Komputerowe wspomaganie projektowania Modelowanie wytrzymałościowe CAD/FEM 8. Rodzaje analiz 10 11 Obliczenia dynamiczne są konieczne wtedy, gdy wskutek działania zmiennej siły zachodzą i dominują w obiekcie zjawiska falowe 12 13 dynamika! statyka! 14 15 1
statyka! 16 17 18 19 20 21 2
22 23 24 25 26 27 3
28 29 Przykład: Porównanie analizy liniowosprężystej i sprężysto-plastycznej Element zginany wykonany ze stali klasy S355 (18G2A) o następujących parametrach: - granica plastyczności Re min = 355MPa, - wytrzymałość na rozciąganie Rm = 490-600MPa. Zastosowano bilinearny model materiału sprężystoplastyczny. 30 31 Porównanie analizy liniowosprężystej Porównanie analizy liniowosprężystej i sprężysto-plastycznej i sprężystoplastycznej Naprężenia wg hipotezy Hubera- Misesa. W zakresie sprężystym przekroczone Rm 32 Naprężenia w kierunku poziomym σx. 33 4
34 35 Ugięcie elastomerowej membrany w zakresie liniowym i nieliniowym Zakres liniowy małe przemieszczenia Nieliniowość geometryczna duże przemieszczenia 36 37 38 39 5
40 41 42 43 44 45 6
Zagadnienia nieliniowe geometrycznie i materiałowo Test zderzeniowy czołowy z prędkością 64 km/h VOLVO XC90 zagadnienia sprężysto-plastyczne 46 47 Numeryczne i eksperymentalne badania cienkościennych belek obciążonych udarowo 48 ε 49 Przykładowe postaci deformacji belek cienkościennych zgrzewanych punktowo otrzymane z obliczeń numerycznych i badań eksperymentalnych Animacja deformacji belki cienkościennej zgrzewanej punktowo d = 8mm, t = 25mm d = 4mm, t = 25mm d = 8mm, t = 50mm 50 51 7
Komputerowe wspomaganie projektowania Modelowanie wytrzymałościowe CAD/FEM Dziękuję za uwagę! 9. Globalna macierz sztywności 52 53 54 55 56 57 8
58 59 60 61 62 63 9
64 65 66 67 68 69 10
w 70 71 72 73 74 75 11
76 77 78 79 80 81 12
82 83 84 85 86 87 13
[K ] {u}={f} 88 89 90 91 [K ] {u}={f } 92 93 14
Komputerowe wspomaganie projektowania Modelowanie wytrzymałościowe CAD/FEM 10. Ramy i kratownice Dziękuję za uwagę! 94 95 Rama ustrój nośny złożony z elementów mających jeden wymiar znacznie większy od dwu pozostałych, co najmniej o rząd, i oś prostą lub krzywoliniową. Elementy ramy belki są połączone ze sobą przeważnie sztywnymi węzłami lub przegubowo Kratownica ustrój nośny złożony z elementów mających jeden wymiar znacznie większy od dwu pozostałych i oś prostą lub krzywoliniową, w którym elementy są połączone ze sobą zawsze w sposób przegubowy. 96 97 98 99 15
100 101 Elementy ustrojów nośnych żurawi o strukturze kratownicy 3D 102 103 Elementy ustrojów nośnych żurawi o strukturze kratownicy 3D Brama suwnicy o dźwigarach kratownicowych 104 105 16
Most żurawia przeładunkowego 106 107 108 109 Most Zwierzyniecki we Wrocławiu Struktura przestrzenna 3D Diabelski młyn Prater Wiedeń średnica 60m pylony, koło belki szprychy - pręty 110 111 17
Ustrój nośny żurawia złożony z elementów ramowych i powierzchniowych Ustrój nośny koparki kołowej Wysięgnik koła czerpakowego, przeciwwagi, maszty i most w postaci ram 3D 112 113 Ustrój nośny koparki kołowej Wysięgnik koła czerpakowego, przeciwwagi, maszty i most w postaci ram 3D Ustrój nośny wysięgnika koparki kołowej 114 115 Rama samochodu ciężarowego Ustrój nośny autobusu 116 117 18
