IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Введение

Сегодня одной из самых острых, назревших проблем больших городов, становится транспортное обслуживание населения. Неуклонный рост автомобилей на улицах наших городов, который за последние 10 лет увеличился вдвое и продолжает расти, вызывает снижение пропускной способности дорог и огромные пробки на улицах. Комплексное рассмотрение многочисленных транспортных проблем сейчас уже не возможно без кардинального изменения подходов к их разрешению и созданию новых городских внеуличных видов пассажирского транспорта.

Указом президента Республики Казахстан №86 от 11 апреля 2006 года «О Транспортной стратегии Республики Казахстан до 2015 года», было утверждено развитие инновационных, перспективных и экологически чистых видов транспорта. Одним из таких видов являются городские и шахтные монорельсовые дороги.

Монорельсовые дороги часто упоминаются вместе с летающими автомобилями как часть фантастического видения будущего. Но монорельсовый транспорт уже применяется на шахтах Караганды

Для проектирования и расчета монорельса включая основные моменты создания её узлов и деталей применяют AutoCad,Kompas 3d, SolidWorks, а для моделирования и расчета Ansys, и динамического анализа Adams. Это так называемые системы автоматизированного проектирования, главной задачей внедрения которых является снижение издержек и сжатие сроков проектирования и производства, за счет замены реальных процессов прототипирования, макетирования,испытаний и т.д. – их виртуальными аналогами.

Целью курсового проекта является закрепление лекционного материала и навыков, приобретенных нами в процессе выполнения лабораторных и практических работ по автоматизированному проектированию технических объектов, представляющих собой сложные механические системы современных горных машин и устройств, с гидропневмо и электроприводом применяемых в горных работах.

Для моделирования монорельса избран пакет Ansys 13.0. Конечно существуют готовые методики расчета монорельсов, но для будущих специалистов ценен собственный подход к разработке, что позволит легче оценивать работу таких установок в конкретных условиях, а значит и предотвращать возможные аварии.

1. Параметрический синтез (макромоделирование)

Обычно макромоделирование выполняется на пакете Adams и в его основе лианеризация уравнений динамики. В нашу задачу входит расчет несущего полотна т. е. непосредственно монорельса и поэтому ограничимся статическим подходом. Это также обосновано относительно небольшой скоростью передвижения вагона по монорельсу . Но отметим, что в идеале в подвешенной на двух опорах балке монорельса будут возникать колебания, что объясняется переменными нагрузками точки приложения которых постоянно перемещаются. Более точное решение лучше проводить тогда когда выполнено простое статическое для самого сложного положения монорелься, когда его нагружение приводит к максимальным деформациям. В данном же разделе рассмотрим авторские методы решения задач макромоделирования без применение Adams применительно к механизму четырехзвенника. Что дает возможность сравнивать решения получаемые в пакетах.

К задачам параметрического синтеза относится совокупность задач, связанных с определением требований к параметрам объекта, номинальных значений параметров и их допусков.

Для пояснения сущности задач параметрического синтеза используют геометрическую интерпретацию, связанную с введением п – мерного пространства ХП управляемых параметров и (или) m – мерного пространства YП выходных параметров.

Здесь п – количество управляемых параметров, т.е. внутренних параметров, значения которых должны быть определены при параметрическом синтезе, m – количество выходных параметров. Каждой точке пространства ХП (YП) соответствует вектор значений управляемых (выходных) параметров, составляющие этого вектора суть координаты точки.

Решение задач ПС в САПР выполняется методами поисковой оптимизации (основана на последовательных приближениях к оптимальному решению). Каждая итерация представляет собой шаг в пространстве управляемых параметров. Основными характеристиками метода оптимизации являются способы определения направления, в котором производится шаг в пространстве ХП, величины этого шага и момент окончания поиска.

