Расчет по циклической долговечности

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ МАТЕМАТИКИ И МЕХАНИКИ ИМ. Н.И. ЛОБАЧЕВСКОГО

 

Направление: Механика и математическое моделирование

 

Индивидуальная работа № 2.2 по дисциплине

“Физико-механический практикум и вычислительный эксперимент”

 

Выполнил: студент 4 курса группы 05-301

Герасимов О.В.

Проверил: доцент кафедры теоретической механики

Великанов П.Г

 

 

Казань 2016

Решение задачи расчета диска на прочностную надежность

Задание:

1. Построить плоскую модель сечения диска.

2. Задать:

1. нелинейное распределение параметров в табличном виде.

2. граничные условия на линии соприкосновения с валом диска: фиксирование перемещений вдоль оси OY.

3. распределенную нагрузку на большем радиусе.

4. угловую скорость и ускорение свободного падения.

3. Вывести:

1. эпюру распределения температуры.

2. деформированное и недеформированное состояние.

3. напряжения по критерию Вон-Мизеса.

4. эпюру перемещений по оси OX.

5. эпюру распределения напряжений.

Решение

Рис.1 Плоская модель: область сечения.

Заполним таблицу, вводя значения радиусов и соответствующих им для данного материала напряжений для пяти фиксированных температур:

 

Рис.2 Напряжения и температуры.

 

Создадим сетку:

 

Рис.3 Разбиение сетки.

 

Зададим граничные условия, распределенную нагрузку, угловую скорость и ускорения свободного падения:

Рис.4 Задание необходимых условий.

 

Осуществим решение. Выведем все необходимые эпюры.

ANSYS выводит на экран графический анализ итерационного процесса решения задачи:

Рис.5 Графический анализ итерационного процесса.

Рис.6 Температурное распределение.

Рис.7 Деформированное и недеформированное состояние.

Рис.8 Напряжения по критерию Вон-Мизеса.

Рис.9 Распределение перемещений по оси OX.

Рис.10 Распределение напряжений по оси OX.

Рис.11 Распределение напряжений по оси OY.

Рис.12 Распределение перемещений по оси OY.

 

Исследование на собственные частоты.

 

 

Рис.13.1 Первая форма потери устойчивости.

Рис.13.2 Первая форма потери устойчивости.

 

Рис.13.3 Первая форма потери устойчивости.

 

Рис.13.4 Первая форма потери устойчивости.

 

Рис.13.5 Первая форма потери устойчивости.

 

Рис.13.6 Первая форма потери устойчивости.

 

Рис.13.7 Первая форма потери устойчивости.

Табл.1 Таблица значений критических частот.

 

LOG-FILE

finish

/CLEAR,START

/units,si

/COLOR,PBAK,OFF

/REPLOT

/prep7

!* Построение точек.

K,1,0.0767,0.071/2,

K,2,0.0805,0.0845/2,

K,3,0.0875,0.0888/2,

K,4,0.0945,0.0888/2,

K,5,0.109,0.084/2,

K,6,0.12,0.0638/2,

K,7,0.138,0.0382/2,

K,8,0.152,0.0251/2,

K,9,0.179,0.0231/2,

K,10,0.194,0.0334/2,

K,11,0.196,0.0334/2,

K,12,0.21,0.0334/2,

K,13,0.2125,0.03/2,

K,14,0.22,0.022/2,

K,15,0.2627,0.0185/2,

K,16,0.305,0.016/2,

K,17,0.348,0.0134/2,

K,18,0.349,0.0122/2,

K,19,0.357,0.015/2,

K,20,0.367,0.0228/2,

K,21,0.374,0.0235/2,

K,22,0.374,,

K,23,0.0767,,

!* Соединение точек.

L, 1, 2

L, 2, 3

L, 3, 4

L, 4, 5

L, 5, 6

L, 6, 7

L, 7, 8

L, 8, 9

L, 9, 10

L, 10, 11

L, 11, 12

L, 12, 13

L, 13, 14

L, 14, 15

L, 15, 16

L, 16, 17

L, 17, 18

L, 18, 19

L, 19, 20

L, 20, 21

L, 21, 22

L, 22, 23

L, 23, 1

!* Создание области.

FLST,2,23,4

FITEM,2,7

FITEM,2,6

FITEM,2,8

FITEM,2,5

FITEM,2,4

FITEM,2,3

FITEM,2,2

FITEM,2,9

FITEM,2,1

FITEM,2,10

FITEM,2,11

FITEM,2,23

FITEM,2,22

FITEM,2,12

FITEM,2,13

FITEM,2,14

FITEM,2,15

FITEM,2,16

FITEM,2,17

FITEM,2,18

FITEM,2,19

FITEM,2,20

FITEM,2,21

AL,P51X

!* Отображаем зеркально область относительно вертикальной оси.

