Projekt z ćwiczeń laboratoryjnych MES, wykonany w programie COMSOL Multiphysics

Podobne dokumenty
METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

Metoda Elementów Skończonych. Projekt: COMSOL Multiphysics 3.4.

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

LABORATORIUM METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Projekt Metoda Elementów Skończonych. COMSOL Multiphysics 3.4

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania

Politechnika Poznańska

Metoda Elementów Skończonych

Politechnika Poznańska. Projekt Metoda Elementów Skończonych

Politechnika Poznańska

METODA ELEMENTÓW SKOŃOCZNYCH Projekt

MES Projekt zaliczeniowy.

Metoda Elementów Skończonych

Politechnika Poznańska. Metoda Elementów Skończonych

Podczas wykonywania analizy w programie COMSOL, wykorzystywane jest poniższe równanie: 1.2. Dane wejściowe.

Metoda Elementów Skończonych

Politechnika Poznańska

Metoda Elementów Skończonych Laboratorium

Politechnika Poznańska

PROJEKT MES COMSOL MULTIPHYSICS 3.4

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

PROJEKT METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Politechnika Poznańska. Metoda Elementów Skończonych

PROJEKT LABORATORIUM MES

1. Przepływ ciepła Rysunek 1.1 Projekt tarczy hamulcowej z programu SOLIDWORKS

POLITECHNIKA POZNAŃSKA METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH LABORATORIA

Politechnika Poznańska

POLITECHNIKA POZNAŃSKA. Metoda Elementów Skończonych

Politechnika Poznańska

Politechnika Poznańska. Metoda Elementów Skończonych

WYDZIAŁ BUDOWY MASZYN I ZARZĄDZANIA POLITECHNIKA POZNAŃSKA. Laboratorium MES projekt

Modelowanie mikrosystemów - laboratorium. Ćwiczenie 1. Modelowanie ugięcia membrany krzemowej modelowanie pracy mikromechanicznego czujnika ciśnienia

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH.

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Politechnika Poznańska

Politechnika Poznańska

Osiadanie kołowego fundamentu zbiornika

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

4. Analiza stanu naprężeń i odkształceń na przykładzie uchwytu do telewizora... 19

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania. Projekt: Metoda Elementów Skończonych Program: COMSOL Multiphysics 3.4

Projekt METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH w programie COMSOL Multiphysics 3.4

Projekt z przedmiotu Metoda Elementów Skończonych

Metoda Elementów Skończonych. Projekt: COMSOL Multiphysics 3.4.

Projekt. Filip Bojarski, Łukasz Paprocki. Wydział : BMiZ, Kierunek : MiBM, Rok Akademicki : 2014/2015, Semestr : V

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Metoda Elementów skończonych PROJEKT. COMSOL Multiphysics 3.4

Politechnika Poznańska

Politechnika Poznańska Metoda elementów skończonych. Projekt

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH PROJEKT

Modelowanie mikrosystemów - laboratorium. Ćwiczenie 1. Modelowanie ugięcia membrany krzemowej modelowanie pracy mikromechanicznego czujnika ciśnienia

Politechnika Poznańska

Metoda elementów skończonych-projekt

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Metoda Elementów Skończonych

Metoda Elementów Skończonych

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Prowadzący: dr hab. Tomasz Stręk, prof. nadz. Wykonali: Adam Wojciechowski Tomasz Pachciński Dawid Walendowski

Politechnika Poznańska Wydział Elektryczny. Metoda Elementów Skończonych

Politechnika Poznańska

Piezorezystancyjny czujnik ciśnienia: modelowanie membrany krzemowej podstawowego elementu piezorezystancyjnego czujnika ciśnienia

POLITECHNIKA POZNAŃSKA WYDZIAŁ BUDOWY MASZYN I ZARZĄDZANIA METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH PROJEKT ZALICZENIOWY COMSOL 4.3

Metoda elementów skończonych (MES)

Metoda Elementów Skończonych

PROJEKT METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Numeryczne metody analizy konstrukcji

Projekt zaliczeniowy laboratorium MES z wykorzystaniem oprogramowania COMSOL Multiphysics 3.4

Metoda elementów skończonych

PROJEKT METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Politechnika Poznańska

Analiza fundamentu na mikropalach

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

LABORATORIUM MES- PROJEKT

Metoda Elementów Skończonych

Nasyp przyrost osiadania w czasie (konsolidacja)

Adres ul. Kirasjerów 3 Adres siedziby ul. X w Szczecinie Osoba wykonująca badanie termowizyjne. mgr inż. Beata Ziembicka Osoba kontaktowa Jan K.

Politechnika Poznańska

1. Wprowadzenie: dt q = - λ dx. q = lim F

WYZNACZANIE PRZEMIESZCZEŃ SOLDIS

Politechnika Poznańska. Zakład Mechaniki Technicznej

Metoda Elementów Skończonych - Laboratorium

Politechnika Poznańska

SERIA MES. Maszyny do badań wytrzymałości na ściskanie do 800 t.

