Объемная модель с построенной сеткой.
Зададим граничные условия, угловую скорость, распределенную нагрузку, ускорение свободного падения, а также условия симметрии по боковым плоскостям (Рис.15):
Рис.16 Модель с необходимыми условиями.
Рис.17 Графический анализ итерационного процесса.
Рис.18 Деформированное состояние.
Рис.19 Температурное распределение.
Рис.20 Напряжения по критерию Вон-Мизеса.
Рис.21 Распределение перемещений по оси UX.
Рис.22 Распределение напряжений по оси UX.
Рис.23 Распределение напряжений по оси UY.
Рис.24 Распределение напряжений по оси UY.
Исследование на собственные частоты.
Первая собственная форма (Рис.25):
Рис.25.1 Вид сверху.
Рис.25.2 Вид спереди.
Рис.25.3 Вид сбоку.
Вторая форма потери устойчивости (Рис.26):
Рис.26.1 Вид сверху.
Рис.26.2 Вид спереди.
Рис.26.3 Вид сбоку.
Третья форма потери устойчивости (Рис.27):
Рис.27.1 Вид сверху.
Рис.27.2 Вид спереди.
Рис.27.3 Вид сбоку.
Четвертая форма потери устойчивости (Рис.28):
Рис.28.1 Вид сверху.
Рис.28.2 Вид спереди.
Рис.28.3 Вид сбоку.
Пятая форма потери устойчивости (Рис.29):
Рис.29.1 Вид сверху.
Рис.29.2 Вид спереди.
Рис.29.3 Вид сбоку.
Шестая форма потери устойчивости (Рис.30):
Рис.30.1 Вид сверху.
Рис.30.2 Вид спереди.
Рис.30.3 Вид сбоку.
Седьмая форма потери устойчивости (Рис.31):
Рис.31.1 Вид сверху.
Рис.31.2 Вид спереди.
Рис.31.3 Вид сбоку.
Табл.2 Таблица значений критических частот.
LOG-FILE
finish
/CLEAR,START
/units,si
/COLOR,PBAK,OFF
/REPLOT
/prep7
~PARAIN,'Sector','x_t','F:\ansys2\Models\',SOLIDS,0,0 !Импорт объемной модели.
/NOPR
/GO
!* Задаем тип КЭ.
ET,1,SOLID92
!* Задаем табличные значения.
TB,MELA,1,5,15,
TBTEMP,473
TBPT,,0,0
TBPT,,0.1/100,1880e5
TBPT,,0.2/100,3800e5
TBPT,,0.3/100,5720e5
TBPT,,0.35/100,6420e5
TBPT,,0.37/100,6550e5
TBPT,,0.4/100,6720e5
TBPT,,0.42/100,6810e5
TBPT,,0.46/100,6970e5
TBPT,,0.5/100,7100e5
TBPT,,0.55/100,7200e5
TBPT,,0.6/100,7300e5
TBPT,,0.7/100,7390e5
TBPT,,0.8/100,7460e5
TBPT,,0.86/100,7500e5
TBTEMP,573
TBPT,,0,0
TBPT,,0.1/100,1830e5
TBPT,,0.2/100,3700e5
TBPT,,0.3/100,5580e5
TBPT,,0.35/100,6310e5
TBPT,,0.37/100,6450e5
TBPT,,0.4/100,6630e5
TBPT,,0.42/100,6720e5
TBPT,,0.46/100,6880e5
TBPT,,0.5/100,7000e5
TBPT,,0.55/100,7100e5
TBPT,,0.6/100,7190e5
TBPT,,0.7/100,7260e5
TBPT,,0.8/100,7330e5
TBPT,,0.86/100,7380e5
TBTEMP,773
TBPT,,0,0
TBPT,,0.1/100,1700e5
TBPT,,0.2/100,3420e5
TBPT,,0.3/100,5100e5
TBPT,,0.35/100,5800e5
TBPT,,0.37/100,6000e5
TBPT,,0.4/100,6230e5
TBPT,,0.42/100,6330e5
TBPT,,0.46/100,6490e5
TBPT,,0.5/100,6620e5
TBPT,,0.55/100,6720e5
TBPT,,0.6/100,6760e5
TBPT,,0.7/100,6830e5
TBPT,,0.8/100,6900e5
TBPT,,0.86/100,6930e5
TBTEMP,873
TBPT,,0,0
