DWUWYMIAROWE ZADANIE TEORII SPRĘŻYSTOŚCI. BADANIE WSPÓŁCZYNNIKÓW KONCENTRACJI NAPRĘŻEŃ.

Podobne dokumenty
ZASTOSOWANIE ELEMENTÓW POWŁOKOWYCH ZGINANA PŁYTA I BELKA CIENKOŚCIENNA.

TRÓJWYMIAROWE ZADANIE TEORII SPRĘŻYSTOŚCI. NAPRĘŻENIA W GRUBOŚCIENNYM ZBIORNIKU CIŚNIENIOWYM.

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Numeryczne metody analizy konstrukcji

Analiza obciążeń baneru reklamowego za pomocą oprogramowania ADINA-AUI 8.9 (900 węzłów)

Metoda elementów skończonych

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY w Szczecinie

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY w Szczecinie

POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN

MECHANIKA PRĘTÓW CIENKOŚCIENNYCH

Metoda Elementów Skończonych - Laboratorium

Defi f nicja n aprę r żeń

Metoda Elementów Brzegowych LABORATORIUM

[ P ] T PODSTAWY I ZASTOSOWANIA INŻYNIERSKIE MES. [ u v u v u v ] T. wykład 4. Element trójkątny płaski stan (naprężenia lub odkształcenia)

Drgania poprzeczne belki numeryczna analiza modalna za pomocą Metody Elementów Skończonych dr inż. Piotr Lichota mgr inż.

Analiza obciążeń baneru reklamowego za pomocą oprogramowania ADINA-AUI 8.9 (900 węzłów)

Osiadanie kołowego fundamentu zbiornika

Nasyp przyrost osiadania w czasie (konsolidacja)

Analiza płyt i powłok MES

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY

Element cięgnowy. Rysunek: Element LINK1. Jakub J. Słowiński (IMMT PWr) Wykład 4 09 i / 74

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY w Szczecinie

1.1. Przykład projektowania konstrukcji prętowej z wykorzystaniem ekranów systemu ROBOT Millennium

Materiały do laboratorium Przygotowanie Nowego Wyrobu dotyczące metody elementów skończonych (MES) Opracowała: dr inŝ.

Wytrzymałość Konstrukcji I - MEiL część II egzaminu. 1. Omówić wykresy rozciągania typowych materiałów. Podać charakterystyczne punkty wykresów.

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2015/16

Wzór Żurawskiego. Belka o przekroju kołowym. Składowe naprężenia stycznego można wyrazić następująco (np. [1,2]): T r 2 y ν ) (1) (2)

TARCZE PROSTOKĄTNE Charakterystyczne wielkości i równania

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z metody elementów skończonych w programie ADINA

Modelowanie w MES. Kolejność postępowania w prostej analizie MES w SWS

Podstawowe pojęcia wytrzymałości materiałów. Statyczna próba rozciągania metali. Warunek nośności i użytkowania. Założenia

1. PODSTAWY TEORETYCZNE

Analiza stateczności zbocza

7. ELEMENTY PŁYTOWE. gdzie [N] oznacza przyjmowane funkcje kształtu, zdefinować odkształcenia i naprężenia: zdefiniować macierz sztywności:

Modelowanie Wspomagające Projektowanie Maszyn

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY w Szczecinie

wiczenie 15 ZGINANIE UKO Wprowadzenie Zginanie płaskie Zginanie uko nie Cel wiczenia Okre lenia podstawowe

Wprowadzenie do rysowania w 3D. Praca w środowisku 3D

Analiza fundamentu na mikropalach

Przykład analizy nawierzchni jezdni asfaltowej w zakresie sprężystym. Marek Klimczak

MODELOWANIE ZA POMOCĄ MES Analiza statyczna ustrojów powierzchniowych

ROBOT Millennium wersja Podręcznik użytkownika (PRZYKŁADY) strona: 29

narzędzie Linia. 2. W polu koloru kliknij kolor, którego chcesz użyć. 3. Aby coś narysować, przeciągnij wskaźnikiem w obszarze rysowania.

