Задача 1. Линейный статический анализ с болтовым соединением

3D модель

Вернуться на главную

Скачать модель 1. Болтовое соединение

Постановка задачи.

Вычислить эквивалентные напряжения и перемещения кривошипа при действии растягивающей нагрузки.

Условия  задачи.

  • Нагрузка. Растягивающая сила в 800 N, приложенная к центру соединительного элемента Joint в направлении –X.
  • Граничные условия. 4 ребра основания полностью закреплены, тем самым моделируется сварочное соединение. Соединительный элемент Joint закреплен в узлах по оси Y для того, чтобы кривошип перемещался исключительно в направлении оси X.
  • Элементы. Стойка и кривошип – bricks. Болтовое соединение – Bolt, соединительный элемент Joint – Truss (сечение площадью 5 mm2).
  • Материал. Кривошип и стойка – Сталь ASTM-A36, Болт и Joint – Сталь AISI 4130.
  • Спецификация болта. Диаметр – 18 mm, диаметр гайки и головки болта – 30 mm, количество узлов для связи – 12, осевая сила затяжки – 600 N.

Для решения задачи выполните следующие действия:

  1. Если приложение Autodesk Simulation Mechanical не установлено на Вашем ПК, перейдите к разделу "Как скачать Autodesk Simulation Mechanical".
  2. Откройте приложение Autodesk Simulation Mechanical. Выполните команду "Пуск → Все программы → Autodesk → Autodesk Simulation Mechanical".
  3. Скачайте файл 3D модели. Скачать модель 1. Болтовое соединение.
  4. Для того чтобы открыть 3D модель, выполните следующие действия:
  5. Откройте файл геометрии 3D-модели.

 

Действие

Комментарий

Нажмите на кнопку Open. На экране появится диалог выбора файлов.

Кнопка Open расположена на панели быстрого доступа главного окна приложения

 

Выберите тип файлов геометрии STEP (*.stp, *.ste, *.step) в диалоге выбора файлов

STEP (*.stp, *.ste, *.step)

 

Укажите путь к файлу 3D модели, загруженному ранее

Exercise 1.step

 

Нажмите на кнопку Open диалога

 

 

Если на экране появится окно выбора единиц измерения, то выберите Use STEP file units

Нажмите ОК для продолжения

Use STEP file units

 

При появлении на экране окна Choose Analysis Type выберите значение Linear → Static Stress with Linear Material Models

Нажмите ОК для продолжения

Linear: Static Stress with Linear Material Models

 

Выберите в корневом разделе Units дерева проекта систему единиц Display Units <Metric mmrks>

Units: mmKs

6. Создайте сетку конечных элементов

Примечание. Для того чтобы задать размер конечного элемента в Autodesk Simulation Mechanical необходимо либо ввести размер вручную либо назначить размер в процентном отношении от размера по умолчанию. Значение размера по умолчанию меняется от модели к модели. Установка размера по умолчанию происходит автоматически после анализа геометрии импортированной модели.

 

Действие

Комментарий

Выберите панель Mesh

 

 

Нажмите на кнопку 3D Mesh Settings для входа в меню настроек генератора сеток

 

 

Переместите с помощью мыши ползунок изменения размера конечного элемента Mesh Size до 85%

 

 

Нажмите на кнопку Mesh model для генерации сетки конечных элементов

 

7. Создайте болт и соединительный элемент Joint

 

Действие

Комментарий

 

Выберите панель View, блок команд Navigate

 

Нажмите на раскрывающуюся кнопку Orientation, выберите значение Bottom View (вид снизу)

View: Navigate: Bottom View

 

Выберите панель Selection

 

Удостоверьтесь, что выбран способ выделения геометрии Point

Selection: Shape: Point

Удостоверьтесь, что включен режим выбора поверхностей Surfaces

Selection: Select: Surfaces

 

Выберите панель Mesh

 

Нажмите на кнопку Bolt на панели CAD Additions

Mesh: CAD Additions: Bolt

 

Выберите поверхность основания, которая находится перед Вами

 

 

На экране появится окно создания болтового соединения.

Нажмите на кнопку Add

Кнопка расположена рядом с полем Bold Head

Add

 

Выберите панель View, блок команд Navigate

 

Нажмите на раскрывающуюся кнопку Orientation, выберите значение Reverse View (вид снизу)

View: Navigate: Reverse View

 

Выберите поверхность основания, которая находится перед Вами

 

 

На экране появится окно создания болтового соединения

Нажмите на кнопку Add

Кнопка расположена рядом с полем Nut

Add

 

Выберите панель Selection

 

Выберите способ выделения Circle

Selection: Shape: Circle

 

Кликните левой кнопкой мыши рядом с центром отверстия

Нарисуйте окружность так, чтобы выбрать все внутренние поверхности

 

 

На экране появится окно создания болтового соединения

Нажмите на кнопку Add

Кнопка расположена рядом с полем Interior hole surface(s) for one hole

Add

 

На экране появится окно для выбора внутренних поверхностей болтового соединения

Установите 6 флагов Tight Fit

 

 

Введите в поле Bolt diameter значение 18

18

 

Введите в поле Head diameter значение 30

30

 

Введите в поле Nut diameter значение 30

30

 

Введите значение осевой силы затяжки Axial Force в поле Magnitude

600

 

Нажмите OK для создания болтового соединения

OK

8. Выполните регенерацию сетки конечных элементов. Регенерация сетки выполняется для объединения полученного болтового соединения с текущей сеткой.

