Построения трехмерной модели фрикционного клина тележки Пример трехмерной модели в SolidWorks

Клин представляет собой сложное полое тело, имеющее во внутренней полости ребра жесткости.

Рассмотрим процесс создания трехмерной модели клина тележки грузового вагона:

• нарисовать три проекции клина и вытянуть их. На пересечении этих проекций можно получить «заготовку» будущей модели. Затем, используя базовые конструкторско-технологические операции - вычитая и добавляя конструкторские тела, можно получить трехмерную модель клина.

• выбрать базовую поверхность (вертикальную стенку, основание клина) и задать ее габаритные размеры (по размерам выбранной поверхности клина). Вытягивая построенную поверхность, получим твердотельный примитив – параллелепипед. Дальнейшие действия по созданию модели сводятся к постепенному добавлению или вычитанию базовых конструктивных тел.

На рисунке 1 проиллюстрирован процесс создания модели клина. Клин представляет собой сложное полое тело, имеющее во внутренней полости ребра жесткости. Количество базовых конструкторских технологических операций составляет более 100.

Рисунок 1- Процесс создания модели фрикционного клина.

На рисунке 2 показана твердотельная модель клина, построенная в SolidWorks. Процесс удаления невидимых линий может быть выполнен как вручную, так и автоматически.

Рисунок 2 - Твердотельная модель клина.

Используя средства рендеринга (тонирования), трех мерную модель модно представить в виде, показанном на рисунке 3.

Рисунок 3 -Трехмерная модель клина с удалением невидимых линий,

Таким образом, используя систему SolidWorks, можно эффективно создавать трехмерные модели. В дальнейшем по этим моделям можно получить рабочие чертежи изделия и конечно-элементную модель.

Расчет на прочность хребтовой балки

Исходные данные для расчета: Выполнить расчет на прочность хребтовой балки, общей длиной 12700 мм; поперечное сечение – двутавр зет № 31; нагрузка – продольная, растягивающая, по I расчетному режиму.

Рисунок 4 – Расчетная схема хребтовой балки вагона.

Рисунок 5 – Сечение Зет №31 хребтовой балки

Решим задачу с помощью программы ANSYS.

Запуск программы ANSYS:

Пуск→Программы→ANSYS 10→Interactive

В строке Product selection выбираем ANSYS/Multifisics/LS-DYNA

В строке Working directory указываем путь к созданной папке C:/Document and Setting/V33117/Рабочий стол/Svet-nt

В строке Initial job name записываем название работы, затем запускаем программу - кнопкой RUN.

1. Препроцессорная обработка

1.1Определение типа конечного элемента

Main Menu / Preprocessor / Element Type / Add/Edit/Delete

В появившемся диалоговом окне Element Types нажимаем кнопку Add…, в окне Library of Element Types в левом столбце выбираем Structural Beam в правом – 3D 3 node 189, нажимаем ОК.

1.2 Задание физических свойств материала

Main Menu / Preprocessor / Material Props / Material Models

В диалоговом окне Define Material Model Behavior задаем Structural / Linear / Elastic / Isotropic (структурные, линейные, эластичные, изотропные свойства материала).

В диалоговом окне Linear Isotropic Material Properties for Material Number 1: в строке ЕХ вводим значение модуля Юнга, равное 2.1 * 10¹¹ Па; в строке PRXY вводим коэффициент Пуансона, равный 0.3, нажимаем ОК.

1.3 Построение геометрической модели

Построение ключевых точек

Main Menu / Preprocessor / Modeling / Create / Keypoints / In Active CS

В диалоговом окне Create Keypoints in Active Coordinate System в строке Keypoint number задаем порядковый номер точки; в строке X, Y, Z Location in active CS в соответствующие поля вводим координаты точки; нажимаем ОК.

Необходимые параметры точек приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Параметры точек.

Номер точки	Координата Х	Координата Y	Координата Z
1	0	0	0
2	0.4	0	0
3	12.3	0	0
4	12.7	0	0
5	0	2	0

Построение линий

Main Menu / Preprocessor / Modeling / Create / Lines / Lines / Straight Line

Для того чтобы построить линию, необходимо выделить точку 1, затем точку 2 и нажать ОК. Те же действия проводим при построении линий между точками 2 и 3, 3 и 4.

Задание сечения

Main Menu / Preprocessor / Section / Beam / Common Section

В диалоговом окне Beam Tool в строках: ID вводим номер сечения (1); Name – название сечения; Sub-Type – выбираем рисунок с изображением профиля сечения; W1 – 0.15; W2 – 0.15; W3 – 0.3; t1 – 0.015; t2 – 0.015; t3 – 0.01; Данные по Двутавру № 31 берем из Приложения № 2 [1], нажимаем ОК.

1.4 Формирование конечно-элементной модели.

Присвоение атрибут

Main Menu / Preprocessor / Meshing / Mesh Attributes / All Lines

В диалоговом окне Line Attributes в строке Material number выбрать набор характеристик материала № 1; в строке Element type number выбрать 1 Beam189; в строке Element section выбрать 1 hrebt; в строке Pick Orientation Keypoint(s) поставить -V- Yes, нажать ОК. Далее выделить точку 5 и нажать ОК.

Настройка конечно-элементной сетки

Main Menu / Preprocessor / Meshing / Size Cntrls / ManualSize / Global / Size

В диалоговом окне Global Element Size в строке SIZE Element edge length ставим размер элементов, с которым будет разбита модель (0.5)/ОК.

Разбиение модели

Main Menu / Preprocessor / Meshing / Mesh / Lines

Выделяем отрезки линии, нажимаем ОК.

Изменить вид отображения балочных элементов

Utility Menu / PlotCtrls / Style / Size and Shape…

В диалоговом окне Size and Shape в строке Display of element поставить –V – On, нажать ОК.

1.5 Закрепление и нагружение модели.

Закрепление модели

В соответствии с расчетной схемой в точку 2 поставим заделку.

Main Menu / Preprocessor / Loads / Define Loads / Apply / Structural / Displacement / On Keypoints

Для установки заделки необходимо выделить точку 2, нажать ОК. В диалоговом окне Apply U, ROT on KPs в строке Lab2 DOFs to be constrained выбрать UX, UY, UZ, ROTX, нажать ОК.

Нагружение модели.

В соответствии с заданием нагрузка продольная растягивающая, по I расчетному режиму. Приложим растягивающую силу в 2,0 МН к точку 3 хребтовой балки.

Main Menu / Preprocessor / Loads / Define Loads / Apply / Structural / Force / Moment / On Nodes

Для приложения нагрузки выделяем узлы, расположенные на хребтовой балке, нажимаем ОК. В диалоговом окне Apply F/M on Nodes в строке Lab Directions of force/mom указать направление FZ, а в строке VALUE Force/moment value нажимаем ОК.

2. Процессорная обработка

Запуск на расчет

Main Menu / Solution / Solve / Current LS

В диалоговом окне Solve Current Load Step нажимаем ОК.

Информационное окно Note с надписью Solution is done говорит о том, что решение готово, далее следует нажать ОК.