Uderzenie autobusu o masie 9t przez samochód ciężarowy o masie 22t jadący z prędkością 50km/h 118 119 120 121 122 123 19
124 125 126 127 128 129 20
? 130 131 132 133 134 135 21
symetria 136 137 Uderzenie autobusu o masie 9t przez samochód ciężarowy o masie 22t jadący z prędkością 50km/h Symulacja wywrócenia autobusu regulamin ECE66 138 139 140 141 22
Analiza przyczyn awarii wysięgnika koła czerpakowego koparki kołowej 142 143 144 145 146 Dziękuję za uwagę! 147 23
Komputerowe wspomaganie projektowania Modelowanie wytrzymałościowe CAD/FEM 11. Struktury powierzchniowe 148 149 150 151 152 153 24
154 155 156 157 158 159 25
160 161 Model nadwozia samochodu osobowego Przykład. Symulacja Crashtestu - postać deformacji samochodu 162 163 Crashtest samochodu osobowego SAAB 9-5 Skręcanie ramy samochodu ciężarowego 164 165 26
Ustrój nośny koparki wielonaczyniowej BWE700L Ustrój nośny koparki wielonaczyniowej BWE700L 166 167 Rama portalowa podwozia zwałowarki Rama portalowa podwozia zwałowarki ZGOT 12500.75 168 169 Koparka BWE1400 170 Wysięgnik koparki BWE 1400 warstwice naprężeń 171 27
Suszarnia koncentratu miedzi długość 50m 172 173 Dźwigar gąsienicowy w koparce SchRs 4000.37,5 (O&K) 174 175 Miejsca występowania uszkodzeń Dźwigar gąsienicowy w koparce SchRs 4000.37,5 (O&K) Warunki brzegowe Pęknięcie Długość czynna gąsienicy: l k = 10,225m, Szerokość gąsienicy: b = 4,5m, Pęknięcie Wyboczenie pasa dolnego i środnika Pęknięcie 176 177 28
Obciążenia dźwigara Sumaryczne obciążenie pionowe na wszystkie podpory przypadek HZ2 V ZGES = -47117kN, Maksymalny współczynnik tarcia gąsienicy o podłoże wg normy DIN 22261 = 0,6 Obciążenie pionowe V [kn] -11893,5 Moment wokół osi pionowej M z [knm] -20722,5 Siła poprzeczna H x [kn] -2580 Obciążenie poprzeczne liniowe Mimośród obciążenia poprzecznego Siła poprzeczna przy poślizgu poprzecznym q [kn/m] -792,8 e [m] 1,63 QQ [kn] 7136 Siła wzdłużna przy wleczeniu LL [kn] 7136 Siła maksymalna na belce momentowej F max [kn] 822,5 Obciążenia poziome H x, H y oraz moment skręcający M z działające na poszczególne dźwigary gąsienicowe podczas jazdy wynikają z interakcji pomiędzy poszczególnymi zestawami, a podłożem i są uzależnione od obciążenia pionowego poszczególnych 178 zestawów. Jest to układ wielokrotnie statycznie niewyznaczalny. Przypadki obciążenia i ich kojarzenia obciążeń przy oddziaływaniu skutków przejazdu oraz przy specjalnych podparciach podwozia jezdnego Kojarzenie obciążeń Przypadek HZ2wg normy DIN 22261 (PN-G-47000-2) obciążenie stałe E urobek F zaskorupienie V wiatr W nachylenie N siła obwodowa U siła boczna S tarcie R Dodatkowe obciążenie Specjalne podparcia Przejazd po Blokowanie Poślizg w podwoziu jezdnym łuku L LL poprzeczny QQ Dźwigar gąsienicowy schemat wahacz-wahacz HZ (1,33) HZG (1.1) HZG (1.1) podparcia wahacz-koło HZS (1.2) gwiazdowe koło gwiazdowe-koło HZG (1.1) gwiazdowe 179 Modele geometryczne dźwigara 180 gąsienicowego Modele 181 dyskretne Przykładowe wyniki podparcie koło gwiazdowe - wahacz Przykładowe wyniki rozruch jazdy 182 183 29