FLST,3,1,5,ORDE,1

FITEM,3,1

ARSYM,Y,P51X,,,,0,0

/PNUM,ELEM,0

/REPLOT

!* Обединяем отображение и оригинал.

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,1

FITEM,2,-2

AADD,P51X

!* Задаем тип материала.

ET,1,PLANE82

!* Определяемм параметры материала.

KEYOPT,1,1,0

KEYOPT,1,3,1

KEYOPT,1,6,1

!* Задаем табличные значения.

TB,MELA,1,5,15,

TBTEMP,473

TBPT,,0,0

TBPT,,0.1/100,1880e5

TBPT,,0.2/100,3800e5

TBPT,,0.3/100,5720e5

TBPT,,0.35/100,6420e5

TBPT,,0.37/100,6550e5

TBPT,,0.4/100,6720e5

TBPT,,0.42/100,6810e5

TBPT,,0.46/100,6970e5

TBPT,,0.5/100,7100e5

TBPT,,0.55/100,7200e5

TBPT,,0.6/100,7300e5

TBPT,,0.7/100,7390e5

TBPT,,0.8/100,7460e5

TBPT,,0.86/100,7500e5

TBTEMP,573

TBPT,,0,0

TBPT,,0.1/100,1830e5

TBPT,,0.2/100,3700e5

TBPT,,0.3/100,5580e5

TBPT,,0.35/100,6310e5

TBPT,,0.37/100,6450e5

TBPT,,0.4/100,6630e5

TBPT,,0.42/100,6720e5

TBPT,,0.46/100,6880e5

TBPT,,0.5/100,7000e5

TBPT,,0.55/100,7100e5

TBPT,,0.6/100,7190e5

TBPT,,0.7/100,7260e5

TBPT,,0.8/100,7330e5

TBPT,,0.86/100,7380e5

TBTEMP,773

TBPT,,0,0

TBPT,,0.1/100,1700e5

TBPT,,0.2/100,3420e5

TBPT,,0.3/100,5100e5

TBPT,,0.35/100,5800e5

TBPT,,0.37/100,6000e5

TBPT,,0.4/100,6230e5

TBPT,,0.42/100,6330e5

TBPT,,0.46/100,6490e5

TBPT,,0.5/100,6620e5

TBPT,,0.55/100,6720e5

TBPT,,0.6/100,6760e5

TBPT,,0.7/100,6830e5

TBPT,,0.8/100,6900e5

TBPT,,0.86/100,6930e5

TBTEMP,873

TBPT,,0,0

TBPT,,0.1/100,1600e5

TBPT,,0.2/100,3200e5

TBPT,,0.3/100,4830e5

TBPT,,0.35/100,5600e5

TBPT,,0.37/100,5800e5

TBPT,,0.4/100,6000e5

TBPT,,0.42/100,6110e5

TBPT,,0.46/100,6250e5

TBPT,,0.5/100,6370e5

TBPT,,0.55/100,6470e5

TBPT,,0.6/100,6500e5

TBPT,,0.7/100,6560e5

TBPT,,0.8/100,6600e5

TBPT,,0.86/100,6630e5

TBTEMP,973

TBPT,,0,0

TBPT,,0.1/100,2470e5

TBPT,,0.2/100,3000e5

TBPT,,0.3/100,4570e5

TBPT,,0.35/100,5200e5

TBPT,,0.37/100,5130e5

TBPT,,0.4/100,5500e5

TBPT,,0.42/100,5620e5

TBPT,,0.46/100,5850e5

TBPT,,0.5/100,6000e5

TBPT,,0.55/100,6200e5

TBPT,,0.6/100,6300e5

TBPT,,0.7/100,6350e5

TBPT,,0.8/100,6400e5

TBPT,,0.86/100,6420e5

GPLOT

!*

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,475

MPTEMP,2,477.88

MPTEMP,3,483.17

MPTEMP,4,488.47

MPTEMP,5,499.45

MPTEMP,6,507.77

MPTEMP,7,521.39

MPTEMP,8,531.99

MPTEMP,9,552.42

MPTEMP,10,563.77

MPTEMP,11,565.29

MPTEMP,12,575.88

MPTEMP,13,577.77

MPTEMP,14,583.45

MPTEMP,15,615.77

MPTEMP,16,647.78

MPTEMP,17,680.32

MPTEMP,18,681.08

MPTEMP,19,687.13

MPTEMP,20,694.70

MPTEMP,21,700

UIMP,1,REFT,,,

MPDATA,ALPX,1,,12.92e-7

MPDATA,ALPX,1,,13.04e-7

MPDATA,ALPX,1,,13.25e-7

MPDATA,ALPX,1,,13.46e-7

MPDATA,ALPX,1,,13.9e-7

MPDATA,ALPX,1,,14.23e-7

MPDATA,ALPX,1,,14.78e-7

MPDATA,ALPX,1,,15.2e-7

MPDATA,ALPX,1,,16.02e-7

MPDATA,ALPX,1,,16.47e-7

MPDATA,ALPX,1,,16.53e-7

MPDATA,ALPX,1,,16.96e-7

MPDATA,ALPX,1,,17.03e-7

MPDATA,ALPX,1,,17.26e-7

MPDATA,ALPX,1,,18.55e-7