Для примера параметрического синтеза возьмем расчет геометрических параметров лемнискатного механизма. Схема лемнискатного механизма представлена на рисунке 1:

Где

r₁=1.2

r₂=1.0

t=0.5

∆=0.5

Рисунок 1- Схема лемнискатного механизма

Координаты точек шарниров механизма можно определить аналитически по формулам:

Координаты шарнира А (рычаг r1):

Y1 = r1*sin (a1)

X1 = r1*cos (a1)

Координаты шарнира В (рычаг r2):

Y2 = r2*sin (a2)+Δ

X2 = r2*cos (a2)+t

Формулы введены в ячейки электронной таблицы, рис. 2, здесь же

вве­дены исходные данные размеры рычагов и величины L, а также величины углов наклона рычага а1, или просто а. Угол а2 в общем не равен углу а1, но зависит от него и размеров четырёхзвенника.

Очевидно, что связь этих параметров можно построить из уравнения выражающего величину квадрата L

L^{2 =} (Y2-Y1)^{2 +} (X2-X1)²

Это выражение насчитывается для 90 значений углов поворота рычага r1 в соответствии с введёнными таблицами. Точность расчета положений механизма можно резко увеличить если шаг расчета для углов уменьшить, например, до 0,1 градусов. Т.е. для 900 значений угла. Расчёт L²производится в программе VBA (меню «сервис – макрос»), см. текст макроса

Sub лемниската()

' макрос четырех

' записан 03.10.2015 ()

j = 10

k = 10

Рисунок 2- Таблица с параметрами лемнискатного механизма.

Рисунок 3 – Запись макроса

Рисунок 4 – Задание имени макроса

i = 10

For j = 10 To 85

For k = 10 To 85

lkv = (Cells(k, 7).Value - Cells(j, 5).Value) ^ 2 + (Cells(k, 8).Value - Cells(j, 6).Value) ^ 2

If (lkv >= 0.72) Then GoTo 10

GoTo 5

10 If (lkv = L²> = 0.83 (это принятая длина L²) отправляются в соответсвующий столбец К. Значение соответствующих углов наклона рычага r1 а1 рычага r2 а2 соответственно в столбцы L и K. Понятно, что задавая меньшие значения L² , например, 0.8 и 0.83 можно как угодно поднять точность вычислений (конечно и уменьшая шаг углов). Чем выше заданная точность, тем меньшее количесво значений удовлетворяющих условию будет найдено программой. Запуск макроса осуществляется кнопкой на рис.4. Заметим, что расчет L² с учётом того, что связь между углами ведётся для всех возможных комбинаций сочетаний а1 и а2, иначе говоря циклы операторов for организованны так? Что значению а1, например, 15 гр. Выбирается а2 15 гр., затем ему же 16 гр. Затем ему же 17 гр. И т.д. до 90 гр. После чего а1 придается значение 16 гр. , а значения а2 вновь повторяются от 15 до 90 гр. И т.д. пока не будут насчитаны все 90*90= 8100 значений, из которых и выбирается требуемое L² заносимое в столбец К .

Рисунок 5- Таблица с рассчитанными значениями L

1. Методика расчёта НДС с применением МКЭ

В КарГТУ использование МКЭ начато работами Векслера Ю.А. Тутанова С.К., Халманова Х.Д. и связано с решением задач для горной промышленности (1973 г.) Этот метод возник из строительной механики и теории упругости, как вариационно-разностный. Математическое обоснование МКЭ сводилось к теоретическому анализу сходимости и точности полученных Выяснилось что эти процессы зависят и от особенностей построения конечноэлементной сетки особенно при необходимости сравнения результов при изменении параметров. Представители же инженерного направления решают довольно сложные технические задачи, часто не задумываясь над строгим обоснованием применяемых ими приемов, а построенные алгоритмы и программы проверяют на известных точных решениях.

Существенный толчок в своем развитии МКЭ получил после того, как было доказано (1963 г.), что этот метод можно рассматривать как один из вариантов известного в строительной механике метода Рэлея – Ритца, который путем минимизации потенциальной энергии позволяет свести задачу к системе линейных уравнений равновесия.

Связь МКЭ с процедурой минимизации позволила широко использовать его при решении задач в других областях техники. Метод применялся к задачам, описываемым уравнениями Лапласа или Пуассона (например, электромагнитные поля). Решение этих уравнений также связано с минимизацией некоторого функционала. Известны решения с помощью этого метода задач распространения тепла, задач гидромеханики и, в частности задач о течении жидкости в пористой среде.