Analiza osiadania terenu

Przykład rozwiązania tarczy w zakresie sprężysto-plastycznym

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z metody elementów skończonych w programie ADINA

Wprowadzenie do WK1 Stan naprężenia

Obszary sprężyste (bez możliwości uplastycznienia)

Ćwiczenie nr 10 - Analiza wytrzymałościowa modeli bryłowych

1. Opis okna podstawowego programu TPrezenter.

Raport z obliczeń Przepust dla zwierząt DN2500

POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN

Dr inż. Janusz Dębiński

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

KGGiBM GRAFIKA INŻYNIERSKA Rok III, sem. VI, sem IV SN WILiŚ Rok akademicki 2011/2012

ĆWICZENIE 15 WYZNACZANIE (K IC )

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY

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

pt.: KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROCESÓW OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN

Mechanika ogólna Wydział Budownictwa Politechniki Wrocławskiej Strona 1. MECHANIKA OGÓLNA - lista zadań 2016/17

Analiza dynamiczna fundamentu blokowego obciążonego wymuszeniem harmonicznym

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY w Szczecinie

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 11: Moduł Younga

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

4. ELEMENTY PŁASKIEGO STANU NAPRĘŻEŃ I ODKSZTAŁCEŃ

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY w Szczecinie

Analiza stanu przemieszczenia oraz wymiarowanie grupy pali

Modelowanie w MES. Kroki analizy Zakładamy, że model już jest uproszczony, zdefiniowane są materiał, obciążenie i umocowanie (krok 0).

α k = σ max /σ nom (1)

DWUTEOWA BELKA STALOWA W POŻARZE - ANALIZA PRZESTRZENNA PROGRAMAMI FDS ORAZ ANSYS

Przykład rozwiązania tarczy w zakresie sprężysto-plastycznym

Uwaga: Linie wpływu w trzech prętach.

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2014/15

Analiza obudowy sztolni

gruparectan.pl 1. Silos 2. Ustalenie stopnia statycznej niewyznaczalności układu SSN Strona:1 Dla danego układu wyznaczyć MTN metodą sił

Wyboczenie ściskanego pręta

WSTĘP DO TEORII PLASTYCZNOŚCI

Projekt połowicznej, prostej endoprotezy stawu biodrowego w programie SOLIDWorks.

Politechnika Poznańska. Metoda Elementów Skończonych

ANALIA STATYCZNA UP ZA POMOCĄ MES Przykłady

Zadanie 1. Wektor naprężenia. Tensor naprężenia. Zależność wektor-tensor.

Pierwsze komputery, np. ENIAC w 1946r. Obliczenia dotyczyły obiektów: o bardzo prostych geometriach (najczęściej modelowanych jako jednowymiarowe)

4.6 OpenOffice Draw tworzenie ilustracji

Modelowanie części w kontekście złożenia

METODA PASM SKOŃCZONYCH PŁYTY DWUPRZĘSŁOWE

Przeprowadź analizę odkształceń plastycznych części wykonanej z drutu o grubości 1mm dociskanej statycznie do nieodkształcalnej ściany.

Ćwiczenie Tworzenie szkicu 3D z linii i splajnów. Rama fotela

Rysowanie precyzyjne. Polecenie:

Stan odkształcenia i jego parametry (1)

Temat: Komputerowa symulacja procesu wytłaczania w programie ANSYS LS-DYNA

POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN

Analiza obciążeń belki obustronnie podpartej za pomocą oprogramowania ADINA-AUI 8.9 (900 węzłów)

PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA

WYZNACZANIE PRZEMIESZCZEŃ SOLDIS

Styczeń Można zadawać szerokość współpracującą nie tylko w żebrach poziomych i pionowych, ale też ukośnych.

