Podczas wykonywania analizy w programie COMSOL, wykorzystywane jest poniższe równanie: 1.2. Dane wejściowe.

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: Marcin Rybiński Grzegorz Witczak Marcin Nowakowski

2 1. Analiza opływu powietrza na podstawie bolidu Ferrari 156 F Wstęp. Przedmiotem badań jest bolid Ferrari 156 F1. W budowie bolidu wyścigowego bardzo duży nacisk kładzie się na opływowy kształt nadwozia, aby opór powietrza podczas jazdy był jak najmniejszy a zatem prędkości uzyskiwane przez pojazd były większe. W poniższym ćwiczeniu postaramy się zbadać opływowość bolidu skonstruowanego w 1961 roku, a także to jak rozkładają się prędkości wokół badanego obiektu. Rys. 1. Bolid Ferrari 156 F1 Sharknose.

3 Podczas wykonywania analizy w programie COMSOL, wykorzystywane jest poniższe równanie: 1.2. Dane wejściowe.

4 Rys. 2.Określenie modułu, który umożliwi rozwiązanie problemu. W celu przeprowadzenia badania za pomocą programu COMSOL dokonaliśmy obrysu widoku bocznego pojazdu umieszczonego w tunelu aerodynamicznym o wysokości 3m i długości 10m, a także określiliśmy warunki początkowe. Rys. 3. Obrys badanego obiektu umieszczonego w tunelu aerodynamicznym.

5 Rys. 4. Warunki początkowe. Lewą stronę tunelu określiliśmy jako wlot powietrza, prawą natomiast jako wylot. Rys. 5. Określenie wlotu.

6 Rys. 6. Określenie wylotu. Rys.7. Określenie pojazdu jako przeszkody na drodze powietrza.

7 Rys. 8. Wygenerowana siatka składająca się z elementów.

8 Rys.9. Określenie parametrów czasowych. Rys. 10. Zdefiniowanie stałych. 1.3 Wyniki. Po wprowadzeniu wszystkich niezbędnych parametrów wykonano obliczenia w programie COMSOL. Wyniki obliczeń przedstawiono na poniższych rysunkach.

9 Rys.11. Prędkość powietrza wokół pojazdu Wnioski. Otrzymane wyniki są niestety tylko wynikami poglądowymi, ze względu na słabą moc obliczeniową jaką posiadają laptopy studentów możliwa była analiza tylko płaskiego obiektu przez co pominięty został przepływ powietrza pod samochodem. Wyniki jakie uzyskaliśmy wskazują iż powietrze które przepływa tuż przy powierzchni pojazdu, a także przy ściankach tunelu przyjmuje wartości bliskie 0, najwyższe wartości prędkości powietrze uzyskuje nad badanym obiektem i jest dwukrotnie większa niż prędkość powietrza na wlocie. Prędkość jaką przyjęliśmy na wlocie jest bardzo mała ze względu na to iż rozpatrujemy przepływ laminarny (Re =500). Zmiana parametru Re jak i prędkości na wlocie skutkowała błędami w obliczeniach. W badanym przypadku przejazd pojazdu nieznacznie zakłóca przepływ powietrza w tunelu.

10 2. Analiza rozkładu temperatur dla kielicha zalanego wodą o temperaturze 90 C Wstęp teoretyczny Opis badanego przedmiotu. Badanym przedmiotem poddanym komputerowej analizie rozkładu temperatur za pomocą programu COMSOL jest kielich w całości wykonany ze złota zalany wodą. Dane wejściowe: Temperatura otoczenia: 15 C Temperatura wody 90 C Materiał kubka : złoto Czas grzania : 20 s

11 Rys. 12. Model wykonany w programie CATIA. Rys.13. Model wczytany do programu COMSOL 2.3. Analiza w programie COMSOL. Rys.14. Określenie modułu, który umożliwi rozwiązanie problemu.

12 Rys.15. Wybór materiału. Rys.16. Określenie początkowej kielicha.

13 Rys.17. Ustalenie warunków brzegowych (powierzchni wewnętrznej kielicha). Rys 18. Ustalenie warunków brzegowych (powierzchni zewnętrznej kielicha).