MPDATA,ALPX,1,,19.83e-7

MPDATA,ALPX,1,,21.13e-7

MPDATA,ALPX,1,,21.16e-7

MPDATA,ALPX,1,,21.41e-7

MPDATA,ALPX,1,,21.71e-7

MPDATA,ALPX,1,,21.92e-7

!* Задание параметров разбиения.

FLST,2,1,5,ORDE,1

FITEM,2,3

AESIZE,P51X,0.005,

MSHAPE,0,2D

MSHKEY,0

!* Разбиение на КЭ.

CM,_Y,AREA

ASEL,,,, 3

CM,_Y1,AREA

CHKMSH,'AREA'

CMSEL,S,_Y

!*

AMESH,_Y1

!*

CMDELE,_Y

CMDELE,_Y1

CMDELE,_Y2

!* Закрепление по оси OY линии, каксательной к плоскости вала.

FINISH

/SOL

FLST,2,2,4,ORDE,2

FITEM,2,23

FITEM,2,48

!*

/GO

DL,P51X,,UY,

!* Создание шарнира (закрепление по оси OY).

!FLST,2,1,1,ORDE,1

!FITEM,2,20

!*

!/GO

!D,P51X,,,,,,UY,,,,,

!* Задание нагрузки.

FLST,2,1,1,ORDE,1

FITEM,2,21

FLST,2,2,4,ORDE,2

FITEM,2,21

FITEM,2,47

/GO

!*

SFL,P51X,PRES,-2060000,

!* Задание температурного поля.

*get, n_count, node, 0, count

*do, i, 1, n_count

BF, i, temp, 756.811*nx(i)+416.953

*enddo

!* Задание угловой скорости и ускорения свободного падения.

OMEGA,0,-764,0,

ACEL,0,-9.81,0,

!*

FINISH

/PREP7

!* Задание параметров материала.

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,DENS,1,,8000

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

UIMP,1,REFT,,,

MPDATA,ALPX,1,,1.2e-6

!*

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,1,,2.5e11

MPDATA,PRXY,1,,0.3

MSHAPE,1,3D

MSHKEY,0

FINISH

/SOL

!* Запуск на решение.

/STATUS,SOLU

SOLVE

!* Деформированное состояние.

/POST1

PLDISP,1

!* Распределение температуры.

/PSF,PRES,NORM,1,0,1

/PBF,TEMP,,1

/PIC,DEFA,,1

/PSYMB,CS,0

/PSYMB,NDIR,0

/PSYMB,ESYS,0

/PSYMB,LDIV,0

/PSYMB,LDIR,0

/PSYMB,ADIR,0

/PSYMB,ECON,0

/PSYMB,XNODE,0

/PSYMB,DOT,1

/PSYMB,PCONV,

/PSYMB,LAYR,0

/PSYMB,FBCS,0

!*

/PBC,ALL,,1

/REP

FINISH

/POST1

!* Напряжения по критерию Вон-Мизеса.

/EFACET,1

PLNSOL, S,EQV, 0,1.0

!* Распределение перемещений по оси UX

PLNSOL,U,X,0,1

!* Распределение напряжений по оси UX

PLNSOL, S,X, 0,1.0

!* Распределение перемещений по оси UY

PLNSOL,U,Y,0,1

!* Распределение напряжений по оси UY

PLNSOL, S,Y, 0,1.0

!* Исследование на собственные частоты.

FINISH

/SOL

!Модальный анализ

pstres,on

solve

finish

/solu

antype,1

bucopt,subsp,7

mxpand,7,,,0

solve

finish

/POST1

SET,FIRST!Первая форма потери устойчивости.

PLDISP,1

SET,NEXT

PLDISP,1

SET,LAST

PLDISP,1

SET,LIST

FINISH

/SOL

Решим задачу в объемной постановке.

 

Построим объемную модель сектора диска (30°) с одним отверстием на биссектрисе под стяжной болт.

Граничные условия:

- распределенная нагрузка на внешней кромке;

- ограничение перемещений по оси OY внутренней кромки, граничащей с валом;

- условие симметрии на двух боковых поверхностях сектора.

Задаем:

- температурное поле, распределяющееся в радиальном направлении;

- угловую скорость;

- ускорение свободного падения в плоскости, перпендикулярной оси вала.

