Politechnika Poznańska

Transkrypt

1 Politechnika Poznańska Metoda Elementów Skończonych Mechanika i Budowa Maszyn Prowadzący: dr hab. Tomasz Stręk, prof. nadzw. Wykonali: Maria Kubacka Paweł Jakim Patryk Mójta 1

2 Spis treści: 1. Symulacja przepływu ciepła w modelu 3D Kuchenka elektryczna Opis badanego przedmiotu...3 Analiza w programie COMSOL. 3 Wyniki i wnioski 6 2. Analiza naprężeń stałych w modelu 3D Korbowód Opis badanego przedmiotu...7 Analiza w programie COMSOL.8 Wyniki i wnioski Porównanie opływu aerodynamicznego Samochód ciężarowy Opis badanego przedmiotu Analiza w programie COMSOL..11 Wyniki i wnioski Analiza naprężenia w modelu 2D ząb koła zębatego Opis badanego przedmiotu...14 Analiza w programie COMSOL.14 Wyniki i wnioski..15 2

3 1. Symulacja przepływu ciepła w modelu 3D Kuchenka elektryczna a) Opis badanego przedmiotu Przedmiotem, który został poddany analizie przepływu ciepła jest kuchenka elektryczna pokazana poniżej. Przy wykonywaniu analizy wykorzystany został moduł Heat Transfer by Conduction. Rys. 1 Model wykonany w programie Catia Rys. 2 Model wczytany do programu COMSOL Dane wejściowe: Temperatura otoczenia: 20 Temperatura płyty grzewczej: 150 Czas nagrzewania : 360 s Materiał: 1006 b) Analiza w programie COMSOL Subdomain Settings Rys. 3 Wybór materiału 3

4 Rys. 4 Temperatura otoczenia Boundary Settings Warunki brzegowe Rys. 5 Temperatura płyty grzewczej 4

5 Rys. 6 Ustawienie czasu nagrzewania Rys. 7 Siatka Na model kuchenki nałożono elementów. 5

6 c) Wyniki i wnioski Rys. 8 Rozkład temperatur w kuchence po 360 s grzania Rys. 9 Rozkład temperatur w kuchence po 360 s grzania(widok 2) 6

7 Po przeprowadzonej analizie rozkładu dla kuchenki elektrycznej zauważyć można, że po 360 sekundach najwyższa temperatura występuję w okolicy płyty grzewczej i im dalej od niej tym jest ona coraz niższa. Najniższa temperatura wynosi ok 109, a więc dotknięcie chociażby obrzeża kuchenki może spowodować poparzenie, dlatego też nie należy podczas grzania dotykać urządzenia na co zwraca również uwagę producent, zamieszczając na urządzeniu ostrzeżenie. 2. Analiza naprężeń stałych w modelu 3D - Korbowód a) Opis analizowanego przedmiotu Przedmiotem, który został poddany analizie naprężeń statycznych był korbowód pokazany poniżej. Przy wykonywaniu analizy wykorzystany został moduł Structural Mechanics by Static analysis. Rys. 10 Korbowód zamodelowany w Catii Rys. 11 Zaimportowany model w programie COMSOL 7

8 b) Analiza w programie COMSOL Subdomain Settings Boundary Settings Zadanie warunków brzegowych: utwierdzenie na wale i siła na sworzniu. Zadanie temperatury początkowej: T = 500 K 8

9 Wygenerowanie siatki 7130 elementów c) Wyniki i wnioski Naprężenia Naprężenie: 9

10 Przemieszczenie Maksymalne odkształcenie wynosi Miejscem najbardziej obciążonymi podczas pracy korbowodu jest łącznik łączący wał korbowy i tłok. Wielkość maksymalnych naprężeń jest na poziomie ok. 73 MPa w zaokrągleniu w punkcie znajdującym się w łączniku. Korbowód pod działaniem siły N podczas pracy odkształca się nieznacznie największe odkształcenia są na poziomie. 3. Porównanie opływu aerodynamicznego samochodu ciężarowego a) Opis badanego przedmiotu Elementem badanym jest samochód ciężarowy. Jeden z nich posiada owiewkę na kabinie natomiast drugi nie. Przy wykonywaniu analizy wykorzystany został moduł Fluid Dynamics- Steady - state analysis. 10

11 b) Analiza w programie COMSOL Subdomain Settings Boundary Settings Zadanie warunków brzegowych; Zdefiniowanie wejścia i wyjscia medium w tunelu aerodynamicznym -lewa pionowa ściana wlot -ścianka prawa pionowa wylot -reszta krawędzi określamy jako ściany. Prędkość na wylocie wynosi 20m/s. 11

12 Wygenerowanie siatki Samochód ciężarowy z owiewką na kabinie Samochód ciężarowy bez owiewki na kabinie 12

13 c) Wyniki i wnioski Na podstawie wygenerowanych modeli oraz siatek przeprowadziliśmy symulacje oraz rozwiązanie zagadnienia. Nasz problem został rozpatrzony pod kątem zmiany prędkości przepływu. Samochód ciężarowy z owiewką na kabinie Samochód ciężarowy bez owiewki na kabinie 13

14 Dla obu przypadków prędkość opływ zwiększa sie ponad dwukrotnie w krytycznych miejscach. Dla modelu samochodu ciężarowego bez owiewki rozkład prędkości przebiega regularniej, natomiast dla drugiego przypadku największe wartości rozpoczynają się tuż nad sama owiewką. Dodatkowo możemy zauważy, iż w przypadku samochodu ciężarowego z owiewką na końcu powstają większe zawirowania powietrza niż w przypadku 2. Tak duże prędkości przepływu są również związane z ograniczonym przekrojem tunelu i prawdopodobnie nie odzwierciedlają stanu faktycznego. 4. Analiza naprężenia w modelu 2D Ząb koła zębatego a) Opis badanego przedmiotu Analizie poddany został ząb koła zębatego będącego pod obciążeniem. Celem jest wyznaczenie wielkości naprężeń zęba koła. W tym przypadku użyto funkcję Plane Strain. Rys.12 Zaimportowany rysunek zęba w programie Comsol b) Analiza w programie COMSOL Subdomain Settings Ustawienia dla materiału : STAL Moduł Younga E: Współczynnik Poissona ν : 0,33 Gęstość ρ : Grubość: 0,02 m 14

15 Boundary Settings c) Wyniki i wnioski Naprężenia 15

16 Jak widać na powyższym zrzucie największe naprężenie występuje w przyporze i osiąga maksymalnie Odkształcenie Maksymalne odkształcenie wynosi Miejscem najbardziej obciążonymi podczas pracy koła zębatego są powierzchnie przyporu zębów oraz stopy zębów. Wielkość maksymalnych naprężeń jest na poziomie ok. 240 MPa w punkcie przyporu, oraz ok. 170 MPa w podstawie zęba Ząb podczas pracy odkształca się nieznacznie największe odkształcenia są na poziomie kilku mikrometrów. 16