TBPT,,0.1/100,1600e5
TBPT,,0.2/100,3200e5
TBPT,,0.3/100,4830e5
TBPT,,0.35/100,5600e5
TBPT,,0.37/100,5800e5
TBPT,,0.4/100,6000e5
TBPT,,0.42/100,6110e5
TBPT,,0.46/100,6250e5
TBPT,,0.5/100,6370e5
TBPT,,0.55/100,6470e5
TBPT,,0.6/100,6500e5
TBPT,,0.7/100,6560e5
TBPT,,0.8/100,6600e5
TBPT,,0.86/100,6630e5
TBTEMP,973
TBPT,,0,0
TBPT,,0.1/100,2470e5
TBPT,,0.2/100,3000e5
TBPT,,0.3/100,4570e5
TBPT,,0.35/100,5200e5
TBPT,,0.37/100,5130e5
TBPT,,0.4/100,5500e5
TBPT,,0.42/100,5620e5
TBPT,,0.46/100,5850e5
TBPT,,0.5/100,6000e5
TBPT,,0.55/100,6200e5
TBPT,,0.6/100,6300e5
TBPT,,0.7/100,6350e5
TBPT,,0.8/100,6400e5
TBPT,,0.86/100,6420e5
GPLOT
!*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,475
MPTEMP,2,477.88
MPTEMP,3,483.17
MPTEMP,4,488.47
MPTEMP,5,499.45
MPTEMP,6,507.77
MPTEMP,7,521.39
MPTEMP,8,531.99
MPTEMP,9,552.42
MPTEMP,10,563.77
MPTEMP,11,565.29
MPTEMP,12,575.88
MPTEMP,13,577.77
MPTEMP,14,583.45
MPTEMP,15,615.77
MPTEMP,16,647.78
MPTEMP,17,680.32
MPTEMP,18,681.08
MPTEMP,19,687.13
MPTEMP,20,694.70
MPTEMP,21,700
UIMP,1,REFT,,,
MPDATA,ALPX,1,,12.92e-7
MPDATA,ALPX,1,,13.04e-7
MPDATA,ALPX,1,,13.25e-7
MPDATA,ALPX,1,,13.46e-7
MPDATA,ALPX,1,,13.9e-7
MPDATA,ALPX,1,,14.23e-7
MPDATA,ALPX,1,,14.78e-7
MPDATA,ALPX,1,,15.2e-7
MPDATA,ALPX,1,,16.02e-7
MPDATA,ALPX,1,,16.47e-7
MPDATA,ALPX,1,,16.53e-7
MPDATA,ALPX,1,,16.96e-7
MPDATA,ALPX,1,,17.03e-7
MPDATA,ALPX,1,,17.26e-7
MPDATA,ALPX,1,,18.55e-7
MPDATA,ALPX,1,,19.83e-7
MPDATA,ALPX,1,,21.13e-7
MPDATA,ALPX,1,,21.16e-7
MPDATA,ALPX,1,,21.41e-7
MPDATA,ALPX,1,,21.71e-7
MPDATA,ALPX,1,,21.92e-7
!* Задание параметров материала.
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,DENS,1,,8000
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
UIMP,1,REFT,,,
MPDATA,ALPX,1,,1.2*10e-6
!*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,2.5e11
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MSHAPE,1,3D
MSHKEY,0
!* Разбиение на КЭ.
ESIZE,0.005,0,
CM,_Y,VOLU
VSEL, , , , 1
CM,_Y1,VOLU
CHKMSH,'VOLU'
CMSEL,S,_Y
!*
VMESH,_Y1
!*
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
!* Условие закрепления по оси OY.
FLST,2,1,5,ORDE,1
FITEM,2,41
!*
/GO
DA,P51X,UY,
!* Условия симметрии.
FLST,2,2,5,ORDE,2
FITEM,2,42
FITEM,2,-43
DA,P51X,SYMM
!* Распределенная нагрузка.
FLST,2,1,5,ORDE,1
FITEM,2,22
/GO
!*
SFA,P51X,1,PRES,-2060000
!* Задание температурного поля.
*get,n_count,node,0,count
*do,i,1,n_count
Bf,i,temp,1580.46*sqrt(nx(i)*nx(i)+nz(i)*nz(i))+331.43
*enddo
!* Задание угловой скорости и ускорения свободного падения.
OMEGA,0,-764,0,
ACEL,0,-9.81,0,
!* Решение.
FINISH
/SOL
/STATUS,SOLU
SOLVE
!* Деформированное состояние.
/POST1
PLDISP,1
!* Распределение температуры.