Построение модели было осуществлено в Siemens NX и импортировано для решения в ANSYS в формате Parasolid.

Рис.14 Импортированная модель.

 

Рис.15 Объемная модель с построенной сеткой.

 

Зададим граничные условия, угловую скорость, распределенную нагрузку, ускорение свободного падения, а также условия симметрии по боковым плоскостям (Рис.15):

 

Рис.16 Модель с необходимыми условиями.

 

Рис.17 Графический анализ итерационного процесса.

 

Рис.18 Деформированное состояние.

 

Рис.19 Температурное распределение.

 

Рис.20 Напряжения по критерию Вон-Мизеса.

 

Рис.21 Распределение перемещений по оси UX.

Рис.22 Распределение напряжений по оси UX.

 

Рис.23 Распределение напряжений по оси UY.

 

Рис.24 Распределение напряжений по оси UY.

 

 

Исследование на собственные частоты.

 

Первая собственная форма (Рис.25):

 

Рис.25.1 Вид сверху.

 

Рис.25.2 Вид спереди.

 

Рис.25.3 Вид сбоку.

 

 

Вторая форма потери устойчивости (Рис.26):

 

Рис.26.1 Вид сверху.

 

Рис.26.2 Вид спереди.

 

Рис.26.3 Вид сбоку.

 

Третья форма потери устойчивости (Рис.27):

 

Рис.27.1 Вид сверху.

 

Рис.27.2 Вид спереди.

 

Рис.27.3 Вид сбоку.

 

 

Четвертая форма потери устойчивости (Рис.28):

 

Рис.28.1 Вид сверху.

 

Рис.28.2 Вид спереди.

 

Рис.28.3 Вид сбоку.

 

 

Пятая форма потери устойчивости (Рис.29):

 

Рис.29.1 Вид сверху.

 

Рис.29.2 Вид спереди.

 

Рис.29.3 Вид сбоку.

 

 

Шестая форма потери устойчивости (Рис.30):

 

Рис.30.1 Вид сверху.

 

Рис.30.2 Вид спереди.

 

Рис.30.3 Вид сбоку.

 

Седьмая форма потери устойчивости (Рис.31):

 

Рис.31.1 Вид сверху.

 

Рис.31.2 Вид спереди.

 

Рис.31.3 Вид сбоку.

 

Табл.2 Таблица значений критических частот.

LOG-FILE

finish

/CLEAR,START

/units,si

/COLOR,PBAK,OFF

/REPLOT

/prep7

~PARAIN,'Sector','x_t','F:\ansys2\Models\',SOLIDS,0,0!Импорт объемной модели.

/NOPR

/GO

!* Задаем тип КЭ.

ET,1,SOLID92

!* Задаем табличные значения.

