МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ” Кафедра ТММ і САПР Розрахункова пояснювальна записка до курсового проекту по дисципліні: «Розрахунок напружено-деформованого стану управляючого підвісу тролейбусу ЮМЗ Т2» Виконав: ст. гр. ТМ-88-Б Золотарьов О.В. Перевірив: Старший викладач Васильєв А.Ю.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
“ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”
Кафедра ТММ і САПР
Розрахункова пояснювальна записка до курсового проекту
по дисципліні:
«Розрахунок напружено-деформованого стану управляючого підвісу
тролейбусу ЮМЗ Т2»
Виконав:
ст. гр. ТМ-88-Б Золотарьов О.В.
Перевірив:
Старший викладач Васильєв А.Ю.
Харків 2013
2
ЗМІСТ
Вступ 3
1. Літературний огляд 4
2. Постанова завдання 6
3. Опис конструкції ресори 7
4. Огляд програмного забезпечення 13
5. Теоретичні відомості 15
6. Побудова геометричної та фізичної моделі 19
7. Розрахунок ресори 22
8. Аналіз результатів 26
Висновки 27
Список використаної літератури 28
3
ВСТУП
В даній роботі вирішується задача числового моделювання
управляючого підвісу тролейбусу. Для підготовки і проведення розрахунків
даної задачі було використано декілька програмних продуктів, а саме:
SolidWorks 2010, для створення твердотільної моделі ресори, ANSYS
WorkBench 14 для вирішування задачі із числовим моделюванням
контактного тиску, переміщень та напружено-деформованого стану балки.
В наш час економія сировини та часу для створення продукції досить
популярна тема. В даній постановці використано підхід числового
моделювання, оскільки це суттєво зменшує фінансові та часові затрати на
підготовку деталей для їх виготовлення. Підбір матеріалу, його якісні та інші
показники швидше присвоювати в CAE-системах, так як і проводити
розрахунки в залежності від виду навантаження. Використання САПР в наш
час, практично незамінна методика для вирішення задач в машинобудівній
промисловості.
Основною причиною моїх досліджень е ниска однакових технічних
недоліків модельного ряду тролейбусу ЮМЗ Т2. (Тролейбус ЮМЗ Т2
вважаеться найкращім високо-підлоговим, що випускався в Україні, роки
випуску з 1993-2008 роки). За ці п'ятнадцять років з конвеєру зійшло понад
550 машин Т2 і понад 500 Т1, і всі вони мають спільні дефекти виявлени при
експлуатації.
4
1 ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД
Метод скінченних елементів (МСЕ) - чисельний метод рішення
диференціальних рівнянь з приватними похідними, а також інтегральних
рівнянь, що виникають при вирішенні завдань прикладної фізики. Метод
широко використовується для вирішення задач механіки деформованого
твердого тіла, теплообміну, гідродинаміки і електродинаміки.
Ідея методу
Суть методу випливає з його назви. Область, в якій шукається рішення
диференціальних рівнянь, розбивається на кінцеве кількість під областей
(елементів). У кожному з елементів довільно вибирається вид апроксимуючої
функції. У найпростішому випадку це поліном першого ступеня. Поза свого
елемента апроксимуюча функція дорівнює нулю. Значення функцій на
кордонах елементів (вузлах) є вирішенням завдання і заздалегідь невідомі.
Коефіцієнти апроксимуючих функцій зазвичай шукаються з умови рівності
значення сусідніх функцій на кордонах між елементами (у вузлах). Потім ці
коефіцієнти виражаються через значення функцій у вузлах елементів.
Складається система лінійних алгебраїчних рівнянь. Кількість рівнянь
дорівнює кількості невідомих значень у вузлах, на яких шукається рішення
вихідної системи, прямо пропорційно кількості елементів і обмежується
тільки можливостями ЕОМ. Так як кожен з елементів пов'язаний з
обмеженою кількістю сусідніх, система лінійних алгебраїчних рівнянь має
розріджений вигляд, що істотно спрощує її рішення.
З точки зору обчислювальної математики, ідея методу скінченних
елементів полягає в тому, що мінімізація функціоналу варіаційної задачі
здійснюється на сукупності функцій, кожна з яких визначена на своїй під
області, для чисельного аналізу системи дозволяє розглядати його як одну з
конкретних гілок диакоптики - загального методу дослідження систем
шляхом їх розчленування.
5
Переваги та недоліки
Метод кінцевих елементів складніше методу кінцевих різниць в
реалізації. У МСЕ, однак, є ряд переваг, що виявляються на реальних
завданнях: довільна форма оброблюваної області; сітку можна зробити більш
рідкісної в тих місцях, де особлива точність не потрібна.
Довгий час широкому поширенню МСЕ заважала відсутність
алгоритмів автоматичного розбиття області на «майже рівносторонні»
трикутники (похибка, залежно від варіації методу, обернено пропорційна
синусу або самого гострого, або самого тупого кута в розбитті). Втім, це
завдання вдалося успішно вирішити (алгоритми засновані на тріангуляції
Делоне), що дало можливість створювати повністю автоматичні кінцево
елементні САПР.
Історія розвитку методу
Виникнення методу скінченних елементів пов'язано з вирішенням
завдань космічних досліджень в 1950-х роках. Ідея МСЕ була розроблена в
СРСР ще в 1936 році, але через нерозвиненість обчислювальної техніки
метод не отримав розвитку, тому вперше був застосований на ЕОМ лише в
1944 році Аргіріса. Цей метод виник з будівельної механіки і теорії
пружності, а вже потім було отримано його математичне обґрунтування.