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH Wydział Mechaniczny Technologiczny PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA

Płytowy skręcany wymiennik ciepła XG

Metoda Elementów Skończonych

Politechnika Poznańska

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Politechnika Poznańska. Zakład Mechaniki Technicznej. Metoda Elementów Skończonych Lab. Wykonali: Marta Majcher. Mateusz Manikowski.

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania

Katedra Zarządzania i Inżynierii Produkcji 2013r. Materiały pomocnicze do zajęć laboratoryjnych

Politechnika Poznańska. Zakład Mechaniki Technicznej

Elementy konstrukcyjne aparatów

Analiza stanu przemieszczenia oraz wymiarowanie grupy pali

Obsługa programu Soldis

ANALIZA WYMIANY CIEPŁA OŻEBROWANEJ PŁYTY GRZEWCZEJ Z OTOCZENIEM

Metoda Elementów Skończonych

Transkrypt:

POLITECHNIKA POZNAŃSKA WYDZIAŁ BUDOWY MASZYN I ZARZĄDZANIA INSTYTUT MECHANIKI STOSOWANEJ Projekt z ćwiczeń laboratoryjnych MES, wykonany w programie COMSOL Multiphysics Autor: Ksawery Wilczek Łukasz Wagner Kierunek: Mechanika i Budowa Maszyn Profil dyplomowania: KMU/IRW Studia stacjonarne I stopnia, semestr 7/5 Prowadzący: dr hab. Tomasz Stręk Poznań, 2014

1. Analiza odkształceń blachy korpusu prasy wysięgowej Wybrany temat jest związany z konstruowaną w ramach pracy inżynierskiej dwustronną poziomą prasą hydrauliczną. Korpus prasy jest zaprojektowany jako konstrukcja spawana z odpowiednio wypalonych blach. Całość tworzy kształt prasy typu wysięgowego, obróconej z pionowej pozycji do poziomej. Zdjęcie poniżej przedstawia koncepcję konstrukcji korpusu zamodelowanego w programie Autodesk INVENTOR Professional 2014. Zasadniczo zamodelowany korpus składa się z płyty przedniej i tylnej (blach wypalonych w kształt litery C), "skrzynek" łączących obie płyty w których osadzone mają być cylindry robocze (widoczne otwory pod cylindry). Konstrukcja posiada dwie osie symetrii, jedna przebiega wzdłuż osi cylindrów, druga jest prostopadła do tej osi. Na przedstawionym zdjęciu brakuje z prawej strony płyty górnej wchodzącej w skład skrzynki, dzięki temu jest uwidocznione jej wnętrze. Prasa z założenia musi mieć nacisk 50 ton z jednej strony, i przebieg obróbki plastycznej ma być symetryczny. Dlatego siły działające między cylindrami będą się sumować i łączna siła "rozpierająca" korpus wynosić będzie 100 ton czyli w przybliżeniu 1000 kn. Ze względu na symetryczną budowę, siłę działającą na jedną płytę przyjmuję równą połowie wartości całkowitej siły czyli 500 kn. Z programu Inventor eksportowałem model płyty do formatu STEP i następnie wczytałem plik w programie COMSOL. Pierwszym krokiem było określenie materiału. Ponieważ nie znalazłem stali w gatunku S355, zdecydowałem się wybrać podstawową stal nazwaną "Structural steel"

Następnie program wygenerował siatkę składającą się z 35531 elementów. Kolejnym krokiem było określenie warunków brzegowych. Zakładam, że siła działa na powierzchnie czołowe płyty. Wstępną grubość płyty przyjęto 14 mm a długość tego czoła - 300 mm. Ponieważ COMSOL wymaga podania obciążenia jako ciągłe, należy podzielić siłę 250 kn przez pole powierzchni czoła: 0,014x0,300 [m]. W rezultacie otrzymujemy: 59523809,52 [N/m 2 ] ~ 59523810 [N/m 2 ] i wpisujemy tą wartość jako obciążenie na jednej ścianie jako wartość ujemna, na drugiej dodatnia.

Na pozostałych ścianach bryły zakładam brak przesunięcia w osi Z

W rezultacie po określeniu szczegółów wyświetlania w zakładce "Plot Parameters..." otrzymujemy: Naprężenia: Przemieszczenia: Wnioski: Maksymalne naprężenie pojawiające się w symulacji jest mniejsze niż granica plastyczności dla stali S355, jednak ze względu na przemieszczenia maksymalne wynoszące prawie 2,5 mm należałoby pomyśleć nad zwiększeniem grubości płyty, lub zastosowaniem dodatkowych wzmocnień w konstrukcji. Przemieszczenie to może wydawać się niewielkie, ale będzie miało znaczący wpływ na brak współosiowości obu cylindrów. Innym aspektem jest fakt, że najlepsze wyniki otrzymamy poddając analizie całą konstrukcję a nie jedynie jej element składowy. Przedstawiona analiza jest obarczona błędem, ponieważ założyłem że obciążenie działa na powierzchnię czołową o długości 300 mm, czyli siła skupiona działa na tą powierzchnie 150 mm od górnej powierzchni płyty. Natomiast oś cylindrów jest położona 195 mm od tej górnej powierzchni. Dlatego należałoby zaznaczyć punkt w tej odległości i tam przyłożyć obciążenie.