TB,MELA,1,5,15,

TBTEMP,473

TBPT,,0,0

TBPT,,0.1/100,1880e5

TBPT,,0.2/100,3800e5

TBPT,,0.3/100,5720e5

TBPT,,0.35/100,6420e5

TBPT,,0.37/100,6550e5

TBPT,,0.4/100,6720e5

TBPT,,0.42/100,6810e5

TBPT,,0.46/100,6970e5

TBPT,,0.5/100,7100e5

TBPT,,0.55/100,7200e5

TBPT,,0.6/100,7300e5

TBPT,,0.7/100,7390e5

TBPT,,0.8/100,7460e5

TBPT,,0.86/100,7500e5

TBTEMP,573

TBPT,,0,0

TBPT,,0.1/100,1830e5

TBPT,,0.2/100,3700e5

TBPT,,0.3/100,5580e5

TBPT,,0.35/100,6310e5

TBPT,,0.37/100,6450e5

TBPT,,0.4/100,6630e5

TBPT,,0.42/100,6720e5

TBPT,,0.46/100,6880e5

TBPT,,0.5/100,7000e5

TBPT,,0.55/100,7100e5

TBPT,,0.6/100,7190e5

TBPT,,0.7/100,7260e5

TBPT,,0.8/100,7330e5

TBPT,,0.86/100,7380e5

TBTEMP,773

TBPT,,0,0

TBPT,,0.1/100,1700e5

TBPT,,0.2/100,3420e5

TBPT,,0.3/100,5100e5

TBPT,,0.35/100,5800e5

TBPT,,0.37/100,6000e5

TBPT,,0.4/100,6230e5

TBPT,,0.42/100,6330e5

TBPT,,0.46/100,6490e5

TBPT,,0.5/100,6620e5

TBPT,,0.55/100,6720e5

TBPT,,0.6/100,6760e5

TBPT,,0.7/100,6830e5

TBPT,,0.8/100,6900e5

TBPT,,0.86/100,6930e5

TBTEMP,873

TBPT,,0,0

TBPT,,0.1/100,1600e5

TBPT,,0.2/100,3200e5

TBPT,,0.3/100,4830e5

TBPT,,0.35/100,5600e5

TBPT,,0.37/100,5800e5

TBPT,,0.4/100,6000e5

TBPT,,0.42/100,6110e5

TBPT,,0.46/100,6250e5

TBPT,,0.5/100,6370e5

TBPT,,0.55/100,6470e5

TBPT,,0.6/100,6500e5

TBPT,,0.7/100,6560e5

TBPT,,0.8/100,6600e5

TBPT,,0.86/100,6630e5

TBTEMP,973

TBPT,,0,0

TBPT,,0.1/100,2470e5

TBPT,,0.2/100,3000e5

TBPT,,0.3/100,4570e5

TBPT,,0.35/100,5200e5

TBPT,,0.37/100,5130e5

TBPT,,0.4/100,5500e5

TBPT,,0.42/100,5620e5

TBPT,,0.46/100,5850e5

TBPT,,0.5/100,6000e5

TBPT,,0.55/100,6200e5

TBPT,,0.6/100,6300e5

TBPT,,0.7/100,6350e5

TBPT,,0.8/100,6400e5

TBPT,,0.86/100,6420e5

GPLOT

!*

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,475

MPTEMP,2,477.88

MPTEMP,3,483.17

MPTEMP,4,488.47

MPTEMP,5,499.45

MPTEMP,6,507.77

MPTEMP,7,521.39

MPTEMP,8,531.99

MPTEMP,9,552.42

MPTEMP,10,563.77

MPTEMP,11,565.29

MPTEMP,12,575.88

MPTEMP,13,577.77

MPTEMP,14,583.45

MPTEMP,15,615.77

MPTEMP,16,647.78

MPTEMP,17,680.32

MPTEMP,18,681.08

MPTEMP,19,687.13

MPTEMP,20,694.70

MPTEMP,21,700

UIMP,1,REFT,,,

MPDATA,ALPX,1,,12.92e-7

MPDATA,ALPX,1,,13.04e-7

MPDATA,ALPX,1,,13.25e-7

MPDATA,ALPX,1,,13.46e-7

MPDATA,ALPX,1,,13.9e-7

MPDATA,ALPX,1,,14.23e-7

MPDATA,ALPX,1,,14.78e-7

MPDATA,ALPX,1,,15.2e-7

MPDATA,ALPX,1,,16.02e-7

MPDATA,ALPX,1,,16.47e-7

MPDATA,ALPX,1,,16.53e-7

MPDATA,ALPX,1,,16.96e-7

MPDATA,ALPX,1,,17.03e-7

MPDATA,ALPX,1,,17.26e-7

MPDATA,ALPX,1,,18.55e-7

MPDATA,ALPX,1,,19.83e-7

MPDATA,ALPX,1,,21.13e-7

MPDATA,ALPX,1,,21.16e-7

MPDATA,ALPX,1,,21.41e-7

MPDATA,ALPX,1,,21.71e-7

MPDATA,ALPX,1,,21.92e-7

!* Задание параметров материала.

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,DENS,1,,8000

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

UIMP,1,REFT,,,

MPDATA,ALPX,1,,1.2*10e-6

!*

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,1,,2.5e11

MPDATA,PRXY,1,,0.3

MSHAPE,1,3D

MSHKEY,0

!* Разбиение на КЭ.

ESIZE,0.005,0,

CM,_Y,VOLU

VSEL,,,, 1

CM,_Y1,VOLU

CHKMSH,'VOLU'

CMSEL,S,_Y

!*

VMESH,_Y1

!*

CMDELE,_Y

CMDELE,_Y1

CMDELE,_Y2

!* Условие закрепления по оси OY.

FLST,2,1,5,ORDE,1

FITEM,2,41

!*

/GO

DA,P51X,UY,

!* Условия симметрии.

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,42

FITEM,2,-43

DA,P51X,SYMM

!* Распределенная нагрузка.

FLST,2,1,5,ORDE,1

FITEM,2,22

/GO

!*

SFA,P51X,1,PRES,-2060000

!* Задание температурного поля.

*get,n_count,node,0,count

*do,i,1,n_count

Bf,i,temp,1580.46*sqrt(nx(i)*nx(i)+nz(i)*nz(i))+331.43

*enddo

!* Задание угловой скорости и ускорения свободного падения.

OMEGA,0,-764,0,

ACEL,0,-9.81,0,

!* Решение.

FINISH

/SOL

/STATUS,SOLU

SOLVE

!* Деформированное состояние.

/POST1

PLDISP,1

!* Распределение температуры.