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

Analiza wrażliwości tarczy z wykorzystaniem metody elementów skończonych

STATYCZNA PRÓBA SKRĘCANIA

Integralność konstrukcji w eksploatacji

Transkrypt:

Cw1_Tarcza.doc 2015-03-07 1 DWUWYMIAROWE ZADANIE TEORII SPRĘŻYSTOŚCI. BADANIE WSPÓŁCZYNNIKÓW KONCENTRACJI NAPRĘŻEŃ. 1. Wprowadzenie Zadanie dwuwymiarowe teorii sprężystości jest szczególnym przypadkiem zadania trójwymiarowego, kiedy to problem można rozwiązać analizując reprezentatywny płaski obszar sprężysty, na którego brzegu znane są warunki przemieszczeniowe lub obciążenia, a wewnątrz obszaru działają siły objętościowe. W szczególnych, prostych przypadkach znane są analityczne rozwiązania tego typu zadań. Typowymi zadaniami dwuwymiarowymi teorii sprężystości są przypadki: cienkich tarcz o dowolnym kształcie pracujących w stanie błonowym (płaski stan naprężenia PSN ang. Plane stress) brył pryzmatycznych, w których można przyjąć brak swobody odkształceń w kierunku normalnym do płaszczyzny analizowanego przekroju (płaski stan odkształcenia PSO ang. Plane strain) brył obrotowych obciążonych osiowosymetrycznie (osiowa symetria OS ang. Axial symmetry) Z punktu widzenia MES wszystkie te zadania można rozwiązać dokonując dyskretyzacji płaskiego obszaru odpowiadającego reprezentatywnemu przekrojowi analizowanego obiektu. Należy przy tym pamiętać, że użyte elementy skończone muszą korzystać z odpowiednich postaci prawa Hooke'a właściwych dla każdego z wcześniej wymienionych typów (odpowiednie opcje elementu: Plane stress, Plain strain, Axial symmetry). 2. Rozwiązywane zagadnienie Celem ćwiczenia jest analiza MES naprężeń i odkształceń powstałych w cienkiej tarczy duralowej obciążonej stałym rozkładem naprężeń rozciągających o wypadkowej P. Uzyskane numerycznie współczynniki koncentracji naprężeń w dnie karbów należy porównać z wartościami podanymi w literaturze. Dane: b=500mm, h=800mm, δ=2mm (grubość), r 1 =25mm, r 2 =50mm, a=60mm, E=7 10 4 MPa, ν=0.32 P=20kN W zadaniu należy porównać wyniki uzyskane dla różnych gęstości siatek (wpływ dyskretyzacji) i różnych typów elementów skończonych (wpływ aproksymacji wewnątrz elementu funkcji kształtu). Rys.1. Model tarczy z karbami

Cw1_Tarcza.doc 2015-03-07 2 3.Typowy przebieg analizy numerycznej Biorąc pod uwagę symetrię tarczy (kształtu i obciążenia) do obliczeń można przyjąć jedynie połowę analizowanego obiektu. Wygodnymi jednostkami są: mm, N, MPa. 3.1. Preprocessor Budowa modelu geometrycznego (solid model) zostanie przeprowadzona techniką Up_bottom, tzn. wykorzystane zostaną tzw. prymitywy: a) Utwórz prostokąt o wymiarach 500 na 800/2 mm: Rys. 2. Ustalenie wymiarów prostokąta b) Ustaw krok=5mm dla WorkPlane i przesuń Workplane o dwa kroki w prawo: Rys. 3. Ustalenie kroku dla WorkPlane Rys.4. Przesunięcie WorkPlane o dwa kroki w prawo c) Utwórz półkole o promieniu r 2 =50mm w miejscu WorkPlane: Rys. 5. Utworzenie półkola o promieniu r 2