Na potrzeby pracy inżynierskiej przeprowadzono również analizę całego korpusu, efekt widoczny na zdjęciach poniżej: Problemy jakie napotkano podczas wczytywania bardziej złożonego modelu do programu COMSOL, przyczyniły się do zmiany środowiska analizy MES. Zdjęcie poniżej przedstawia widok korpusu po wstępnej optymalizacji, w programie INVENTOR Autodesk:

2. Porównanie przepływu materii w zaworze z zasuwą kulową a stożkową. Ogólnie rzecz ujmując zawór jest to urządzenie do zamykania otworów, wylotów czy do regulowania przepływu cieczy lub gazów. Zawory szybkiego zamknięcia znalazły szerokiego typu zastosowanie w hydraulice oraz pneumatyce, które odpowiadają za pracę z paliwami, gazami czy też sprężonym powietrzem dla maksymalnego ciśnienia 16 bar. Czysto teoretycznie analizowaliśmy obydwa rozwiązania, nie dbając o detale modelu takie, jak wymiary, kształty, materiał czy ogólna optymalizacja konstrukcji. Analiza zaworu ma przedstawić przepływ oleju po otwarciu zasuwy pod zadanym ciśnieniem. Modele zostały wykonane w programie Inventor, a zapisane przekroje w formacie.dxf, zostały wczytane w module 2d do programu Comsol. Po wczytaniu przekroi trochę zabawy z opcjami Split Objects i Coerce to Curve/Solid, zdefiniowaniu parametrów i krawędzi, przeszliśmy do analizy zaworów: a) zawór zasuwowy szybkiego zamknięcia z zasuwą kulową b) zawór zasuwowy szybkiego zamknięcia z zasuwą stożkową

Nadanie odpowiednich parametrów i dokładne zdefiniowanie odpowiedzialnych krawędzi w modelu pozwala nam na wygenerowanie siatki, a następnie do przeprowadzenia analizy przepływu oleju w oby zaworach. Wygenerowane siatki...

Zestawienie otrzymanych wyników z prędkościami wypływu oraz ciśnieniem.. Wykorzystanie symulacji nasuwa nam bardzo wiele wniosków a zarazem pytań przy interpretacji prędkości oraz ciśnienia. Biorąc pod uwagę prędkość, stożkowa zasuwa charakteryzuje się bardzo dobrym rozkładem prędkości po ominięciu zasuwy, a ciśnienie rozkłada się równomiernie na dużej powierzchni. Natomiast w zasuwie kulowej prędkość i ciśnienie zachowują się zupełnie inaczej, prędkość maksymalna znajduje w punkcie styku "zasuwy z bramą", a ciśnienie wywiera duży nacisk na "czoło" zasuwy i gwałtownie spada zaraz po styku z powierzchnią. Brane pod uwagę parametry i wyniki otrzymane po przeprowadzeniu analizy przepływu oleju widocznie obrazują nam zachowanie danej cieczy(gazu) w trakcie omijania zasuw.

3. Porównanie przewodności cieplnej ściany budynku przed i po ociepleniu wełną mineralną W tym zagadnieniu analizowano dwa modele ściany, przedstawionej w uproszczeniu. Pierwszy model symbolizuje przekrój ściany grubości 22 centymetrów, wysokość przekroju 1 metr. Ściana wykonana jest z cegieł połączonej warstwą cementu. Na potrzeby analizy uproszczono zagadnienie uznając ścianę wykonaną z jednolitego materiału. Pominięto wykończenia ścian w postaci tynków, farb, klejów itp. Z biblioteki COMSOL'a wczytano materiał brick (cegła; przewodność cieplna 400W/m K). Przyjęto temperaturę wewnątrz budynku 20 C co w przeliczeniu daje 293K, a po zewnętrznej stronie ściany (budynku) -5 C (268K). Otrzymana różnica temperatur wynosi 25 C (25K). Wełna w postaci płyt o grubości 10 centymetrów Po podjęciu odpowiednich kroków przechodzimy do generowania siatki, a następnie do analizy przewodnictwa cieplnego.

Porównanie wyników ściany bez izolacji oraz ściany z wełną mineralną. Widoczne wyniki przedstawiają, iż izolator spełnia swoją funkcję, a otrzymane wyniki można interpretować dwukierunkowo, zarówno przy ocieplaniu budynku jak i przy jego schładzaniu. Idealnym dodatkowym parametrem do interpretacji wyników byłby czas w jakim następuje wymiana ciepła. Przewodność cieplna odgrywa dużą rolę w budownictwie, a wełna posiada niski współczynnik przewodności, dlatego znajduje szerokie zastosowanie w celu utrzymania temperatury, a zdolność pochłaniania dźwięków jest jej atutem, którego nie posiada styropian. Literatura: http://pl.wikipedia.org/wiki/we%c5%82na_mineralna http://www.e-izolacje.pl/a/5833,welna-czy-styropian-ocieplenie-domu http://www.4b.pl/en_5_35839/plyta-z-welny-mineralnej/plyta-z-welny-mineralnej.aspx