Термоупругий расчет

 

Цель работы: выполнить связанную тепловую и прочностную задачу для конструкции приведенной на рисунке 30.

 

Тип анализа	Связанный тепловой и прочностной расчет для неоднородной конструкции
Тип используемого конечного элемента	Двумерный твердотельный (Thermal Solid)
Тип граничных условий	Назначение температуры узлам сетки
Возможности	Наложение температурного поля в прочностном анализе в качестве нагрузки

 

Рис. 30

 

Порядок выполнения работы:

 

1. Определяем тип анализа:

MAIN MENU => PREFERENCES… => THERMAL => ОК.

 

2. Выбираем тип используемого элемента, задаём его толщину и определяемся со свойствами материала:

Задаем тип элемента: M.M. => PREPROCESSSOR => ELEMENT TYPE => ADD/EDIT/DELETE => ADD… => THERMAL SOLID QUAD 4 NODE 55 => OK => CLOSE. Задаем материал:

M.M. => PREPROCESSSOR => MATERIAL PROPS => MATERIAL MODELS. Затем, следуя цифрам на рисунке 31, выполняем действия:

A.

– STRUCTURAL => LINEAR => ELASTIC => ISOTROPIC: EX = 2 E11, PRXY = 0.22 => OK;

– STRUCTURAL => DENSITY: DENS = 7800;

– STRUCTURAL => THERMAL EXPANSION COEF => ISOTROPIC: ALPX = 1E-7.

Б.

– THERMAL=> CONDUCTIVITY => ISOTROPIC: KXX = 30;

– THERMAL=> SPECIFIC HEAT: C = 100.

В. MATERIAL => NEW MODEL: 2 => OK.

Г. Первыми двумя пунктами задаем свойства стали, третьим - определяем второй материал. Повторяем пункт 1 и 2, задаем свойства алюминия с параметрами: EX = 1.69E10, PRXY = 0.25, DENS = 2780, ALPX = 1E-6, KXX = 40, C = 80.

 

3. Строим деталь:

А: M.M. => PREFERENCES => – MODELING – CREATE => – AREAS – RECTANGLE => BY DIMENSIONS… и задаем координаты X1, X2 и Y1, Y2 равные 0, 0.3 и 0, 0.06 соответственно. Нажимаем ОК.

Б. M.M. => PREFERENCES => – MODELING – CREATE => KEYPOINTS => KP BETWEEN KPS вводим поочередно точки a и b (отмеченные на рисунке 32), нажмите ОК потом еще раз ОК и получите точку e. Теперь повторив последнюю операцию и обозначив точки c и d, получим точку f.

В. M.M. => PREFERENCES => – MODELING – CREATE => – LINES – LINES => STRAIGHT LINE выделяем точки e потом f и нажимаем ОК, получаем линию.

 

3. Разделяем полученный прямоугольник по построенной линии:

M.M. => PREFERENCES => – MODELING – OPERATE => DIVIDE => AREA BY LINE => нажимаем на прямоугольник => OK => нажимаем на линию => OK.

 

4. Задаем каждой половине свой материал:

M.M. => PREFERENCES => – ATTRIBUTES – DEFINE => PICKED AREAS => выделяем верхнюю половину => OK => OK => PICKED AREAS => выделяем нижнюю половину => OK => MATERIAL NUMBER = 2 => OK.

 

5. Разбиваем конструкцию:

А. Сначала задаем средний размер грани конечных элементов:

M.M. => PREFERENCES => – MESHING – SIZE CNTRLS => – MANUAL SIZE – – GLOBAL – SIZE и переменной SIZE присваиваем значение 0.01, нажимаем ОК.

Б. Производим разбиение:

M.M. => PREFERENCES => – MESHING – MESH => – AREAS – FREE => PICK ALL.

 

6. Задаем граничные условия для теплового расчета:

А. M.M. => SOLUTION => –LOADS– APPLY => –THERMAL– TEMPERATURE => ON LINES =>выделяем линию bd (рис. 32)=> OK => VALUE = 20 =>OK.

Б. M.M. => SOLUTION => –LOADS– APPLY => –THERMAL– TEMPERATURE => ON LINES => выделяем линию ac (рис. 32) => OK => VALUE = 40 => OK.

 

7. Проводим расчет:

M.M. => SOLUTION => – SOLVE – CURRENT LS => OK.

 

8. Переключаемся на прочностной анализ, используя результаты теплового:

А. M.M. => PREPROCESSOR => ELEMENT TYPE => SWITCH ELEM TYPE => THERMAL TO STRUCTURAL => OK.

Б. M.M. => SOLUTION => –LOADS– APPLY => –STRUCTURAL– TEMPERATURE => FROM THERM ANALY => выбираем файл с расширением *.rth, где *– название рабочего файла => OK.

В. Закрепляем конструкцию по линии ab (рис. 32):

M.M. => SOLUTION => – LOADS – APPLY => – STRUCTURAL – DISPLACEMENT => ON LINES => выделяем линии ae и eb => OK => ALL DOF => OK.

 

7. Проводим расчет:

M.M. => SOLUTION => – SOLVE – CURRENT LS => OK.

 

8. Просматриваем результаты расчета:

А. M.M. => GENERAL POSTPROC => PLOT RESULTS => – CONTOUR PLOT – NODAL SOLU => DOF SOLUTION TRANSLATION USUM => OK.

Б. M.M. => GENERAL POSTPROC => PLOT RESULTS => – CONTOUR PLOT – NODAL SOLU => STRESS VON MISES => OK.

 

 

Содержание отчета: краткие теоретические сведения, подробное описание всех шагов расчета с помощью ANSYS при проведении термоупругого расчета, рисунки состояния детали после приложения нагрузок. Выводы.