Cw1_Tarcza.doc 2015-03-07 3 d) Przesuń WorkPlane o dziewięć kroków w lewo: Rys.6. Przeniesienie WorkPlane o dziewięć kroków w lewo e) Utwórz półkole o promieniu r 1 =25mm w miejscu WorkPlane: f) Pokaż linie modelu: Rys.7. Utworzenie półkola o promieniu r 1 Rys.8. Wskazanie polecenia rysowania linii g) Wykonaj powiększenie okolicy półkoli i utwórz linię styczną do obu okręgów: Rys.9. Utworzenie linii stycznej do okręgów

Cw1_Tarcza.doc 2015-03-07 4 h) Utwórz pole wykroju w tarczy przez wskazanie punktów: Rys.10. Utworzenie pola wykroju w tarczy i) Usuń pola obu półkoli (wraz z ich liniami i punktami geometrii): Rys.11. Usunięcie niepotrzebnych półkoli j) Odejmij od dużego prostokąta uzyskaną w punkcie h) figurę: Rys.12. Odjęcie od prostokąta zbudowanego w punkcie a) figury utworzonej w punkcie h)

Cw1_Tarcza.doc 2015-03-07 5 Wybór typu elementu skończonego (element 8-węzłowy: PLANE183 lub element 4-węzłowy: PLANE182) i jego odpowiedniego wariantu (Plane stress): Rys.13. Wskazanie typu elementu z biblioteki Rys.14. Ustalenie opcji elementu Wprowadzenie danych materiałowych - modułu Younga (EX) i stałej Poissona (PRXY): Rys. 15. Wprowadzenie danych materiałowych

Cw1_Tarcza.doc 2015-03-07 6 Określenie gęstości dyskretyzacji: W przykładzie definiujemy gęstości podziału na kolejnych liniach zewnętrznych analizowanego obszaru. Sterowanie kierunkiem zagęszczania podziału linii odbywa się za pomocą parametru SPACE: Rys. 16. Ustalanie parametrów sterowania gęstością siatki elementów dla przykładowej linii Podział na elementy skończone (np. free meshing). Rys. 17. Siatka elementów skończonych w obszarze tarczy

Cw1_Tarcza.doc 2015-03-07 7 3.2. Solution moduł rozwiązujący Określenie warunków podparcia: a) warunek symetrii na linii łączącej dna karbów (odebranie swobody przemieszczeń w kierunku y), Rys. 18. Określenie warunków symetrii na liniach b) dodatkowo trzeba odebrać możliwość przemieszczenia w kierunku x dowolnie wybranego węzła (można wprowadzić ten warunek bezpośrednio w węzeł lub punkt geometrii). Rys. 19. Odebranie swobody przemieszczenia w kierunku X wybranego punktu geometrii Wprowadzenie obciążenia w postaci ciśnienia na linii ED: p= -20000/500/2 MPa: Rys. 20. Zadanie obciążenia ciągłego na linii

Cw1_Tarcza.doc 2015-03-07 8 Uruchomienie obliczeń. Przed uruchomieniem procesu obliczeniowego warto zapisać bazę danych. Można tego dokonać komendą SAVE w okienku ANSYS Toolbar (patrz punkt 3.2.1). Uruchomić obliczenia komendą: Solve > Current LS. 3.3. General postprocessor Rys. 21. Uruchomienie procesu rozwiązania Prezentacja wyników w postaci map warstwicowych. a) Pokaż mapę przemieszczeń pionowych UY (na kierunek Y): Rys. 22. Uruchamianie polecenia rysowania mapy składowej UY przemieszczenia b) Pokaż mapę naprężeń rozciągających SY (na kierunek Y): Rys. 23. Uruchamianie polecenia rysowania mapy składowej SY stanu naprężenia

Cw1_Tarcza.doc 2015-03-07 9 c) Pokaż mapę naprężeń zredukowanych - von Mises (SEQV). Rys.24. Uruchamianie polecenia rysowania mapy naprężeń zredukowanych w obszarze tarczy Zapisywanie oglądanego obrazu do zbioru graficznego: Każdy obraz wyświetlony w okienku graficznym można zapisać w wybranym pliku graficznym. Po zakończeniu pracy z programem zarchiwizowane w ten sposób rysunki dostępne są bezpośrednio (np. formaty JPEG, TIFF) lub można je edytować przy pomocy programu Display (dotyczy to zbiorów typu GRPH). Rys. 25. Skierowanie obrazu do zbioru graficznego

