Laboratorium MES. Projekt. Comsol Multiphysics 3.4.

Transkrypt

1 Laboratorium MES Projekt Comsol Multiphysics 3.4. Rok akademicki 2013/2014 Wydział: Budowy Maszyn I Zarządzania Kierunek: Mechanika I Budowa Maszyn Semestr: VII Grupa: IME Wykonali : Mateusz Ochocki Paweł Majewski Prowadzący: dr hab. inż., Prof. nadzw. Tomasz Stręk 1

2 Spis treści 1.Przepływ ciepła Wstęp Opis modelu Opis przeprowadzonej analizy Wnioski. 8 2.Analiza ugięcia pod wpływem obciążenia Wstęp Opis modelu Opis przeprowadzonej analizy Wnioski Przepływ płynu Wstęp Opis modelu Opis przeprowadzonej analizy Wnioski. 17 2

3 1. Przepływ ciepła. 1.1.Wstęp. Celem symulacji jest przeanalizowanie przepływu ciepła w tarczy hamulcowej. Przeprowadzenie takiej analizy może byd przydatne przy projektowaniu tarczy hamulcowej, przy rozwiązaniu problemu nadmiernego nagrzewania tarcz podczas hamowania i sposobie jej chłodzenia. Tarcze hamulcowe podczas hamowania, przy jeździe wyścigowej, nagrzewają się nawet do C.Dla tego do samochodów rajdowych są stosowane tarcze wentylowane i dodatkowo nacinane i nawiercane. W samochodach seryjnych stosowane są atrcze wentylowane, lub do mniejszych samochodów tarcze monolityczne. Zdj.1.3. Tarcza hamulcowa - monolityczna. Zdj.1.1. Tarcza hamulcowa - wentylowana, nawiercana i nacinana. Zdj.1.2. Tarcza hamulcowa wentylowana. Do analizy wykorzystano model tarczy firmy Brembo, tarcza z golfa mk3 VR6. Wymiary tarczy: Średnica : 288 mm Grubośd : 22mm Otwór osadzenia: 65mm Zdj.1.4. Przekrój tarczy - Tarcza wentylowana, rozwiązanie firmy Brembo. 3

4 1.2 Opis modelu. Do analizy w programie Comsol wykorzystano moduł Heat Transfer który do analizy wykorzystuje równanie : Tarcza została zamodelowana w programie Autodesk Inventor Tarcza jest wzorowana na konstrukcji i wymiarach tarczy firmy Brembo montowanej w VW Golfie mk3 z silnikiem 2.8 VR6 (o mocy 174 KM ). Zdj.1.5. Widok zamodelowanej tarczy w programie Inventor

5 Materiał tarczy przyjety do analizy Stal. Zdj.1.6. Parametry wybranego materiału w programie COMSOL Zdj.1.7. Zdjecie przedstawiające tarcze zaimportowaną w formacie.igs do programu COMSOL. 5

6 1.3 Opis przeprowadzonej analizy. Początkową czynnością przy wykonaniu analizy było zdefiniowanie materiału badanego elementu. Później określenie warunków brzegowych, kolejno naniesienie siatki na badaną figurę i przeprowadzenie anlizy przepływu ciepła. Przyjęto że temperatura otoczenia wynosi 293K, powierzchnie nagrzewane są do 500K a reszta powierzchni jest nagrzana do 300K. Zdj.1.8. Zdefiniowanie T 0 Zdj.1.9. Powierzchnie o okreslonej temp. T=500K. 6

7 Zdj Zdefiniowanie pozostałych powierzchni, temp. T=300K. Kolejnym etapem jest naniesienie siatki na element poddany analizie. Zdj Nałożona siatka na tarcze. 7

8 Następnie można zaktualizowad model, i przeprowadzid analizę. Zdj Wynik analizy przepływu temperatury Wnioski. Po przeprowadzonej analizie możemy zaobserowowad przbieg rozkładu temperatury. W miejscach w których temperatura jest najniższa, wartośc temperatury wynosi 300K. Analizując przebieg rozkładu temperatury możemy wywnioskowad że pod wpływem przepływającego powietrza przez tarcze, temperatura zostaje szybko i efektywnie odprowadzona. Dla porównania można by przeprowadzid analize rozkładu temperatury dla tarczy monolitycznej, oraz dla tarczy z różnych materiałów. 8

9 2. Analiza ugięcia pod wpływem obciążenia. 2.1.Wstęp. Do analizy ugięcia pod wpłyem obciążenia została wykorzystana zamodelowana belka zgodna z normą ANSI, belka typu C 3x6 o długośdi l=1000mm. Belki tego typu są wykorzystywane do wszelkiego rodzajów konstrukcji stalowych, typu podesty stalowe itp. Zdj.2.1. Podest-przykładowe zastosowanie belki typu C. Zdj.2.2. Belka zamodelowana w programie Inventor. 9