/PSF,PRES,NORM,1,0,1
/PBF,TEMP, ,1
/PIC,DEFA, ,1
/PSYMB,CS,0
/PSYMB,NDIR,0
/PSYMB,ESYS,0
/PSYMB,LDIV,0
/PSYMB,LDIR,0
/PSYMB,ADIR,0
/PSYMB,ECON,0
/PSYMB,XNODE,0
/PSYMB,DOT,1
/PSYMB,PCONV,
/PSYMB,LAYR,0
/PSYMB,FBCS,0
!*
/PBC,ALL, ,1
/REP
FINISH
/POST1
!* Напряжения по критерию Вон-Мизеса.
/EFACET,1
PLNSOL, S,EQV, 0,1.0
!* Распределение перемещений по оси UX
PLNSOL,U,X,0,1
!* Распределение напряжений по оси UX
PLNSOL, S,X, 0,1.0
!* Распределение перемещений по оси UY
PLNSOL,U,Y,0,1
!* Распределение напряжений по оси UY
PLNSOL, S,Y, 0,1.0
!* Исследование на собственные частоты.
FINISH
/SOL
!Модальный анализ
pstres,on
solve
finish
/solu
antype,1
bucopt,subsp,7
mxpand,7,,,0
solve
finish
/POST1
SET,FIRST !Первая форма потери устойчивости.
PLDISP,1
SET,NEXT
PLDISP,1
SET,LAST
PLDISP,1
SET,LIST
FINISH
/SOL
Осуществим расчет лопатки без хвостовика.
Построим модель лопатки без хвостовика (Рис.31):
Рис.32 Импортированная модель.
Рис.33 Модель с наложенной сеткой и необходимыми условиями.
Рис.34 Деформированное состояние.
Рис.35 Температурное распределение.
Рис.36 Напряжения по критерию Вон-Мизеса.
Рис.37 Распределение перемещений по оси UX.
Рис.38 Распределение напряжений по оси UX.
Рис.39 Распределение напряжений по оси UY.
Рис.40 Распределение напряжений по оси UY.
Исследование на собственные частоты.
Первая собственная форма (Рис.41):
Рис.41.1 Вид сверху.
Рис.41.2 Вид спереди.
Рис.41.3 Вид сбоку.
Вторая собственная форма (Рис.42):
Рис.42.1 Вид сверху.
Рис.42.2 Вид спереди.
Рис.42.3 Вид сбоку.
Третья собственная форма (Рис.43):
Рис.43.1 Вид сверху.
Рис.43.2 Вид спереди.
+ 
Рис.43.3 Вид сбоку.
Четвертая собственная форма (Рис.44):
Рис.44.1 Вид сверху.
Рис.44.2 Вид спереди.
+ 
Рис.44.3 Вид сбоку.
Пятая собственная форма (Рис.45):
Рис.45.1 Вид сверху.
Рис.45.2 Вид спереди.
+ 
Рис.45.3 Вид сбоку.
Шестая собственная форма (Рис.46):
Рис.46.1 Вид сверху.
Рис.46.2 Вид спереди.
+ 
Рис.46.3 Вид сбоку.
Седьмая собственная форма (Рис.47):
Рис.47.1 Вид сверху.
Рис.47.2 Вид спереди.
+ 
Рис.47.3 Вид сбоку.
Табл.3 Таблица значений критических частот.
LOG-FILE
finish
/CLEAR,START
/units,si
/COLOR,PBAK,OFF
/REPLOT
/prep7
~PARAIN,'Disc(sector)_net_cvyazej','x_t','F:\ansys2\Models\',SOLIDS,0,0 !* Экспорт модели.
/NOPR
/GO
FLST,2,5,6,ORDE,2
FITEM,2,2
FITEM,2,-6
VDELE,P51X
!*
ET,1,SOLID187
!* СОединяем узлы для построения совместной сетки.
nummrg,all,1e-4,1e-3
!* Разбиение на КЭ.
ESIZE,0.005,0,
MSHAPE,1,3D
MSHKEY,0
!*
CM,_Y,VOLU
VSEL, , , , 1
CM,_Y1,VOLU
CHKMSH,'VOLU'
CMSEL,S,_Y
!*
VMESH,_Y1
!*
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
!*
ESIZE,0.003,0,
FLST,5,5,6,ORDE,2
FITEM,5,7
FITEM,5,-11
CM,_Y,VOLU
VSEL, , , ,P51X
CM,_Y1,VOLU
CHKMSH,'VOLU'
CMSEL,S,_Y
!*
VMESH,_Y1
!*
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
!*
FINISH
/SOL
!* Закрепление плоскости по OY, касательной к валу.
FLST,2,1,5,ORDE,1
FITEM,2,45
!*
/GO
DA,P51X,UY,
!* Условия симметрии.