Miejsca występowania przekroczeń Przyczyny występowania uszkodzeń błędy konstrukcyjne karby geometryczne, skokowe zmiany grubości blach..., nadmierny moment rozruchowi silników napędu jazdy, inwencja operatorów maszyny nieprawidłowe podłączenie napędów, skręcanie pojazdami koparki w miejscu... nieprzewidywanie przez normę DIN 22261 obliczeń zmęczeniowych elementów ustroju nośnego podwozia inne czynniki: 184 185 Podsumowanie Proponowane wzmocnienia Zaproponowano zmiany konstrukcyjne polegające na likwidacji lub znacznym ograniczenie karbów geometrycznych oraz wprowadzenie dodatkowe elementy nośne, zmianiono grubości blach. Uzyskano spełnienie wymagań dla większości przypadków normowych. Jedynym przypadkiem, w którym wystąpiły lokalne przekroczenia wartości naprężeń było podparcie dźwigara w schemacie koło gwiazdowe koło gwiazdowe, przy maksymalnym obciążeniu pionowym. Przypadek ten w praktyce eksploatacyjnej jest mało prawdopodobny. Obliczenia w zakresie sprężysto-plastycznym z uwzględnieniem nieliniowości geometrycznej wykazały, że dla takiego podparcia i takiego obciążenia zakres występowania strefy plastycznej jest ograniczony, a współczynnik bezpieczeństwa na lokalną utratę stateczności jest większy niż 2,5. Zaproponowane zmiany powinny zapewnić dalszą bezawaryjną eksploatację dźwigara, choć istnieje pewien margines niepewności związany z zaabsorbowanymi przez materiał dźwigara cyklami odkształceń podczas dotychczasowej eksploatacji oraz potencjalnymi wadami technologicznymi. 186 187 Dziękuję za uwagę! Komputerowe wspomaganie projektowania Modelowanie wytrzymałościowe CAD/FEM 12. Struktury objętościowe 188 189 30
190 191 192 193 Modele objętościowe Przykłady Tłok silnika spalinowego wysokoprężnego 1,9TDI Model dyskretny korpusu silnika spalinowego obliczenia termiczne warstwice temperatury 194 Siatka elementów Siatka elementów skończonych skończonych Warstwice elementy naprężeń objętościowe zredukowanych czworokątne w [MPa] 195 31
Modele objętościowe - Przykłady Elementy silnika spalinowego warstwice temperatury Modele objętościowe Przykłady Połączenie kształtowe warstwice przemieszczeń Silnik spalinowy warstwice przemieszczeń warstwice naprężeń 196 197 Piec Kaldo do wytapiania srebra masa 65t, 13 obr/min 198 Przekładnia planetarna o mocy 735kW 199 Przekładnia planetarna o mocy 735kW 200 elementy tetra 10-węzłowe Przekładnia planetarna o mocy 735kW Warstwice naprężeń 201 32
Stent wieńcowy Średnica drutu 0,13mm Stent wieńcowy Elementy: objętościowe 20 węzłowe 202 203 Animacja rozszerzania stentu skala deformacji 1:1 Stent wieńcowy Warstwice intensywności naprężeń (nieliniowość fizyczna i geometryczna) 204 205 Połączenie śrubowe obrotowego podgrzewacza powietrza śruby M42 206 207 33
208 209 Koło zabierakowe w pojazdach gąsienicowych koparki O&K SchRs 4000 Nowe Koło zabierakowe Wycofane z eksploatacji 210 211 Model geometryczny dotychczasowego rozwiązania konstrukcyjnego Koło zabierakowe - dotychczasowa postać konstrukcyjna Warstwice naprężęń w gnieździe zabieraka Siatka FEM 212 213 34
Koło zabierakowe - nowa postać konstrukcyjna Model geometryczny Model dyskretny 214 215 Warunki brzegowe Warstwice przemieszczeń 216 217 Warstwice naprężeń zredukowanych Koło zabierakowe - nowa postać konstrukcyjna (wersja II) Model dyskretny 218 219 35
Warstwice naprężeń zredukowanych Warstwice naprężeń zredukowanych 220 221 Katastrofa pomostu ruchomego ze stopów lekkich 222 223 224 Dziękuję za uwagę! 225 36