/PSF,PRES,NORM,1,0,1

/PBF,TEMP,,1

/PIC,DEFA,,1

/PSYMB,CS,0

/PSYMB,NDIR,0

/PSYMB,ESYS,0

/PSYMB,LDIV,0

/PSYMB,LDIR,0

/PSYMB,ADIR,0

/PSYMB,ECON,0

/PSYMB,XNODE,0

/PSYMB,DOT,1

/PSYMB,PCONV,

/PSYMB,LAYR,0

/PSYMB,FBCS,0

!*

/PBC,ALL,,1

/REP

FINISH

/POST1

!* Напряжения по критерию Вон-Мизеса.

/EFACET,1

PLNSOL, S,EQV, 0,1.0

!* Распределение перемещений по оси UX

PLNSOL,U,X,0,1

!* Распределение напряжений по оси UX

PLNSOL, S,X, 0,1.0

!* Распределение перемещений по оси UY

PLNSOL,U,Y,0,1

!* Распределение напряжений по оси UY

PLNSOL, S,Y, 0,1.0

!* Исследование на собственные частоты.

FINISH

/SOL

!Модальный анализ

pstres,on

solve

finish

/solu

antype,1

bucopt,subsp,7

mxpand,7,,,0

solve

finish

/POST1

SET,FIRST!Первая форма потери устойчивости.

PLDISP,1

SET,NEXT

PLDISP,1

SET,LAST

PLDISP,1

SET,LIST

FINISH

/SOL

 

Осуществим расчет лопатки без хвостовика.

 

Построим модель лопатки без хвостовика (Рис.31):

 

Рис.32 Импортированная модель.

 

Рис.33 Модель с наложенной сеткой и необходимыми условиями.

 

Рис.34 Деформированное состояние.

 

Рис.35 Температурное распределение.

 

Рис.36 Напряжения по критерию Вон-Мизеса.

 

Рис.37 Распределение перемещений по оси UX.

 

Рис.38 Распределение напряжений по оси UX.

 

Рис.39 Распределение напряжений по оси UY.

 

Рис.40 Распределение напряжений по оси UY.

 

 

Исследование на собственные частоты.

 

Первая собственная форма (Рис.41):

 

Рис.41.1 Вид сверху.

 

Рис.41.2 Вид спереди.

 

Рис.41.3 Вид сбоку.

 

 

Вторая собственная форма (Рис.42):

 

Рис.42.1 Вид сверху.

 

Рис.42.2 Вид спереди.

 

Рис.42.3 Вид сбоку.

 

 

Третья собственная форма (Рис.43):

 

Рис.43.1 Вид сверху.

 

Рис.43.2 Вид спереди.

 

+

Рис.43.3 Вид сбоку.

 

 

Четвертая собственная форма (Рис.44):

 

Рис.44.1 Вид сверху.

 

Рис.44.2 Вид спереди.

 

+

Рис.44.3 Вид сбоку.

 

 

Пятая собственная форма (Рис.45):

 

Рис.45.1 Вид сверху.

 

Рис.45.2 Вид спереди.

 

+

Рис.45.3 Вид сбоку.

 

Шестая собственная форма (Рис.46):

 

Рис.46.1 Вид сверху.

 

Рис.46.2 Вид спереди.

 

+

Рис.46.3 Вид сбоку.

 

Седьмая собственная форма (Рис.47):

 

Рис.47.1 Вид сверху.

 

Рис.47.2 Вид спереди.

 

+

Рис.47.3 Вид сбоку.

Табл.3 Таблица значений критических частот.

 

 

LOG-FILE

finish

/CLEAR,START

/units,si

/COLOR,PBAK,OFF

/REPLOT

/prep7

~PARAIN,'Disc(sector)_net_cvyazej','x_t','F:\ansys2\Models\',SOLIDS,0,0!* Экспорт модели.

/NOPR

/GO

FLST,2,5,6,ORDE,2

FITEM,2,2

FITEM,2,-6

VDELE,P51X

!*

ET,1,SOLID187

!* СОединяем узлы для построения совместной сетки.

nummrg,all,1e-4,1e-3

!* Разбиение на КЭ.

ESIZE,0.005,0,

MSHAPE,1,3D

MSHKEY,0

!*

CM,_Y,VOLU

VSEL,,,, 1

CM,_Y1,VOLU

CHKMSH,'VOLU'

CMSEL,S,_Y

!*

VMESH,_Y1

!*

CMDELE,_Y

CMDELE,_Y1

CMDELE,_Y2

!*

ESIZE,0.003,0,

FLST,5,5,6,ORDE,2

FITEM,5,7

FITEM,5,-11

CM,_Y,VOLU

VSEL,,,,P51X

CM,_Y1,VOLU

CHKMSH,'VOLU'

CMSEL,S,_Y

!*

VMESH,_Y1

!*

CMDELE,_Y

CMDELE,_Y1

CMDELE,_Y2

!*

FINISH

/SOL

!* Закрепление плоскости по OY, касательной к валу.

