Metoda Elementów Skończonych

Metoda Elementów Skończonych Prowadzący: dr hab. Tomasz Stręk Wykonali: Oguttu Alvin Wojciechowska Klaudia MiBM /semestr VII / IMe Poznań 2013 Projekt MES Strona 1

SPIS TREŚCI 1. Ogrzewanie laserowe....3 2. Analiza zmęczeniowa wałka..................12 3. Przepływ płynu..........19 Załącznik płyta CD Projekt MES Strona 2

1. Ogrzewanie laserowe Zastosowanie: spawanie i wyżarzanie Model przedstawia przejściowe ogrzewanie spowodowane przez laser. Głębokość penetracji wiązki, która można opisać za pomocą współczynnika absorpcji zależy od temperatury otoczenia. Geometria badana stanowi warstwę górną urządzenia krzemu. Model analizuje głębokość penetracji oraz wpływu ruchu(w okręgu i nieruchomy) lasera na przemijające rozkładu temperatury. Rys. 1.1. Model. Model korzysta z trybu aplikacji przewodzenia do opisania przemijającej wymiany ciepła w 3D. Równanie przemijającej równowagi energii dla przewodzenia ciepła jest gdzie: ρ - gęstość, C p właściwa pojemność cieplna, - przewodność cieplna, Q źródło ciepła (0 [J]) Projekt MES Strona 3

Właściwości materiału (krzemu) anizotropowa przewodność (k x, k y, k z ) = (163, 163, 16) [W/(m K)], gęstość 2330 kg/m 3, właściwa pojemność cieplna 703 J/(kg K). Równanie penetracji lasera: I względna intensywność lasera k abs współczynnik absorpcji (zależy od temperatury) (m -1 ) Tabela 1. Parametry. PARAMETR Moc lasera P_in Promień trajektorii lasera r Prędkość kątowa omega WARTOŚĆ 50 [W] 2 [cm] 10 [rad/s] Pozostałe dane: Grubość 1 [mm] Kwadratowy (długość 10 [mm]) Poniżej przedstawiono wyniki dla lasera ruchomego. Projekt MES Strona 4

Projekt MES Strona 5

Wyniki otrzymane dla lasera nieruchomego: Projekt MES Strona 8

Wnioski: Według analizy wykresów (strumień ciepła w czasie i temperatura w łuku albo w czasie), możemy zobaczyć, że dystrybucja ciepła zależy od lokalizacji wiązki, a najwyższa temperatura jest na powierzchni. Projekt MES Strona 11

2. Analiza zmęczeniowa wałka Analizowano wałek poddany obróbce toczeniem. Modelem jest wałek o średnicach 10 [mm] i 20 [mm]. W przejściu pomiędzy obiema częściami znajduje się zaokrąglenie o promieniu 3 [mm]. Dane: moment skręcający między -30,3 [Nm] i +30,3 [Nm] siła od 0 do 2,95 [kn] Właściwości materiału: Materiał izotropowy E = 100 [GPa] V = 0 Limit zmęczenia jest znany w dwóch przypadkach z czystym obciążeniem osiowym. Dla czystego napięcia jest 560 [MPa] (σmax = 1120 [MPa], σmin = 0 [MPa]), i dla pełnego odwracalnego obciążenia 700 [MPa] (σmax = 700 [MPa], σmin = -700 [MPa]. To daje parametry Findley a f = 440 [MPa] i k = 0,23 Są dwa przypadki w tym badaniu: 1) mniejsza część jest nieruchoma, a obciążenia są na ruchomej większej części 2) większa część jest nieruchoma, a obciążenia są na ruchomej mniejszej części. Projekt MES Strona 12

PIERWSZY PRZYPADEK Rozkład naprężeń von Mises od skręcania Rozkład naprężeń von Mises od zginania Projekt MES Strona 13

Analiza zmęczeniowa Projekt MES Strona 14

DRUGI PRZYPADEK Rozkład naprężeń von Mises od zginania Rozkład naprężeń von Mises od skręcania Projekt MES Strona 16

Analiza zmęczeniowa Projekt MES Strona 17

3. Przepływ płynu przez cylinder Analizowano przepływ cieczy przez cylinder. Najpierw przepływ wody o gęstości 1.0 [kg/l], następnie przepływ oleju silnikowego o gęstości 0.849 [kg/l]. Do analizy wykorzystano wzory: Rys. 3.1. Olej silnikowy. gdzie: ρ- gęstość płynu U- prędkość D- średnica cylindra Projekt MES Strona 19

Tabela 3.1. Parametry. PARAMETR WODA OLEJ SILNIKOWY Rho0 1 [kg/m 3 ] 0.849 [kg/m 3 ] Eta0 1e-3 [Pa*s] 1e-3 [Pa*s] U max 0.5 [m/s] 1.5 [m/s] 0.5 [m/s] 1.5 [m/s] Tabela 3.2. Wymiary cylindra. WYMIAR WARTOŚĆ WYMIARU DŁUGOŚĆ 3 ŚREDNICA 1 ŚREDNICA OTWORU 0.35 Rys. 3.2. Schemat przepływu przez cylinder z otworem. Projekt MES Strona 20

WODA: Umax= 0.5 m/s Projekt MES Strona 21

OLEJ SILNIKOWY: Umax=0.5 m/s Projekt MES Strona 22

WODA: Umax =1.5 m/s Projekt MES Strona 24

OLEJ SILNIKOWY: Umax= 1.5 m/s Projekt MES Strona 25

WNIOSKI: Na podstawie przeprowadzonej analizy można zauważyć, że duże znaczenie ma prędkość przepływu, trochę mniejsze gęstość płynu W analizowanym przypadku różnica gęstości była niewielka dlatego nie widać znacznej różnicy. Natomiast zmianę prędkości Umax widać bardzo wyraźnie. Im większa prędkość, tym przepływ jest bardziej burzliwy. Projekt MES Strona 27