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. Wykonali: Gawroński Tomasz Słomczyński Filip Grupa M3 Mechanika i Budowa Maszyn Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania 2014/2015 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 23 3

4 4

5 1. Analiza stanu naprężeń i odkształceń 1.1. Opis modelu Obiektem analizy jest wałek rowerowego mechanizmu korbowego w standardzie mocowania ISIS utwierdzony i obciążony w sposób zbliżony do sytuacji, jaka ma miejsce w rowerze. Model został wykonany w programie AutodeskInventor Professional Celem analizy jest sprawdzenie jak wygląda rozkład naprężeń w wałku w warunkach obciążenia gdy rowerzysta stoi na pedałach, a ramiona korby ustawione są pionowo względem podłoża. Analizę odkształcenia wałka przeprowadzę za pomocą równania Lagrange a II rodzaju, które ma postać: 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 Fy = 300 N/m 2, 5

6 Rys 1.1. Wymiary wałka. 6

7 1.2.Przeprowadzone badanie Rys 1.2. Model 3D wałka wykonany w programie AutodeskInventor. 7

8 Rys 1.3. (Boundarysettings) fixed w miejscu, w którym łożyska podpierają wał i ustalają jego położenie w mufie ramy Rys 1.4. zdjęcie przedstawiające wałek wraz z łożyskami 8

9 Rys 1.5. (Boundarysettings) free - load miejsca w których występuje nacisk zadaną siłą Rys Wygenerowanie siatki elementów. 9

10 Rys Odkształcenia wałka pod wpływem obciążenia max. 9,067e10 [m] Rys Rozkład naprężeń von Mises a w wałku- max. 8483,121 [Pa] 10

11 1.3.Wnioski Symulacja obrazujewystępujące odkształcenia i rozkład naprężeń podczas obciążania wałka siłą 300N/m 2 w sposób opisany powyżej. Jak widać wartość odkształcenia jest znikomo mała, zatem pomijając niedokładność badań, wałek jest dobrze zaprojektowany. Rozkład naprężeń wskazuje newralgiczne punkty konstrukcyjne wałka miejsce występowania karbu. W tych miejscach, należy zwrócić szczególną uwagę na wytrzymałość konstrukcji wałka. W tym przypadku szczególnie niebezpieczne będą naprężenia zmęczeniowe. W rzeczywistości jednak w miejscu wystąpienia największych naprężeń (karbu) znajdują się łożyska (Rys. 1.4) przez co oddziaływanie siły w mniejszym stopniu wpływa na powstawanie efektu karbu. 11

12 2.Analiza rozkładu temperatury w rowerowej tarczy hamulcowej 2.1.Opis modelu Analizaprzepływu ciepła jest przeprowadzona na przykładzie rowerowej tarczy hamulcowej Shimano XTR. Tarcza jest kilkuczęściowa, część robocza jest połączona z pająkiem za pomocą roznitowanych sworzni.symulacja ma na celu pokazanie rozkładu temperatury w tarczy dla trzech różnych materiałów: 1)stopu tytanu Ti-6Al-4V, 2)nierdzewnej stali martenzytycznej 302 3)stopu aluminium 6061-T6 Temperatura początkowa tarczy to 20⁰C, powierzchnia roboczajest podgrzewana, w sposób, który jest dużym uproszczeniem hamowania, do temperatury 127⁰C. 12

13 Rys Wymiary tarczy. Rys Model 3D formy wykonany w programie Solidworks. 13

14 2.2.Przeprowadzone badania Rys Wygenerowanie siatki elementy. Rys Tarcza jest podgrzewana na powierzchniach płaskich części roboczej 14