Cw1_Tarcza.doc 2015-03-07 10 Sporządzanie wykresów naprężeń SY, SX i SEQV wzdłuż płaszczyzny symetrii tarczy: a) Wskaż ścieżkę, wzdłuż której będzie mierzona zmienna niezależna wykresu (s) (wystarczą cztery węzły: 1, 2, 3 i 4 pokazane na rys. 26): Rys. 26. Określenie ścieżki i jej parametrów b) Zdefiniuj żądane funkcje (np.: SY(s), SX(s), SEQV(s)). Każdej z funkcji można nadać unikalną nazwę (User label for item): Rys. 27. Wskazanie wielkości fizycznych do prezentacji wzdłuż ścieżki c) Narysuj na wykresie wskazane funkcje. Skalę osi na wykresie, grubości i kolory linii wykresów itp. można zmieniać w Utility Menu (PlotCtrls > Style > Graphs). Rys. 28. Prezentacja wykresów wskazanych składowych stanu naprężenia wzdłuż ścieżki d) Listuj wskazane funkcje (komenda zaznaczona ramką na rys.28).

Cw1_Tarcza.doc 2015-03-07 11 4. Interpretacja wyników i zadania do wykonania: Porównać wyniki uzyskane dla: a) różnych gęstości siatek typu free (wpływ dyskretyzacji): - około 150 elementów (Siatka 1), - około 400 elementów (Siatka 2), - około 1500 elementów (Siatka 3). b) różnych typów elementów skończonych (wpływ aproksymacji) - elementy paraboliczne (8-węzłowe PLANE 183) - elementy liniowe (4-węzłowe PLANE182), Zestawić w tabeli, dla policzonych przypadków wartości: Liczba węzłów, liczba elementów, ilość stopni swobody, UY max, SY max A, SY max B, SX A, SX B, SEQV max, α MES A, α MES B, α T A, α T B, przy czym: SY A B max, SY max naprężenia maksymalne na kierunek Y w dnach karbów A i B uzyskane numerycznie, SX A, SX B naprężenia na kierunek X w dnach karbów A i B uzyskane numerycznie, α A MES = SY A max / σ M współczynnik koncentracji naprężeń karbu lewego uzyskany numerycznie (punkt A), α B MES = SY B max / σ M współczynnik koncentracji naprężeń karbu prawego uzyskany numerycznie (punkt B), σ M = P/(b-2a)/δ średnie naprężenia w płaszczyźnie symetrii tarczy, α A T, α B T współczynniki koncentracji naprężeń z literatury. Przedyskutować uzyskane wyniki. L. węzłów L. elementów Elementy 8 węzłowe (PLANE183) Elementy 4 węzłowe (PLANE182) Siatka 1 Siatka 2 Siatka 3 Siatka 1 Siatka 2 Siatka 3 UY max SY max A SY max B SX A SX B SEQV max α MES A α MES B σ M = P/(b-2a)/δ= α T A = α T B = Rysunki do raportu (należy je zapisać podczas pracy z programem) 1) siatka elem. 2) UY(x,y) 3) SY(x,y) 4) SX(x,y) 5) SEQV(x,y) 6) wykres:sy(s),sx(s),seqv(s) Raport finalny: 1) Wprowadzenie 2) Założenia do budowy modelu 3) Opis modelu (model solid, siatki, war. podparcia i obciążenia) 4) Przykładowe wyniki 5) Wyniki zebrane w tabeli 6) Omówienie wyników 7) Wnioski

Cw1_Tarcza.doc 2015-03-07 12 Rys. 29. Sposób wyznaczenia współczynnika koncentracji naprężeń z wykresu (α T = K tn )