 

Действие

Комментарий

Перейдите на панель Mesh

Нажмите на кнопку Generate 3D Mesh

Mesh: Mesh: Generate 3D Mesh

 

Кликните левой кнопкой мыши рядом с центром большого отверстия кривошипа и нарисуйте окружность, чтобы выбрать все внутренние поверхности

 

9. Создайте соединение Joint.

 

Действие

Комментарий

Нажмите на кнопку Joint для создания соединения

Кнопка Joint расположена на панели Mesh в разделе CAD Additions

Mesh: Joint

 

Нажмите OK для создания соединения

 

10. Задайте свойства элемента и материалов

 

Действие

Комментарий

 

Выделите 2 узла дерева проекта Parts → Part→ Material

Parts → Part → Material

Для того чтобы выделить оба узла дерева проекта:

выделите первый узел Parts → Part→ Material, затем, удерживая клавишу Ctrl, выделите второй узел дерева проекта Parts → Part → Material

 

Кликните правой кнопкой мыши на выделенный узел Parts → Part → Material

 

 

На экране появится контекстное меню

Выберите команду Edit Material

Edit Material

 

На экране появится окно библиотеки материалов

 

 

Выберите материал Steel (ASTM-A36)

Материал находится в категории Steel material

Steel (ASTM-A36)

 

Нажмите OK для назначения материала выбранным элементам

 

 

Дважды кликните в узле дерева проекта Parts → Part → Material

 

 

На экране появится окно библиотеки материалов

 

 

Выберите материал Steel (AISI 4130)

Материал находится в категории Steel material

Steel (AISI 4130)

 

Нажмите OK для назначения материала элементу

 

 

Дважды кликните мышью в узле дерева проекта Parts → Part→ Element Definition

Parts → Part 4 → Element Definition

 

На экране появится окно свойств элемента

 

 

Введите 5 в поле Cross-sectional area

Поле Cross-sectional area задает значение площади сечения элемента

Cross-sectional area  = 5

 

Нажмите OK для назначения свойства элементу

 

 

Дважды кликните в узле дерева проекта Parts → Part → Material

 

 

На экране появится окно библиотеки материалов

 

 

Выберите материал Steel (AISI 4130)

Материал находится в категории Steel material

Steel (AISI 4130)

 

Нажмите OK для назначения материала элементу

 

11. Назначение нагрузок и граничных условий

 

Действие

Комментарий

Перейдите на панель Selection

Выберите способ выделения Rectangle

Selection: Shape: Rectangle

Включите режим выбора ребер Edges

Selection: Select: Edges

 

Выделите 4 ребра в основания стойки

 

Перейдите на панель Setup

Нажмите на кнопку General Constraint в разделе Constraints

Setup: Constraints: General Constraint

 

Нажмите на кнопку Fixed для того, чтобы закрепить 4 ребра во всех направлениях

Fixed

 

Нажмите OK для продолжения

 

Нажмите на кнопку Vertices для того, чтобы включить режим выбора точек

Selection: Select: Vertices

 

Выделите указателем мыши прямоугольную область рядом с центром отверстия шатуна

Необходимо выделить узлы соединения Joint

 

Нажмите на кнопку General Constraint в разделе Constraints

Setup: Constraints: General Constraint

 

На экране появится окно для закрепления узлов в направлении осей координат

Установите флаг Ty

Ty

 

Нажмите OK для продолжения

 

Не снимайте выделение с узлов соединения

Нажмите на кнопку Force в разделе Loads

Setup: Loads: Force

 

На экране появится окно для задания условий силы

Введите значение -400 в поле Magnitude

Magnitude = -400

 

Установите флаг оси X для того, чтобы. задать направление действие силы по оси Х

 

 

Нажмите OK для продолжения

 

12. Запустите расчет.

 

Действие

Комментарий

 

Перейдите на панель Analysis

 

Нажмите на кнопку Run Simulation для запуска расчета

Analysis: Analysis: Run Simulation

 

Дождитесь окончания расчета

 

13. Просмотр результатов расчета.

 

Действие

Комментарий

 

После завершения расчета в главное окно приложения автоматически будут добавлены новые элементы интерфейса. Среди новых элементов будут такие панели как Results Contours, Results Inquire, View

 

 

Перейдите на панель View

 

Нажмите на раскрывающуюся кнопку Orientation, выберите команду Isometric View (вид снизу)

Кнопка Orientation расположена в группе Navigate

View: Orientation: Isometric View

 

Перейдите на панель Results Inquire

 

Нажмите на кнопку Maximum, расположенную в группе Probes

Results Inquire: Probes : Maximum

 

Перейдите на панель Results Contours

 

 

Нажмите на кнопку Displacement, расположенную в группе Displacement

При нажатой кнопке Displacement будут отображены распределения перемещений

Results Contours: Displacement: Displacement

 

Перейдите на панель Results Contours

 

 

Нажмите на кнопку von Mises, расположенную в группе Stress

При нажатой кнопке Stress будут отображены распределения эквивалентных напряжений

Results Contours: Stress: von Mises