15 Rys Rozkład temperatur po upływie 1s widok z góry 15

16 s Rozkład temperatur po upływie 1s przekrój Ry 16

17 17

18 Rys Rozkład temperatur po upływie 1s widok na pająk tarczy 2.3.Wnioski Najwyższą temperaturę ma pająk tarczy wykonanej ze stopu tytanu (391,483 K), co związane jest z jego najwyższą, spośród badanych materiałów, przewodnością cieplną.najniższą temperaturę ma pająk tarczy wykonanej ze stali nierdzewnej. ( K). Newralgicznym punktem konstrukcji tarczy jest miejsce połączenia części roboczej z pająkiem. W tym miejscu należy ograniczyć przepływ ciepła do pająka stosując stalowe sworznie, które na Rys.2.5. mają najniższą temperaturę. Najlepszym materiałem na tarczę jest stal nierdzewna, ponieważ istotne jest, ograniczanie obszarutarczy nagrzewającego się w trakcie hamowania. 18

19 3. Analiza aerodynamiczna pocisków używanych w czołgach Leopard 2 i M1A1/A2 Abrams. Pociski DM Opis modelu Czołgowe pociski odłamkowe rozwijane były w krajach Układu Warszawskiego. Na zachodzie do niszczenia umocnień i rażenia siły żywej wykorzystywano pociski kumulacyjne. Doświadczenia ostatnich konfliktów asymetrycznych wskazały jednak na konieczność opracowania dedykowanej amunicji. Jeden z wzorów opracował niemiecki Rheinmetall. DM11 - oprócz głowicy odłamkowej i brzechw stabilizujących - otrzymał programowalny zapalnik. Dzięki niemu załoga czołgu może spowodować rozerwanie się pocisku na wyznaczonym dystansie, np. nad żołnierzami piechoty, ukrywającymi się za przeszkodami terenowymi. Drugi z trybów pracy zapalnika pozwala na wybuch ze zwłoką. Może być on wykorzystany do niszczenia umocnień. Trzeci tryb, z działaniem kontaktowym, przeznaczony jest do klasycznych zastosowań. Nowe pociski mogą być stosowane do istniejących dział gładkolufowych kalibru 120 mm, zarówno krótszych (L44), jak i dłuższych (L55). Pozwala to na ich stosowanie w kilku tysiącach czołgów rodziny Leopard 2 i M1A1/A2 Abrams, nawet tych, których wyposażenie pokładowe jest jeszcze analogowe. Cyfrowe urządzenie do programowania amunicji może być bowiem montowane bez ingerencji w system kontroli ognia. 19

20 Rys. 3.1 Badany element. Pocisk DM Przeprowadzone badanie Rys 3.2. Model w programie Comsol Multiphysics Model przedstawia kształt rzutu bocznego, który powstał w programie CAD, a następnie został zaimportowany do Comsola. 20

21 Parametry które zastosowano to: - prędkość 40, 70, 110 m/s - gęstość powietrza ρ=1,293 kg/m 3, - współczynnik dynamicznej lepkości powietrza η=1,708*10-5 Pa*s Lewą stronę tuneli ustalono jako wlot powietrza (intel), natomiast prawą stronę pozostawiono otwartą (open boundry). Pocisk oznaczono jako przeszkodę na drodze przepływającego powietrza (wall). Rys Wygenerowanie siatki elementów. Model narysowany jest w sporym uproszczeniu, dlatego nie dziwi fakt, że elementów jest tak niewiele. Jednak Pomimo to, analiza aerodynamiczna została odwzorowana dobrze. 21

22 Rys Prędkość powietrza wokół naboju przy 40 m/s. Rys Prędkość powietrza wokół naboju przy 70m/s. 22

23 Rys 3.6. Prędkość powietrza wokół naboju przy 110 m/s Wnioski Prędkość powietrza przy samym naboju jest niewielka prawie bliska 0. Maksymalna prędkość powietrza dla naboju przy 40 m/s wynosi 96,361 m/s, dla 70m/s z kolei 169,364 m/s a przy 110 m/s już 191,775 m/s. W przypadku 70m/s musiała zostać zmniejszona siatka elementów, ze względu na moc obliczeniową komputera, który nie poradził sobie dostatecznie z taką ilością elementów do zbadania. Analiza jest przeprowadzana z dużym błędem ze względu na to, że jest to uproszczony model oraz przedstawione zjawisko jest w 2D. 23