Politechnika Poznańska

Transkrypt

1 Politechnika Poznańska Metody Elementów Skończonych Prowadzący: dr hab. inż. Tomasz Stręk Wykonanie: Arkadiusz Dąbek Michał Małecki Wydział: WBMiZ Kierunek: MiBM Specjalizacja: TPM 2

2 Spis Treści 1. Odkształcenia pod wpływem obciążenia Opis modelu Opis analizy Podsumowanie Przepływ ciepła Opis modelu Opis analizy Podsumowanie Opływ wody wokół ryby Opis modelu Opis analizy Podsumowanie

3 1. Odkształcenia pod wpływem obciążenia 1.1 Opis modelu Przedmiotem poddanym analizie jest część konstrukcji krzesła (jedno przęsło). Konstrukcja ta została wykonana z prętów kwadratowych o boku 40x40 [mm] oraz połączona pod kątem 90 stopni. Część konstrukcji, którą poddaliśmy pod działania obciążenia ma powierzchnię 0,018 m². Celem analizy jest wykonanie symulacji powstałego odkształcenia spowodowanego przyłożonym obciążeniem o różnych wartościach. Rysunek 1. Model konstrukcji przęsła krzesła wykonany w programie Inventor 1.2 Opis analizy Dane materiału: Do przeprowadzenia symulacji wykorzystany został moduł Solid, Sterss-Strain. Moduł Younga: [Pa] 3

4 Współczynnik Poissona: 0,33 Gęstość: Rysunek 2. Model zaimportowany do programu COMSOL Multiphysics Po wygenerowaniu siatki model został podzielony na elementów. Po poddaniu modelu pod działanie obciążenia działającego z góry o wartości N(naprężenie 200 MPa) uzyskaliśmy następujący efekt odkształcenia całej konstrukcji. 4

5 Rysunek 3. Model krzesła po naniesieniu siatki. Rysunek 4. Prezentacja wyników symulacji 5

6 1.3 Podsumowanie Czerwone ostrosłupy przedstawiają miejsca w których występują największe naprężenia zginające. Jak widać na rysunku 5 miejsce w którym odkształcenie konstrukcji jest największe i według skali wynosi ono 0,57 [mm]. Jednak przesunięcie modelu wskazuję na to, że wartość ta wynosi niemal całą grubość pręta 40 [mm]. Można zatem wnioskować, że wizualizacja prezentuję przesadzone odkształcenie, a prawdziwa wartość odkształcenia to 0,57 [mm] Rysunek 5. Prezentacja ugięcia konstrukcji krzesła. 6

7 2. Przepływ ciepła 2.1 Opis modelu Przedmiotem poddanym analizie jest widelec podparty w 2 miejscach na patelni. Celem analizy jest wyznaczenie czasu po którym widelec jest nagrzany do temperatury patelni. Rysunek 6. Model widelca wykonany w programie Inventor. 2.2 Opis analizy Do przeprowadzenia symulacji wykorzystany został moduł Heat Transfer by conduction. Temperatura początkowa widelca to 293 K. Natomiast przy punktach styku z patelnią temperatura wynosi 693 K. Współczynnik przenikania ciepła:

8 Rys. 7. Dane materiałowe widelca. 8

9 9

10 10

11 2.3 Podsumowanie Jak widać na zaprezentowanych rysunkach srebrny widelec po 100 sekundach osiąga już temperaturę ok. 450 K. Kolejne rysunki prezentują postępujące nagrzewanie się modelu aż do osiągnięcia 693 K po upłynięciu 1200 sekund. Co istotne w początkowej fazie widelec nagrzewa się bardzo szybko. Zatem wniosek płynący z przeprowadzonej analizy jest taki, że widelec zostawiony nawet na niecałe 2 minuty na patelni może już spowodować poparzenie. 11

12 3. Opływ wody wokół ryby 3.1 Opis modelu Inspiracją przeprowadzenia symulacji była chęć poznania wpływu kształtu ryby na jej hydrodynamikę. Modelem zaimplementowanym do symulacji jest karaś. Karaś należy do gatunku słodkowodnej ryby z rodziny karpiowatych. Osiąga rozmiary [cm] i masę 1-2 [kg] Rysunek 8. Zdjęcie karasia wykorzystanego do skonstruowania modelu ryby 3.2 Opis analizy Do przeprowadzenia symulacji wykorzystany został moduł Incompressible Navier-Stokes. Płynem, który opływa model ryby (karasia) jest woda o gęstości Woda płynie z prędkością 1 ] Rysunek 9 Obrysowane zdjęcie karasia w programie Autocad. 12

13 Podczas pierwszych prób stworzenia modelu kłopotliwe były problemy importowania rysunku do programu COMSOL. Powodem tego była znaczna liczba bardzo krótkich linii, które powstały po przerobieniu "splajnu" na linie w wyniku czego ilość elementów po nałożeniu siatki przekraczała Rozwiązaniem tego problemu okazało się obrysowanie kształtu ryby ręcznie przy mniejszej dokładności. Dokładność i tak nie byłaby widoczna z uwagi na to, że rysunek został 100 krotnie pomniejszony po importowaniu do programu COMSOL. Rysunek 10. Symulacja ryby opływanej przez wodę. 13

14 3.3 Podsumowanie Po nałożeniu siatki i rozwiązaniu pobocznych problemów ostatecznie udało się przeprowadzić symulację. Ilość elementów siatki to Niestety symulacja nie została poprawnie zakończona. Powodem tego problemu mogła być ilość błędów podczas symulacji. Powodem błędów mógł być przepływ turbulentny pojawiający się za ogonem ryby. 14