Область применения МКЭ существенно расширилась, когда было показано (1968 г.) что уравнения, определяющие элементы в задачах строительной механики, распространения тепла, гидромеханики, могут быть легко получены с помощью таких вариантов метода взвешенных невязок, как метод Галеркина или способ наименьших квадратов. Установление этого факта в теоретическом обосновании МКЭ, позволяло применять его при решении многих типов дифференциальных уравнений. Таким образом, МКЭ из численной процедуры решения задач строительной механики превратился в общий метод численного решения дифференциальных уравнений или систем дифференциальных уравнений.

Краткая сущность МКЭ. Основная идея метода конечных элементов состоит в том, что любую непрерывную величину (перемещение, температура, давление и т.п.) можно аппроксимировать моделью, состоящей из отдельных элементов (участков). На каждом из этих элементов исследуемая непрерывная величина аппроксимируется кусочно-непрерывной функцией, которая строится на значениях исследуемой непрерывной величины в конечном числе точек рассматриваемого элемента.

В общем случае непрерывная величина заранее неизвестна, и нежно определить значения этой величины в некоторых внутренних точках области. Дискретную модель, однако, очень легко построить, если сначала предположить, что известны значения этой величины в некоторых внутренних точках области (в дальнейшем эти точки мы назовем «узлами»). После этого можно перейти к общему случаю.

Чаще всего при построении дискретной модели непрерывной величины поступают следующим образом:

1. Область определения непрерывной величины разбивается на конечное подобластей, называемых элементами. Эти элементы имеют общие узловые точки и в совокупности аппроксимируют форму области.

2. В рассматриваемой области фиксируется конечное число точек. Эти точки называются узловыми точками или просто узлами.

3. Значение непрерывной величины в каждой узловой точке первоначально считается известным, однако необходимо помнить, что эти значения в действительности еще предстоит определить путем наложения на них дополнительных ограничений в зависимости от физической сущности задачи.

4. Используя значения исследуемой непрерывной величины в узловых точках и ту или иную аппроксимирующую функцию, определяют значения исследуемой величины внутри области.

В сплошной среде число связи точки бесконечно, и именно это составляет основную трудность получения численных решений в теории упругости. Понятие «конечных элементов» представляет собой попытку преодолеть эту трудность путем разбиения сплошного тела на отдельные элементы, взаимодействующие между собой только в узловых точках, в которых вводится фиктивные силы, эквивалентным поверхностным напряжениям, распределенным по границам элементов. Если такая идеализация допустима, то задача сводится к обычной задаче строительной механики, которая может быть решена численно.

3. Ansys и порядок расчёта НДС деталей машин

Порядок расчета НДС вначале представим для плоской схемы, а уже при расчете монорельса используем 3 d подход

Проектирование объекта производится с помощью пакета программы ANSYS, которая позволяет анализировать процесс напряженно-деформированного состояния детали на микро уровне. заметим, что ANSYS позволяет решать и задачи с движением, однако многие из них проще получаются при использовании пакета Adams

Расчетная схема детали

Рис.6

Решение задачи в уточненной нелинейной постановке с учетом упругопластического деформирования материала и контактного взаимодействия поверхностей. Данное решение нелинейной задачи осуществляется шагово-итерационном методом последовательных нагружений. Для уточнения решения в пакете программы ANSYS используется модифицированный метод Ньютона-Рафсона, в котором матрица тангенциальной жесткости обновляется в каждом шаге решения, но не меняется при выполнении равновесных итераций.

