Politechnika Poznańska

Transkrypt

1 Politechnika Poznańska Metoda Elementów Skończonych Prowadzący: dr hab. T. Stręk, prof. nadzw. Wykonali: Mateusz Furman Piotr Skowroński Poznań,

2 SPIS TREŚCI 1. Obliczeniowa mechanika płynów- analiza przepływu wody przez kran kuchenny Przeprowadzone czynności Siatki Rozwiązania i wnioski Analiza odkształcenia maski samochodowej po upadku na nią 100 kg przedmiotu Analiza Siatka Rozwiązanie i wnioski Analiza odkształcenia kubka z herbatą Siatka Rozwiązanie i wnioski

3 1. Obliczeniowa mechanika płynów- analiza przepływu wody przez kran kuchenny Przeprowadzona analiza ukazuje rozkład prędkości oraz ciśnienia na przykładzie kranu kuchennego, przez który przepływa woda Przeprowadzone czynności Dla analizowanego modelu kranu kuchennego zostały przeprowadzone badania kg przepływu przez element cieczy. Zostały przyjęte wartości: gęstość wody , m lepkość wody 0,00089 Pas przy 25 stopniach oraz prędkość przepływu 2 s m. Wykonano obliczenia dla 3 różnych przypadków, w których przekrój przeszkody ma inny kształt. 3

4 Równanie: Rysunek 1. Warunki początkowe - parametry dla wody 4

5 Rysunek 2. Warunki brzegowe Rysunek 3. Warunki brzegowe 5

6 1.2 Siatki Rysunek 4. Wygenerowana siatka elementów skończonych w postaci trójkątów dla pierwszego przypadku Rysunek 5. Wygenerowana siatka elementów skończonych w postaci trójkątów dla drugiego przypadku 6

7 Rysunek 6. Wygenerowana siatka elementów skończonych w postaci trójkątów dla trzeciego przypadku 1.3. Rozwiązania i wnioski Rysunek 7. Rozwiązanie wraz ze strzałkami kierunku dla pierwszego przypadku 7

8 Rysunek 8. Rozwiązanie wraz ze strzałkami kierunku dla drugiego przypadku Rysunek 9. Rozwiązanie wraz ze strzałkami kierunku dla trzeciego przypadku 8

9 Podsumowując wyniki otrzymane podczas analizy przepływu wody przez kran kuchenny można zauważyć iż pośród trzech analizowanych przeszkód najciekawsza a zarazem najtrudniejsza do pokonania przez ciecz okazała się ta w miarę regularna o kształcie prostokąta. Dzięki obliczeniom można zobaczyć jak zachowuje się ciecze o różnych temp. Napotykając przeszkody, a specjalne funkcje ukazują największe i najmniejsze prędkości, strzałki mówiące o kierunku i prędkości czy też linie przebiegu powietrza. Ten moduł programu COMSOL może zostać wykorzystany do badań aerodynamicznych elementów czy też całych zespołów składowych pojazdów, a dodatkowy moduł ukazujący rozkład ciśnienia może służyć w badaniach nośności elementów samolotów. 9

10 2. Analiza odkształcenia maski samochodowej po upadku na nią 100 kg przedmiotu 2.1 Analiza Analiza została przeprowadzona dla przypadków deformacji maski po uderzania z góry na maskę przy sile F=1000[N/m^2]. Materiał: aluminium Rysunek 10. Model maski samochodowej wykonany w programie CATIA. 10

11 Rysunek 11. Wybór materiału Rysunek 12. Warunki brzegowe- utwierdzenie maski od strony kierowcy 11

12 Rysunek 13. Warunki brzegowe- utwierdzenie maski z przodu Rysunek 14. Uderzenie przedmiotu 100 kg z góry 12

13 2.2 Siatka Rysunek 15. Wygenerowana siatka 2.2 Rozwiązanie i wnioski Rysunek 16. Rozwiązanie rzut pierwszy 13

14 Rysunek 17. Rozwiązanie rzut drugi Rysunek 18. Rozwiązanie rzut trzeci 14

15 Tak duże oddziaływanie przedmiotu na maskę wiąże się z tym, że maska posiada dużą powierzchnię oraz mały przekrój poprzeczny co czynni ją szczególnie podatną na tego typu odkształcenia. Maska zaprojektowana jest aby wytrzymać bardzo duże obciążenie przy uderzeniu czołowym ewentualnie bocznym. Uderzenie ciężkiego przedmiotu z góry spowodowało największe odkształcenie maski w punkcie jej zamocowania. 15

16 3. Analiza odkształcenia kubka z herbatą Kolejne zadanie przedstawione w projekcie dotyczy powstawania odkształcenia na skutek wpływu ciepła. W punkcie tym przeanalizujemy wpływ palnika na kubek. Do programu Comsol wczytujemy model kubka wykonany wcześniej w programie Catia. Rysunek 19. Określenie materiału kubka Rysunek 20. Określenie temperatury początkowej na poziomie 291 K 16

17 Rysunek 21. Sposób nagrzewania się kubka z gorącą herbatą. Temperatura końcowa 373 K 3.1 Siatka Rysunek 22. Wygenerowana siatka 17

18 3.2 Rozwiązanie i wnioski Rysunek 23. Rozwiązanie nagrzewania się kubka z gorącym napojem Z analizy przeprowadzonej na kubku widzimy, że najbardziej nagrzeją się ścianki kubka natomiast dolna powierzchnia kubka mniej. Jest to związane z przekrojem poprzecznym naczynia. Na spodzie jest ono większe co w konsekwencji powierzchnia ta może odebrać więcej ciepła zanim sama zacznie się nagrzewać. Rączka kubka przy ciepłym napoju w środku nie podgrzeje się lub zrobi to nieznacznie. 18