Politechnika Poznańska

Transkrypt

1 Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania Mechanika i Budowa Maszyn Projekt: Metoda elementów skończonych Prowadzący: dr hab. Tomasz STRĘK prof. nadzw. Autorzy: Małgorzata Jóźwiak Mateusz Kocki Marek Maciejewski

2 I. Samochód- analiza aerodynamiczna. Przedmiotem analizy jest samochód VW T2 ( wersja przejściowa, Ogórek). Na początku chcielibyśmy zauważyć, że opór powietrza ma decydujący wpływ na wiele czynników np. zużycie paliwa, szum powstający w czasie jazdy. Opór powietrza stawiany nam podczas jazdy możemy sprawdzić chociażby przez wystawienie ręki przez okno. Rys.1. Samochód wybrany do badań Rys.2. Model w programie comsol Model do naszych badań powstał poprzez odrysowanie kształtu rzutu bocznego, który powstał w programie do modelowania 3D.

3 Opis czynności wykonywanych w programie COMSOL. Parametry jakie zastosowaliśmy w programie to: -Liczba Re: Prędkości: 27m/s (ok. 100km/h) Kolejnym krokiem było nadanie warunków brzegowych: Rys.3. Warunki brzegowe W zakładce Boundary Settings nadaliśmy wartości: wejście/wlot (Inlet) przy prawej krawędzi, a lewej krawędzi nadaliśmy typ wylot (Outlet). Analiza opływu obiektu dla prędkości 27m/s.: Rys.4.Obliczenia programu Comsol

4 Wnioski: Opór powietrza jest bardzo ważnym zjawiskiem podczas modelowania samochodu. Najważniejsze jest, aby był on możliwie jak najmniejszy, gdyż wpływa on nie tylko na komfort jazdy, ale również osiągi naszego samochodu i głównie na ilość spalanego paliwa. W naszym przypadku wyniki są zafałszowane. Powodem tego jest to, że przedstawiamy pojazd w wersji 2D ze względu na moc obliczeniową komputera na którym przeprowadziliśmy badanie. W takim modelu nie jest uwzględniony przepływ powietrza pod samochodem, co powoduje znaczny opór powietrza na przedniej masce samochodu (wyraźnie widoczne małe strzałki).

5 II. Analiza naprężeń w kluczu. Badanymi elementami są klucz płaski i ten sam klucz posiadający karb. W rozpatrywanym przypadku sprawdzimy rozkład naprężeń przy obciążeniu 200N, który jest porównywalny z siłą jaką działa człowiek jedną ręką. Rys.5. Model klucza w programie do modelowania 3D

6 Rys.6. Model tego samego klucza z karbem Warunki symulacji: Rys.7. Utwierdzenie klucza

7 Rys.8. Miejsce przyłożenia siły Podobnie postąpiliśmy z kluczem posiadającym karb. zastosowaliśmy tę samą siłe, ten sam materiał i rozmiary klucza

8 Wyniki symulacji: Rys.9.Wygenerowana siatka Rys.10. Rozkład naprężeń klucza bez karbu

9 Rys.10. Rozkład naprężeń klucza z karbem Wnioski: Na podstawie przeprowadzonych symulacji możemy stwierdzić, że obciążenia działające na klucz są zbyt małe, aby uległ on złamaniu lub jakiejkolwiek deformacji. Maksymalne naprężenia wynoszą 1.223x10^4 [Pa]. W kluczu z karbem maksymalne naprężenia wynoszą 1.26X10^4 co również nie powinno zbytnio uszkodzić klucza. Analiza Comsola ukazuje jednak, że naprężenia w okolicy kąta prostego są większe i bardziej skupione co w przyszłości może zdeformować klucz lub nawet go złamać. Porównanie to w łatwy sposób ukazuje, że pozostawieni karbów w częściach maszyn powinno być likwidowane.

10 III. Analiza wpływu wiatru na znak lub baner reklamowy. Następnym przedmiotem który poddaliśmy analizie jest baner reklamowy o wymiarach 2000x1000mm(2x1m) oraz szerokości 40mm, który zawieszony jest na dwóch rurach o średnicy 150 mm każdej z otworem o średnicy 120 mm. Długość naszych rur wynosi 3000 mm (3m), oznacza to że nasz baner jest zawieszony około 2 metrów nad ziemią. Celem jaki sobie postawiliśmy jest przeanalizowanie naprężeń jakie powstają w rurach i przemieszczenia pod wpływem działającej siły wiatru na baner z prędkością 20km/h i 144 km/h Rys.11.Model baneru reklamowego w programie do modelowania 3D Rys.12.Model baneru reklamowego w programie do modelowania 3D

11 Tab. 1. Siła wiatru w stosunku to jego prędkości (obciążenie dla warunków brzegowych) Wprowadzone warunki symulacji: Rys.13.Wybór materiału, z którego wykonano obiekt badań

12 Wyniki symulacji: Rys.14.Wygenerowana siatka Rys.15.Odchylenie baneru pod wpływem działającego wiatru o prędkości 20 km/h

13 Rys.16. Naprężenia w rurach pod wpływem działającego wiatru o prędkości 20 km/h Rys.17. Odchylenie baneru pod wpływem działającego wiatru o prędkości 144 km/h

14 Rys.18. Naprężenie w rurach pod wpływem działającego wiatru o prędkości 144 km/h Wnioski: Istotnym problemem podczas ustawiania banerów jest narażenie ich na działanie silnego wiatru, który może powodować ich wyginanie lub nawet przewrócenie. Dlatego też niezwykle ważna jest wytrzymałość materiałów, które służą do konstrukcji tego typu przedmiotów. Jak widać po wynikach wiatr o prędkości 144 km/h wygina baner o rząd wielkości, a naprężenia przy zamocowaniu są na tyle duże, że mogą go wygiąć.

15 IV. Analiza przepływu ciepła przez wiertło. Ostatnim przedmiotem, który poddamy badaniu będzie wiertło. Będziemy obserwować jego przepływ ciepła. Każdy z nas miał w życiu styczność z procesem wiercenia, dlatego chcielibyśmy sprawdzić jak kształtuje sie przepływ ciepła. Jako temperaturę początkową przyjęliśmy 293K. Natomiast temperatura końcowa to 600 K. Gdy w elemencie pojawia się różnica temperatur, następuje przepływ, aż do chwili wyrównania temperatury w całym przedmiocie. Na przepływ ciepła wpływa kilka czynników m.in. rodzaj materiału, gęstość materiału, czy ciepło właściwe. Rys.19. Model wiertła w programie Comsol Warunki symulacji: Rys.20. Wybór materiału z którego zbudowane jest wiertło

16 Rys.21. Wprowadzanie maksymalnej temperatury oraz miejsca, gdzie temperatura zaczyna rosnąć Wyniki symulacji: Wnioski: Rys.22. Przepływ temperatury Przepływ ciepła zależy głównie od tego, jak długo prowadzimy proces wiercenia. Jeżeli wiertło używane jest tylko chwile i chcemy zmienić je na wiertło o większej średnicy, nie powinniśmy się poparzyć. Zawsze należy jednak zachować szczególną ostrożność w każdym przypadku, gdy istnieje możliwość poparzenia. Tego typu analiza pomaga producenta wierteł sprawdzić, w jaki sposób rozchodzi sie ciepło do poszczególnych warstw. Dostarcza im to wiedzy, czy wystarczy pokryć wiertło specjalną powłoką i dzięki temu nie stosować droższych materiałów, co zmniejsza koszty produkcji i cenę wyrobu.