FLST,2,1,5,ORDE,1

FITEM,2,45

!*

/GO

DA,P51X,UY,

!* Условия симметрии.

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,46

FITEM,2,-47

DA,P51X,SYMM

!* Задание распределенной нагрузки на лопатки.

FLST,2,5,5,ORDE,5

FITEM,2,85

FITEM,2,96

FITEM,2,107

FITEM,2,118

FITEM,2,129

/GO

!*

SFA,P51X,1,PRES,5

!* Задание параметров материала.

FINISH

/PREP7

!*

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,DENS,1,,8000

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

UIMP,1,REFT,,,

MPDATA,ALPX,1,,1.2*10e-6

!*

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,1,,2.5e11

MPDATA,PRXY,1,,0.3

MSHAPE,1,3D

MSHKEY,0

!* Температурное распределение.

*get,n_count,node,0,count

*do,i,1,n_count

Bf,i,temp,1580.46*sqrt(nx(i)*nx(i)+nz(i)*nz(i))+331.43

*enddo

!* Задание угловой скорости и ускорения свободного падения.

OMEGA,0,-764,0,

ACEL,0,-9.81,0,

!* Решение.

FINISH

/SOL

/STATUS,SOLU

SOLVE

!* Деформированное состояние.

/POST1

PLDISP,1

!* Распределение температуры.

/PSF,PRES,NORM,1,0,1

/PBF,TEMP,,1

/PIC,DEFA,,1

/PSYMB,CS,0

/PSYMB,NDIR,0

/PSYMB,ESYS,0

/PSYMB,LDIV,0

/PSYMB,LDIR,0

/PSYMB,ADIR,0

/PSYMB,ECON,0

/PSYMB,XNODE,0

/PSYMB,DOT,1

/PSYMB,PCONV,

/PSYMB,LAYR,0

/PSYMB,FBCS,0

!*

/PBC,ALL,,1

/REP

FINISH

/POST1

!* Напряжения по критерию Вон-Мизеса.

/EFACET,1

PLNSOL, S,EQV, 0,1.0

!* Распределение перемещений по оси UX.

PLNSOL,U,X,0,1

!* Распределение напряжений по оси UX.

PLNSOL, S,X, 0,1.0

!* Распределение перемещений по оси UY.

PLNSOL,U,Y,0,1

!* Распределение напряжений по оси UY.

PLNSOL, S,Y, 0,1.0

!* Исследование на собственные частоты.

FINISH

/SOL

!Модальный анализ

pstres,on

solve

finish

/solu

antype,1

bucopt,subsp,7

mxpand,7,,,0

solve

finish

/POST1

SET,FIRST!Первая форма потери устойчивости.

PLDISP,1

SET,NEXT

PLDISP,1

SET,LAST

PLDISP,1

SET,LIST

FINISH

/SOL

 

Осуществим решение для одной из лопаток с хвостовиком отдельно.

 

Решение

Табл.4 Механические свойства сплава.

 

Рис.48 Объемная модель лопатки с хвостовиком.

 

Разобьем на КЭ:

 

Рис.49 Разбиение на КЭ.

 

Зададим граничные условия, распределенную нагрузку на внутреннюю часть лопатки, угловую скорость и ускорения свободного падения:

 

Рис.50 Задание необходимых условий.

 

Осуществим решение. Выведем все необходимые эпюры.

Рис.51 Температурное распределение.

Рис.52 Деформированное и недеформированное состояние.

Рис.53 Напряжения по критерию Вон-Мизеса.

Рис.54 Распределение перемещений по оси OX.

Рис.55 Распределение напряжений по оси OX.

Рис.56 Распределение напряжений по оси OY.

Рис.57 Распределение перемещений по оси OY.

 

Исследование на собственные частоты.

 

 

Рис.58.1 Первая форма потери устойчивости.

Рис.58.2 Первая форма потери устойчивости.

 

Рис. 58.3 Первая форма потери устойчивости.

 

Рис. 58.4 Первая форма потери устойчивости.

 

Рис. 58.5 Первая форма потери устойчивости.

 

Рис. 58.6 Первая форма потери устойчивости.

 

Рис. 58.7 Первая форма потери устойчивости.

Табл.4 Таблица значений критических частот.

 

LOG-FILE

finish

/CLEAR,START

/units,si

/COLOR,PBAK,OFF

/REPLOT

/prep7

~PARAIN,'Lopatka_by_kek','x_t','F:\ansys2\Models\',SOLIDS,0,0!Экспорт объемной модели.