План работы в ANSYS

1. Построение расчетной схемы

2. Выбор типа элемента

3. Выбор типа решения

4. Выбор материала детали

5. Построение сетки

6. Назначение граничных условий

7. Приложение нагрузки к элементам детали

8. Решение

9. Просмотр деформационной картины

10. Просмотр картины напряжений

11. Определяем место предполагаемой трещины

В случае необходимости возможно назначение собственного веса деталей, а также сил инерции действующих на них . При этом используется меню

Gravity

При необходимости точных расчетов НДС требования в к построению сетки ужесточаются. Поэтому, вблизи зон к которым они предъявлены создаются виртуальные цилиндры и другие фигуры, линии, поверхности и объемы которых, по заданным алгоритмам можно, использовать для управления сеткой так, чтобы не искажался результат при исследовании тонких процессов. Применение виртуальных фигур кроме управления сеткой позволяют в этих же зонах сочетать управление точностью с моделированием процессов структурного изменения пород или угля. Можно также создавать вложенные цилиндры и параллелепипеды с внутренними цилиндрами - трубами. Это позволит создать густую конечно-элементную сеть и добиться устойчивых, повторяющихся результатов, при этом можно выявить напряжения и в зонах дисковых трещин, часто возникающих в горном массиве.

1. Шахтный монорельс

1.  

   1. Общая характеристикашахтного монорельса

Монорельс (рисунок 7,- 9) — разновидность рельсового транспорта. Хотя формально под выражением монорельс понимается железная дорога, в которой используется один несущий рельс, в отличие от обычной железной дороги, где их два, в существующей практике под монорельсом понимаются различные формы внедорожного транспорта, где рельса как такового может и не быть вообще. Как правило, монорельсом называется любая форма эстакадного транспорта, где подвеска выполнена нетрадиционным способом — то есть без двух несущих рельсов.

Рисунок 7. Шахтный монорельс

Монорельсовый путь состоит из вытянутых в одну нитку отрезков двутавровых балок или рельсов и соединённых между собой встык при помощи хомутов. Стыковые участки являются местами подвески монорельса ккрепивыработки или к специальным опорам. Тяговое усилие создаётся канатом (концевым или бесконечным) с приводом в виде лебёдки или малогабаритным локомотивом с двигателем инерционного типа или дизельным. Груз в контейнерах или пакетах на крюках подвешивается к раме тележки (или полуприцепа) или непосредственно к локомотиву. Максимальная грузоподъёмность монорельсовой дороги 12 т, дальность транспортирования до 2000 м, угол наклона выработки до ±25°, скорость транспортирования до 2 м/с. Безопасность эксплуатации монорельсовой дороги обеспечивается за счёт использования специальных монорельсовых стопоров, ловителей, парашютных и амортизационных систем.

Монорельс (однорельсовая железная дорога) — разновидность

Рисунок 8 – Вагон и тележка Камчатской монорельсовой дороги

рельсового транспорта. Хотя формально под выражением монорельс понимается железная дорога в которой используется один несущий рельс в отличие от обычной железной дороги где их два, в существующей практике под монорельсом понимаются различные формы внедорожного транспорта где рельса как такового может и не быть вообще.

Рисунок 9

Как следует из анализа для расчета монорельса, следует закрепить в двух зонах по краям. Допустимо в одной из них принять жесткое защемление , а в другой запретить перемещение по У

5. ВВЕДЕНИЕ В ANSYS

5.1 Основное назначение ANSYS

ANSYS — универсальная программная система конечно-элементного (МКЭ) анализа. Для задач геомеханики широко применяются программные пакеты на основе конечно-элементных методов, которые популярны из-за широкого класса возможных на их основе решений. Однако при проведении исследовательских работ необходимы гарантии корректности полученных результатов. В инженерных задачах, например, ansys-образные пакеты применяются для типовых схем машин или технологических процессов, где распределения, порядок, рассчитываемых параметров примерно известен, а также поставлены дополнительные методы их уточнения (на основе иных способов, включая и экспериментальные). В исследовательских задачах заранее неизвестны порядок возможных параметров, а иногда, если затрагиваются фундаментальные положения, то и сам их список. В этом случае применение неавторских программ, код, создания которых является закрытым возможно с ограничениями, при тщательном исследовании пакета на возможные некорректности и характерные программные сбои, при этом рекомендуется провести испытания разработанной программы как сложной системы [1-3], предполагающих поэтапный анализ цепочек процессов, а также результаты их воздействия друг на друга. При этом важным моментом испытания является нахождения аналогов процессов в других областях производства или науки. ANSYS - это гибкое, надежное средство проектирования и анализа. Она работает в среде операционных систем самых распространенных компьютеров - от РС до рабочих станций и суперкомпьютеров. Особенностью программы, в отличии от Adams является файловая совместимость всех членов семейства ANSYS для всех используемых платформ. Многоцелевая направленность программы (т.е. реализация в ней средств для описания отклика системы на воздействия различной физической природы) позволяет использовать одну и ту же модель для решения таких связанных задач, как прочность при тепловом нагружении, влияние магнитных полей на прочность конструкции, тепломассоперенос в электромагнитном поле. Модель, созданная на РС, обеспечивает всем пользователям программы удобные возможности для решения широкого круга инженерных задач.