14 Rys. 19. Ustalenie czasu nagrzewania. Rys.20. Wygenerowana siatka.

15 2.4. Wyniki i wnioski. Rys.21. Rozkład temperatur w kielichu po 20s nagrzewania. Po przeprowadzonej analizie komputerowej rozkładu temperatur widać iż kielich nagrzał się najbardziej w miejscu bezpośredniego styku z cieczą. Przy podstawie w miejscu najbardziej odległym od cieczy,temperatura kielicha wzrosła o niespełna 2 stopnie. Najwyższa zanotowana temperatura to 302 K a więc znacznie mniej niż ciecz (363K). Biorąc pod uwagę iż złoto jest doskonałym przewodnikiem ciepła można było spodziewać się znacznie wyższych temperatur.

16 3. Analiza odkształceń półek warsztatowych 3.1 Analiza modelu. Analiza ugięcia i rozkładu naprężeń została przeprowadzona z wykorzystaniem aplikacji Structural Mechanics by Solid, Stress-Strain. 3.2 Wstęp Celem tej analizy było sprawdzenie, jakie odkształcenia występują w rakiecie tenisowej podczas uderzenia rakietą z odpowiednią siłą. Obciążenie dla rakiety wynosi 1500N. Siła symuluje gdy sfrustrowany gracz uderza rakietą w twardy obiekt. Siła piłeczki tenisowej nie była brana pod uwagę z powodu małej siły działającej na rakietę. Rys.22. Model rakiety używany do symulacji.

17 Materiał jakim jest aluminium został wybrany jako jeden z wielu stosowanych do produkcji rakiet tenisowych. Rys.23. Parametry materiałowe rakiety. Rys 24 Wartość i miejsce obciążenie rakiety.

18 Rys 25 Utwierdzenie rakiety w miejscu uchwytu. Wygenerowana siatka ma 4028 elementów Rys 26 Siatka trójkątów oraz proces generowania rozwiązania.

19 Rys 27 Analiza ugięcia rakiety tenisowej. Rys 28 Analiza sił powstałych w rakiecie.

20 2.3. Wnioski Pod wpływem działającej siły rakieta uległa ugięciu. Maksymalne ugięcie powstało bezpośrednio w miejscu oddziaływania siły. Rozkład naprężeń pokazany jest na rysunku 28. Wartości tych własności zapewniają poprawne zachowanie rakiety podczas wykonywania uderzenia oraz wykluczają jej stałe odkształcenie lub złamanie.

21 4. Analiza przepływu powietrza przez zawór kulowy otworzony w połowie. Wstęp. Przedmiotem badania jest zawór kulowy stosowany powszechnie w instalacjach wodnych, C.O. oraz pneumatycznych. Jego głównym zadaniem jest odcinanie dopływu mediów, lub ograniczenie ich przepływu. Rys. 1. Przekrój zaworu kulowego.

22 Użyte równanie w programie COMSOL: Rys. 2.Określenie modułu, który umożliwi rozwiązanie problemu.

23 Rys. 3. Zarys przekroju przez który przepływa płyn. Rys. 4. Warunki początkowe.

24 Rys. 5. Określenie wlotu. Rys. 6. Określenie wylotu.

25 Rys.7. Określenie ścianek zaworu. Rys. 8. Wygenerowana siatka składająca się z elementów.

26 Rys.9. Określenie parametrów czasowych. Rys. 10. Zdefiniowanie stałych.

27 1.3 Wyniki. Rys.11. Prędkość płynu w poszczególnych partiach zaworu Wnioski. Otrzymane wyniki bardzo dobrze obrazują jak zamknięty z połowie zawór kulowy powoduje zawirowania cieczy lub gazu który przez niego przepływa. Dodatkowo badanie obrazuje jak zwiększa się prędkość mediów w zwężeniach maksymalna wartość na poziomie 33 m/s przy wartości wlotowej na poziomie 5 m/s. Myślę, iż po zwiększeniu liczby Reynoldsa (w badaniu została wpisana wartość Re na poziomie 500), zjawiska zawirowania byłyby jeszcze bardziej widoczne i o wiele mocniej zakłóciłyby przepływ.

28