FLST,2,2,5,ORDE,2
FITEM,2,46
FITEM,2,-47
DA,P51X,SYMM
!* Задание распределенной нагрузки на лопатки.
FLST,2,5,5,ORDE,5
FITEM,2,85
FITEM,2,96
FITEM,2,107
FITEM,2,118
FITEM,2,129
/GO
!*
SFA,P51X,1,PRES,5
!* Задание параметров материала.
FINISH
/PREP7
!*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,DENS,1,,8000
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
UIMP,1,REFT,,,
MPDATA,ALPX,1,,1.2*10e-6
!*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,2.5e11
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MSHAPE,1,3D
MSHKEY,0
!* Температурное распределение.
*get,n_count,node,0,count
*do,i,1,n_count
Bf,i,temp,1580.46*sqrt(nx(i)*nx(i)+nz(i)*nz(i))+331.43
*enddo
!* Задание угловой скорости и ускорения свободного падения.
OMEGA,0,-764,0,
ACEL,0,-9.81,0,
!* Решение.
FINISH
/SOL
/STATUS,SOLU
SOLVE
!* Деформированное состояние.
/POST1
PLDISP,1
!* Распределение температуры.
/PSF,PRES,NORM,1,0,1
/PBF,TEMP, ,1
/PIC,DEFA, ,1
/PSYMB,CS,0
/PSYMB,NDIR,0
/PSYMB,ESYS,0
/PSYMB,LDIV,0
/PSYMB,LDIR,0
/PSYMB,ADIR,0
/PSYMB,ECON,0
/PSYMB,XNODE,0
/PSYMB,DOT,1
/PSYMB,PCONV,
/PSYMB,LAYR,0
/PSYMB,FBCS,0
!*
/PBC,ALL, ,1
/REP
FINISH
/POST1
!* Напряжения по критерию Вон-Мизеса.
/EFACET,1
PLNSOL, S,EQV, 0,1.0
!* Распределение перемещений по оси UX.
PLNSOL,U,X,0,1
!* Распределение напряжений по оси UX.
PLNSOL, S,X, 0,1.0
!* Распределение перемещений по оси UY.
PLNSOL,U,Y,0,1
!* Распределение напряжений по оси UY.
PLNSOL, S,Y, 0,1.0
!* Исследование на собственные частоты.
FINISH
/SOL
!Модальный анализ
pstres,on
solve
finish
/solu
antype,1
bucopt,subsp,7
mxpand,7,,,0
solve
finish
/POST1
SET,FIRST !Первая форма потери устойчивости.
PLDISP,1
SET,NEXT
PLDISP,1
SET,LAST
PLDISP,1
SET,LIST
FINISH
/SOL
Осуществим решение для одной из лопаток с хвостовиком отдельно.
Решение
Табл.4 Механические свойства сплава.
Рис.48 Объемная модель лопатки с хвостовиком.
Разобьем на КЭ:
Рис.49 Разбиение на КЭ.
Зададим граничные условия, распределенную нагрузку на внутреннюю часть лопатки, угловую скорость и ускорения свободного падения:
Рис.50 Задание необходимых условий.
Осуществим решение. Выведем все необходимые эпюры.
Рис.51 Температурное распределение.
Рис.52 Деформированное и недеформированное состояние.
Рис.53 Напряжения по критерию Вон-Мизеса.
Рис.54 Распределение перемещений по оси OX.
Рис.55 Распределение напряжений по оси OX.
Рис.56 Распределение напряжений по оси OY.
Рис.57 Распределение перемещений по оси OY.
Исследование на собственные частоты.
Рис.58.1 Первая форма потери устойчивости.
Рис.58.2 Первая форма потери устойчивости.
Рис. 58.3 Первая форма потери устойчивости.
Рис. 58.4 Первая форма потери устойчивости.
Рис. 58.5 Первая форма потери устойчивости.
Рис. 58.6 Первая форма потери устойчивости.
Рис. 58.7 Первая форма потери устойчивости.
Табл.4 Таблица значений критических частот.
LOG-FILE
finish
/CLEAR,START
/units,si
/COLOR,PBAK,OFF
/REPLOT
/prep7
~PARAIN,'Lopatka_by_kek','x_t','F:\ansys2\Models\',SOLIDS,0,0 !Экспорт объемной модели.
/NOPR
/GO
!*
ET,1,SOLID92
!*
ESIZE,0.002,0,
VCLEAR, 1
CM,_Y,VOLU
VSEL, , , , 1
CM,_Y1,VOLU
CHKMSH,'VOLU'
CMSEL,S,_Y
!*
VMESH,_Y1
!*
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
!* Задаем параметры материала.