10 2.2.Opis modelu. Belka która została wykorzystana do analizy to belka typu C, o długośdi całkowitej 1000mm. Belka zostanie poddana nacisku punktowemu, na środku belki, z siła o wartości 6000N. Analiza ma pozwolid sprawdzid ugięcie belki pod wpływem nacisku. Belka podczas analizy jest przymocowana po dwóch skrajnych koocach. Do analizy naprężeo wykorzystujemy moduł Structural Mechanics Solid, Stress Strain. Program do obliczeo wykorzystuje wzór : Gdzie: F-wartośd siły, ρ-gęstośd materiału. Materiały przyjęty dla nalizowane belki to stal. Zdj.2.3. Parametry materiału belki. 10

11 2.3. Opis przeprowadzonej analizy. Do analizy zamodelowano belke w programie Inventor, następnie zapisano ją w formacie.ipt i zaimportowano do programu Comsol. Zdj.2.4. Zaimportowana belka w formacie.ipt. Następnym krokiem podczas przeprowadzonej analizy było ustalenie materiału belki oraz niezbędnych parametrów materiałowych. Po zdefiniowaniu tych parametrów, należało nanieśd na belke punkt w którym będzie przyłożona siła. Punkt został narysowany centralnie na środku belki. Kolejno ustalono zamocowanie belki. Zdj.2.5. Ustalenie zamocowania belki. 11

12 Zdj.2.6. Zdefiniowanie wartości siły w wyznaczonym punkcie. Następnie na model została naniesiona siatka i przeprowadzono analize. Zdj.2.7. Wygenerowana siatka na modelu belki. 12

13 Zdj.2.8. Odkształcenie belki. 2.4.Wnioski. Po wykonaniu analizy naprężeo ostrzymaliśmy odkształcony model belki. Maksymalne odkształcenie belki wyniosło 0,687 mm. Widok odkształconej belki przedstawia również zarys belki przed jej obciążeniem. Pozwala to ocenid wielkośd odkształcenia. Dla porówniania można by przeprowadzid analize dla belki rodzaju T, o tej samej długośdi z tego samego materiału i porównad odkształcenia. W analize możemy zmienid rozpatrywany parametr, który w naszym przypadku to Total Displacement. Zdj.2.9. Zmiana analizowanego parametru. 13

14 3. Przepływ płynu. 3.1.Wstęp. Do analizy przepływu wykorzystano model 2D pocisku kalibru 9mm. Pocisk został zamodelowany w Comsolu. Jest to przybliżony kształt pocisku 9x18mm. W ujęciu ogólnym przepływ można scharakteryzowad tzw. metodą Eulera przez podanie pola prędkości płynu, czyli zależności prędkości od współrzędnych przestrzennych i czasu. W kinematyce płynów stosuje się następujące rodzaje przepływu: -stacjonarny -laminarny -turbulentny Zdj.3.1. Nabój 9x18mm Makarowa 3.2.Opis modelu. Zamodelowany pocisk w programie Comsol, został umieszczony w obszarze który określa przepływ powietrza. Pocisk został zamodelowany przy pomocy prostych figur geometrycznych. Analiza została przeprowadzona przy pomocy modułu Fluid Dynamics, który wykorzystuje do obliczeo wzór: 14

15 Wzór: Podczas analizy należało wprowadzic dodatkowy parametr Re-liczba Reynoldsa, która określa nam rodzaj przepływu. Re < 2100 przepływ laminarny (uporządkowany, warstwowy, stabilny) 2100 < Re < 3000 przepływ przejściowy (częściowo turbulentny) Re > 3000 przepływ turbulentny (burzliwy) Podczas analizy Re max, zostało przyjęte jako wartośd Zdj.3.2. Pocisk zamodelowany w Comsolu. 15

16 3.3. Opis przeprowadzonej analizy. Po zamodelowaniu pocisku należało określid warunki brzegowe, uwzględnid dodatkowy parametr Re oraz wprowadzid jego wartośd i rodzaj przyrostu. Po wykonaniu tych czynności na model została naniesiona siatka i przeprowadzono analize przepływu. Zdj.3.3.Ustalenie warunków brzegowych. Zdj.3.4.Naniesienie siatki na model. 16

17 Zdj.3.5.Widok przepływu powietrza. 3.4.Wnioski. Po przeprowadzonej analizie otrzymaliśmy widok przepływu powietrza przez pocisk. Najwyższa wartośd parametru Re została określona dla wartości Re=3000, co oznacza że został przeanalizowany przepływ laminarny oraz przejsciowy. Na widoku przepływy można zaobserwowad że prędkośd przepływu powietrza przy powierzchni pocisku jest zerowa. Maksymalna prędkośd przepływu wyniosła 1.93 m/s. 17