Істотний поштовх у своєму розвитку МСЕ отримав в 1963 році після того, як
було доведено те, що його можна розглядати як один з варіантів поширеного
в будівельній механіці методу Релея - Рітца, який шляхом мінімізації
потенційної енергії зводить задачу до системи лінійних рівнянь рівноваги.
Після того, як було встановлено зв'язок МСЕ з процедурою мінімізації, він
став застосовуватися до завдань, описуваних рівняннями Лапласа або
Пуассона. Область застосування МКЕ значно розширилася, коли було
встановлено (у 1968 році), що рівняння, що визначають елементи в задачах,
можуть бути легко отримані за допомогою варіантів методу зважених не
в'язок, таких як метод Гальоркіна або метод найменших квадратів. Це зіграло
важливу роль у теоретичному обґрунтуванні МСЕ, тому що дозволило
6
застосовувати його при вирішенні багатьох типів диференціальних рівнянь.
Таким чином, метод кінцевих елементів перетворився на загальний метод
чисельного рішення диференціальних рівнянь або систем диференціальних
рівнянь.
З розвитком обчислювальних засобів можливості методу постійно
розширюються, також розширюється і клас вирішуваних завдань. Практично
всі сучасні розрахунки на міцність проводять, використовуючи МСЕ.
Книга «SolidWorks 2009 в примерах» являє собою актуальний
практичний посібник для новачків, який допоможе в стислі терміни освоїти
роботу в пакеті тривимірного моделювання SolidWorks 2009. Книга базується
на різних машинобудівних прикладах. Практичне керівництво дає
можливість самостійно вивчити всі основні важливі точки проектування
об'єктів машинобудування. Покроково описано формування ескізу,
організація об'ємної моделі, креслення зварних деталей, деталей з листового
матеріалу, формування збірок та оформлення креслень, згідно ЄСКД. У книзі
наведені приклади реалізації різних конфігурацій деталей, деталей, які
базуються на поверхнях. Дане видання орієнтоване на студентів, інженерів і
викладачів, широку аудиторію читачів.
Після побудови геометрії у програмі SolidWorks її було імпортовано
для подальших розрахунків у ANSYS. Корисним джерелом інформації для
роботи у цій системі виявився посібник «ANSYS для инженеров». Метою
книги є навчання користувача основам використання ANSYS для вирішення
інженерних завдань. У книзі даний опис застосування засобів графічного
інтерфейсу програми для створення твердотільних моделей, їх розбиття,
вибору фізичної моделі поведінки матеріалу, виконання та візуалізації
результатів. Це, на думку авторів має суттєво полегшити навчання студентів,
інженерів н науковців використання ANSYS.
Для ілюстрації матеріалу наведено ряд прикладів вирішення задач
розрахунку на міцність з використанням пружних і пластичних матеріалів, а
7
також найпростіша задача теплообміну. Докладно розглянуті всі важливі
етапи підготовки завдання, її рішення та відображення результатів. Приклади
супроводжуються докладними поясненнями використання пунктів головного
меню, і де це можливо, текст відповідних команд.
Книга орієнтована на читача, що має певне уявлення про принципи
роботи різних пакетів САПР, а також базові знання в галузі механіки
твердого тіла і теплообміну. Може бути використана в якості довідкового
посібника студентами старших курсів технічних вузів та інженерами при
проведенні проектно-конструкторських робіт.
8
2 ПОСТАНОВКА ЗАВДАННЯ
У курсовій роботі потрібно було побудувати 3D модель переднього
підвісу тролейбусу ЮМЗ моделі Т2, та розрахувати навантаження, за
допомогою програмного забезпечення Workbench.
У роботі розглядаються наступні пункти:
побудова тривимірної моделі управляючого підвісу, міського
тролейбуса ЮМЗ Т2 в програмі SolidWorks для імпорту в CAE
пакет;
створення розрахункової скінченно-елементної моделі у
програмному комплексі ANSYS WorkBench;
прикладення навантажень та закріплень;
рішення лінійної задачі;
розрахувати конструкцію;
проаналізувати отримані результати;
дослідити вплив сили на напруженно-деформований стан.
До складу управляючого підвісу вхоть такі елементи:
– балка опора;
– ресори;
– основна балка;
– кріплення амортизаторів;
– стяжні бовти;
– обмеження.
На основі отриманих результатів розрахунків можна робити певні
висновки щодо достовірності розрахунків, проведених в системі ANSYS
WorkBench 14 і про можливість вирішення завдань цього класу.
9
3 ОПИС КОНСТРУКЦІЇ УПРАВЛЯЮЧОГО ПІДВІСУ
Конструктивно передні мости і кермові тяги всіх модифікацій тролейбуса
ЮМЗ виконані однаково.
При технічному обслуговуванні переднього моста і рульових ЮМЗ
необхідно:
• звертати увагу на ступінь затяжки конусного з'єднання шкворня і на
стан наполегливої підшипника. При зносі наполегливої підшипника
збільшується зазор між верхнім вушком поворотної цапфи і балкою, який не
повинен перевищувати 0,4 мм. При необхідності слід ставити металеві
прокладки;
• звертати увагу на величину зносу шкворня і втулок поворотної цапфи.