Politechnika Poznańska

Transkrypt

1 Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania Mechanika i Budowa Maszyn Grupa M3 Metoda Elementów Skończonych Prowadzący: dr hab. Tomasz Stręk, prof. nadzw. Wykonał: Miłek Mateusz 1

2 2

3 Spis treści 1. Analiza stanu naprężeń i odkształceń Opis modelu Przeprowadzone badania Wnioski Analiza rozkładu temperatury Opis modelu Przeprowadzone badanie Wnioski Analiza aerodynamiczna samochodu Opis modelu Przeprowadzone badanie Wnioski..16 3

4 4

5 1. Analiza stanu naprężeń i odkształceń 1.1. Opis modelu Obiektem analizy będą dwa ceownik o różnym przekroju poprzecznym utwierdzone obustronnie. Modele zostały wykonane w programie Autodesk Inventor Professional Celem analizy jest sprawdzenie jak kształt ceownika wpływa na wielkość naprężeń. Analizę odkształcenia ceowników przeprowadzę za pomocą równania Lagrange a II rodzaju, które ma postać: ρ 2 u c u = F t2 F wartość obciążenia, ρ współczynnik zależny od gęstości materiału Materiał ceowników przyjmuję jako stal następujących parametrach: - moduł Yoiunga E = 2*10 11 Pa - współczynnik Poissona v = 0,33, - gęstość ρ = 7850 kg/m 3, - analizę przeprowadzono dla obciążenia siłą ciągła F = N, - długość ceowników 2000 mm. Rys Wymiary ceownika 1. 5

6 Rys Wymiary ceownika Przeprowadzone badania Rys 1.3. Model 3D ceownika 1 wykonany w programie Autodesk Inventor. 6

7 Rys Wygenerowanie siatki elementów. Rys Odkształcenia ceownika 1 pod wpływem obciążenia. 7

8 Rys Rozkład naprężeń von Mises a w ceownika 1. Rys Model 3D ceownika 2 wykonany w programie Autodesk Inventor. 8

9 Rys Wygenerowanie siatki elementy. Rys Odkształcenie ceownika 2 pod wpływem obciążenia. 9

10 Rys Rozkład naprężeń von Mises a w ceowniku Wnioski Symulacja zobrazowała jakie występują odkształcenia i jak rozkładają się naprężenia podczas obciążania ceownika siłą 1000 kg. Ceowniki różniły się konstrukcją profili. Ceownik 1 którego przekrój poprzeczny był osłabiony licznymi otworami, ale posiadał dodatkową zakładkę usztywniającą odkształcił się o prawie 57% mniej niż ceownik 2 bez zakładki usztywniającej i bez otworów. Natomiast rozkład naprężeń jest mniejszy i bardziej optymalny w ceowniku 2 ponieważ nie posiada nieciągłości w przekroju poprzecznym. Naprężenia maksymalne w ceowniku 2 są prawie o 86% mniejsze niż w ceowniku 1. 10

11 2. Analiza rozkładu temperatury w formie do pieczenia ciasta 2.1. Opis modelu Analizę przepływu ciepła przeprowadziłem na przykładzie formy do pieczenia ciasta. Symulacja ma na celu pokazanie rozkładu temperatury w formie do pieczenia ciasta, która znajduje się w otoczeniu o temperaturze 20⁰C. Rys Wymiary formy. Rys Model 3D formy wykonany w programie Autodesk Inventor. Materiał z którego wykonano formę przyjmuję jako żelazo Armco. Temperatura początkowa formy - 200⁰C. 11

12 2.2. Przeprowadzone badanie Rys Wygenerowanie siatki elementy. Rys Rozkład temperatury w formie po upływie 2s Wnioski Forma do pieczenia mająca temperaturę 200⁰C (np.: po wyjęciu z piekarnika) umieszczona w otoczeniu o temperaturze 20⁰C już 12

13 po upływie 2 sekund osiąga temperaturę niegroźną dla człowieka. Praktycznie cała forma osiągnęłą po tym czasie temperaturę otoczenia tj. 20⁰C, a tylko w podstawie gdzie grubość ścianki była największa temperatura była na na maksymalnym poziomie 32,36⁰C. Na płycie CD jest załączony film z symulacją chłodzenia formy. 3. Analiza aerodynamiczna samochodu Seat Ibiza 3.1. Opis modelu Przedmiotem analizy jest samochód Seat Ibiza. W budowie samochodów kładzie się duży nacisk na zminimalizowanie oporów powietrza, aby zmniejszyć zużycie paliwa, szum podczas jazdy oraz zwiększyć prędkość uzyskiwaną przez pojazd. Rys Badany pojazd Seat Ibiza 13

14 3.2. Przeprowadzone badanie Rys Model w programie Comsol Multiphysics Model przedstawia kształt rzutu bocznego, który powstał w programie CAD, a następnie został zaimportowany do Comsola. Parametry które zastosowałem to: - prędkość 50, 100, 150 km/h, - gęstość powietrza ρ=1,293 kg/m 3, - współczynnik dynamicznej lepkości powietrza η=1,708*10-5 Pa*s Lewą stronę tuneli ustaliłem jako wlot powietrza (intel), natomiast prawą stronę zostawiłem otwartą (open boundry). Pojazd oznaczyłem jako przeszkodę na drodze przepływającego powietrza (wall). 14

15 Rys Wygenerowanie siatki elementów. Rys Prędkość powietrza wokół pojazdy przy 50km/h 15

16 Rys Prędkość powietrza wokół pojazdu przy 100km/h Rys Prędkość powietrza wokół pojazdu przy 150 km/h 3.3 Wnioski Prędkość powietrza przypływającego tuż przy powierzchni pojazdu przyjmuje wartości bliskie 0. Wzrost prędkości pojazdu z 50 do 100 km/h zwiększa maksymalną prędkość opływającego go powietrza zaledwie o 0, m/s, a wzrost prędkości pojazdu ze 100 do 150 km/h zwiększa prędkość opływającego powietrza o 0, m/s. Jak widać na 16

17 zamieszczonych obrazach za pojazdem powstają zawirowania powietrza. Wyniki tej analizy są spowodowane dużym marginesem błędu, ze względu na przedstawienie zjawiska 2D ze względu na moc obliczeniową komputera. W tym modelu nie jest uwzględniony przepływ powietrza pod samochodem, co powoduje znaczy opór powietrza na masce samochodu. 17