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,DENS,1,,8400
MPTEMP,1,500
MPTEMP,2,600
MPDE,EX,1
MPDE,PRXY,1
MPDATA,EX,1,,1.7E+011
MPDATA,EX,1,,1.65E+011
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,500
MPTEMP,2,600
UIMP,1,REFT,,,
MPDE,ALPX,1
MPDATA,ALPX,1,,1.48E-006
MPDATA,ALPX,1,,1.58E-006
FINISH
/SOL
!* Задание температурного поля.
*get, n_count, node, 0, count
*do, i, 1, n_count
BF, i, temp,1580*ny(i)+780
*end do
!* Задание угловой скорости и ускорения свободного падения.
OMEGA,0,0,764,
ACEL,0,0,9.81,
!*
FINISH
/PREP7
!*
FLST,2,2,5,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,5
!*
/GO
DA,P51X,ALL,
FLST,2,1,5,ORDE,1
FITEM,2,9
/GO
!*
SFA,P51X,1,PRES,5
!* Запуск на решение.
FINISH
/SOL
/STATUS,SOLU
SOLVE
!* Деформированное состояние.
/POST1
PLDISP,1
!* Распределение температуры.
/PSF,PRES,NORM,1,0,1
/PBF,TEMP, ,1
/PIC,DEFA, ,1
/PSYMB,CS,0
/PSYMB,NDIR,0
/PSYMB,ESYS,0
/PSYMB,LDIV,0
/PSYMB,LDIR,0
/PSYMB,ADIR,0
/PSYMB,ECON,0
/PSYMB,XNODE,0
/PSYMB,DOT,1
/PSYMB,PCONV,
/PSYMB,LAYR,0
/PSYMB,FBCS,0
!*
/PBC,ALL, ,1
/REP
FINISH
/POST1
!* Напряжения по критерию Вон-Мизеса.
/EFACET,1
PLNSOL, S,EQV, 0,1.0
!* Распределение перемещений по оси UX
PLNSOL,U,X,0,1
!* Распределение напряжений по оси UX
PLNSOL, S,X, 0,1.0
!* Распределение перемещений по оси UY
PLNSOL,U,Y,0,1
!* Распределение напряжений по оси UY
PLNSOL, S,Y, 0,1.0
!* Исследование на собственные частоты.
FINISH
/SOL
!Модальный анализ
pstres,on
solve
finish
/solu
antype,1
bucopt,subsp,7
mxpand,7,,,0
solve
finish
/POST1
SET,FIRST !Первая форма потери устойчивости.
PLDISP,1
SET,NEXT
PLDISP,1
SET,LAST
PLDISP,1
SET,LIST
FINISH
/SOL
Расчет по циклической долговечности
| Зоны диска | r, м | T, K | σr, МПа | σt, МПа | σнэкв, Мпа | αT | σ, Мпа σ=αT∙σнэкв |
| Центральное отверстие | 7,67 | 475,00 | 0,00 | 8600,02 | 8600,02 | 1,68 | 14448,03 |
| Отверстие в полотне (точка D1) | 15,70 | 542,20 | 3534,42 | 5079,71 | 4516,12 | 3,05 | 13774,18 |
| Дно паза замка | 37,40 | 700,00 | 2649,81 | -531,64 | 2951,76 | 7,98 | 23567,36 |
Табл.5 Исходные данные.
, в силу симметричности цикла.
- число циклов до образования трещины,
- число циклов нагружения,
- ресурс,
- средняя продолжительность работы,
- предел длительной прочности,
- среднее напряжение,
- размах упруго - пластической деформации.
Решим уравнение Мэнсона в программе Mathematica (см. рис. 98).
Рис.59 Решение уравнения Мэнсона.
, 
.
Деформирование диска происходит по узловым окружностям и узловым диаметрам. Покажем эпюры перемещений для каждой из форм потери устойчивости, соответствующей критическим частотам.
Рис.60.1 Эпюра перемещений вдоль оси OY для первой формы потери устойчивости.
Рис. 60.2 Эпюра перемещений вдоль оси OY для второй формы потери устойчивости.
Рис. 60.3 Эпюра перемещений вдоль оси OY для третьей формы потери устойчивости.
Рис. 60.4 Эпюра перемещений вдоль оси OY для четвертой формы потери устойчивости.
Рис. 60.5 Эпюра перемещений вдоль оси OY для пятой формы потери устойчивости.
Рис. 60.6 Эпюра перемещений вдоль оси OY для шестой формы потери устойчивости.
Рис. 60.7 Эпюра перемещений вдоль оси OY для седьмой формы потери устойчивости.