/NOPR

/GO

!*

ET,1,SOLID92

!*

ESIZE,0.002,0,

VCLEAR, 1

CM,_Y,VOLU

VSEL,,,, 1

CM,_Y1,VOLU

CHKMSH,'VOLU'

CMSEL,S,_Y

!*

VMESH,_Y1

!*

CMDELE,_Y

CMDELE,_Y1

CMDELE,_Y2

!* Задаем параметры материала.

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,DENS,1,,8400

MPTEMP,1,500

MPTEMP,2,600

MPDE,EX,1

MPDE,PRXY,1

MPDATA,EX,1,,1.7E+011

MPDATA,EX,1,,1.65E+011

MPDATA,PRXY,1,,0.3

MPDATA,PRXY,1,,0.3

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,500

MPTEMP,2,600

UIMP,1,REFT,,,

MPDE,ALPX,1

MPDATA,ALPX,1,,1.48E-006

MPDATA,ALPX,1,,1.58E-006

FINISH

/SOL

!* Задание температурного поля.

*get, n_count, node, 0, count

*do, i, 1, n_count

BF, i, temp,1580*ny(i)+780

*end do

!* Задание угловой скорости и ускорения свободного падения.

OMEGA,0,0,764,

ACEL,0,0,9.81,

!*

FINISH

/PREP7

!*

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,1

FITEM,2,5

!*

/GO

DA,P51X,ALL,

FLST,2,1,5,ORDE,1

FITEM,2,9

/GO

!*

SFA,P51X,1,PRES,5

!* Запуск на решение.

FINISH

/SOL

/STATUS,SOLU

SOLVE

!* Деформированное состояние.

/POST1

PLDISP,1

!* Распределение температуры.

/PSF,PRES,NORM,1,0,1

/PBF,TEMP,,1

/PIC,DEFA,,1

/PSYMB,CS,0

/PSYMB,NDIR,0

/PSYMB,ESYS,0

/PSYMB,LDIV,0

/PSYMB,LDIR,0

/PSYMB,ADIR,0

/PSYMB,ECON,0

/PSYMB,XNODE,0

/PSYMB,DOT,1

/PSYMB,PCONV,

/PSYMB,LAYR,0

/PSYMB,FBCS,0

!*

/PBC,ALL,,1

/REP

FINISH

/POST1

!* Напряжения по критерию Вон-Мизеса.

/EFACET,1

PLNSOL, S,EQV, 0,1.0

!* Распределение перемещений по оси UX

PLNSOL,U,X,0,1

!* Распределение напряжений по оси UX

PLNSOL, S,X, 0,1.0

!* Распределение перемещений по оси UY

PLNSOL,U,Y,0,1

!* Распределение напряжений по оси UY

PLNSOL, S,Y, 0,1.0

!* Исследование на собственные частоты.

FINISH

/SOL

!Модальный анализ

pstres,on

solve

finish

/solu

antype,1

bucopt,subsp,7

mxpand,7,,,0

solve

finish

/POST1

SET,FIRST!Первая форма потери устойчивости.

PLDISP,1

SET,NEXT

PLDISP,1

SET,LAST

PLDISP,1

SET,LIST

FINISH

/SOL

 

Расчет по циклической долговечности

Зоны диска	r, м	T, K	σr, МПа	σt, МПа	σнэкв, Мпа	αT	σ, Мпа σ=αT∙σнэкв
Центральное отверстие	7,67	475,00	0,00	8600,02	8600,02	1,68	14448,03
Отверстие в полотне (точка D1)	15,70	542,20	3534,42	5079,71	4516,12	3,05	13774,18
Дно паза замка	37,40	700,00	2649,81	-531,64	2951,76	7,98	23567,36

Табл.5 Исходные данные.

, в силу симметричности цикла.

- число циклов до образования трещины,

- число циклов нагружения,

- ресурс,

- средняя продолжительность работы,

- предел длительной прочности,

- среднее напряжение,

- размах упруго - пластической деформации.

Решим уравнение Мэнсона в программе Mathematica (см. рис. 98).

Рис.59 Решение уравнения Мэнсона.

, .

 

Деформирование диска происходит по узловым окружностям и узловым диаметрам. Покажем эпюры перемещений для каждой из форм потери устойчивости, соответствующей критическим частотам.

Рис.60.1 Эпюра перемещений вдоль оси OY для первой формы потери устойчивости.

Рис. 60.2 Эпюра перемещений вдоль оси OY для второй формы потери устойчивости.

Рис. 60.3 Эпюра перемещений вдоль оси OY для третьей формы потери устойчивости.

Рис. 60.4 Эпюра перемещений вдоль оси OY для четвертой формы потери устойчивости.

Рис. 60.5 Эпюра перемещений вдоль оси OY для пятой формы потери устойчивости.

Рис. 60.6 Эпюра перемещений вдоль оси OY для шестой формы потери устойчивости.

Рис. 60.7 Эпюра перемещений вдоль оси OY для седьмой формы потери устойчивости.