Конечно-элементный анализ с помощью программы ANSYS может также помочь значительно уменьшить расходы на проектирование и изготовление, добавить уверенности разработчику в правильности принятых им решений. Конечно-элементный анализ наиболее эффективен на концептуальной стадии проекта. Он также полезен при верификации окончательного варианта разработки перед проведением испытаний образцов.

Анализ, который проводится с помощью программы ANSYS, состоит из трех стадий: препроцессорная подготовка, получение решения и постпроцессорная обработка. На стадии препроцессорной подготовки задаются необходимые для решения исходные данные. Пользователь выбирает координатные системы и типы конечных элементов, указывает упругие постоянные и физико-механические свойства материала, строит твердотельную модель и сетку конечных элементов, выполняет необходимые действия с узлами и элементами сетки, задает уравнения связи и ограничения. Можно также использовать модуль статистического учета для оценки ожидаемых размеров файлов и затрат ресурсов памяти.

Исходные данные, введенные при препроцессорной подготовке, становятся частью центральной базы данных программы. Эта база данных разделена на таблицы координатных систем, типов элементов, свойств материала, ключевых точек, узлов сетки, нагрузок и т.д. Как только в таблице появляются некоторые данные, на них становится возможным ссылаться по входному номеру таблицы. Например, могут быть определены несколько координатных систем, которые активизируются простой ссылкой на соответствующий номер системы (входной номер таблицы). Кроме того, существует набор команд управления базой данных, чтобы выделить некоторую ее часть для определенных операций. Выделение необходимых данных можно проводить по местоположению геометрических объектов, графическим примитивам твердой модели, типам конечных элементов, видам материалов, номерам узлов и элементов и т.п. Так, например, сложные граничные условия можно легко указать или изменить, используя геометрическое представление модели, а не номера узлов или элементов. Пользователь имеет возможность ввести обширную информацию, относящуюся к данной расчетной модели, но программа будет использовать только ту ее часть из базы данных, которая необходима для определенного вида анализа.

Еще одним удобным способом выбора данных является разделение модели на компоненты или слои, представляющие собой группы геометрических объектов, которые определены пользователем для ясности или логической организации процесса. Компоненты могут быть окрашены в разные цвета, чтобы выделить различные части сложной модели.

Программа ANSYS снабжена обширным набором средств для создания геометрической модели, что позволяет легко и быстро строить конечно-элементную модель реальной инженерной системы. Существуют три разных способа генерации модели: импорт модели, твердотельное моделирование и непосредственное создание модели. Каждый из методов обладает только ему присущими уникальными возможностями и преимуществами. Пользователь может выбрать любой из этих методов или использовать их комбинацию для построения расчетной модели.

После того как построена модель, ее конечно-элементный аналог (т.е. сетка узлов и элементов) может быть создана всего лишь одним обращением к меню программы. В программе ANSYS предусмотрено четыре способа генерации сетки: использование метода экструзии, создание упорядоченной сетки, создание произвольной сетки (автоматически) и адаптивное построение.

Программа ANSYS делает возможным быстрое и удобное построение сетки высокого качества для CAD-моделей. При этом используются многочисленные средства управления качеством сетки.

Программа ANSYS предоставляет в распоряжение пользователя надежные генераторы произвольной сетки, с помощью которых она может наноситься непосредственно на модель достаточно сложной геометрии - без необходимости строить сетку для отдельных частей и затем собирать их в единую модель. Произвольную сетку можно строить из треугольных, четырехугольных и четырехгранных элементов. Генераторы произвольной сетки имеют в наличии основной и дополнительный построители, что повышает гибкость выбора для пользователя и вероятность получения сетки удовлетворительного качества.

Пользователь получает результаты анализа на стадии решения, после того как в процессе препроцессорной подготовки построена расчетная модель. Эта фаза применения программы ANSYS состоит в задании вида анализа и его опций, нагрузок и шага решения и заканчивается запуском на счет конечно-элементной задачи.

Каждая категория расчетов включает несколько их отдельных типов, как например, статический и динамический типы прочностных расчетов. Выбором опций можно дополнительно определить особенности проводимого анализа.

Заданные нагрузки и ограничения определяют граничные условия для расчетной модели. К нагрузкам относятся ограничения степеней свободы, сосредоточенные, распределенные, объемные и инерционные усилия. Конкретный вид нагрузок зависит от вида проводимого анализа (например, приложенная в точке нагрузка может быть сосредоточенной силой при прочностном анализе или тепловым потоком при расчете теплопередачи).

После того как все соответствующие параметры заданы, может быть выполнено и само решение. Пользователь поручает программе решить определяющие уравнения и получить результаты для выбранного вида анализа. В вычислительном отношении это самая интенсивная часть анализа, не нуждающаяся, однако, во вмешательстве пользователя. Она требует самых значительных затрат компьютерного времени и минимальных затрат времени пользователя.

1.  

   1. Организация программы ANSYS

Для удобства пользования ANSYS имеет графический интерфейс пользователя (ГИП), предоставляющий быстрый доступ к различным функциям, командам, а также к обширной HELP – системе.

Работа программы ANSYS организована в два уровня:

- начальный уровень (Beginlevel);

- процессорный уровень.

Работа программы ANSYS начинается с начального уровня (Beginlevel). На этом уровне доступны команды работы с файлами (сохранение, удаление, переименование и т.д.).

На процессорном уровне доступны несколько процессоров. Каждый процессор предоставляет доступ к различным функциям и командам. Список наиболее часто используемых процессоров и задач, с помощью них решаемых, приведен в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Описание основных команд Ansys

Процессор		Функция		Путь в ГИП		Команда
PREP7		Построение геометрической модели объекта, задание реологических свойств и краевых условий.		MainMenu> Preprocessor		/PREP7
SOLUTION		Задание краевых условий, выбор решателя, спецификация решателя, решение.		MainMenu> Solution		/SOLUTION
POST1		Обзор результатов решения для стационарного случая или по шагам нагрузки или времени. Средства вывода в файл. Графическая визуализация. Анимация.		MainMenu> GeneralPostproc		/POST1
POST26	Обзор результатов решения в виде графиков результат – шаг нагрузки или результат – время.		MainMenu> TimeHistPostpro		/POST26

Работать с программой ANSYS можно с помощью как графического интерфейса пользователя (ГИП) – интерактивный режим, так и с помощью команд – командный режим.

5.3. Командный режим в ANSYS

Каждое действие, производимое с помощью ГИП, можно выполнить с помощью команды, вводя ее в окно меню ANSYS Input. Все эти команды отражаются в LOG-файле. ANSYS содержит около 1000 команд, используемых для различных целей. С помощью этих команд можно запрограммировать необходимые для анализа действия. Исполнить программу можно по пути в меню UtilityMenu>File>ReadInputfrom.

Нами будет использован подход на основе написания командного текстового файла в который будут при необходимости вводится строки из LOG-файла, сохраняемого при исползовании меню [7- 16].

Для написания программы в ANSYS используются следующие правила:

1. В каждой строке должен быть один оператор.

2. Допускается применение в одной строке нескольких операторов, при этом их необходимо разделять знаком $. (Хотя это делать не рекомендуется из-за плохой читаемости программы.)

3. Максимальное число знаков в строке, включая пробелы и разделители $, не должно превышать 130.

4. В ANSYS отсутствует типизация переменных, в связи с этим не требуется описание типов переменных. Все переменные, организуемые пользователем, воспринимаются как действительные.

5. Специфицированные в ANSYS переменные распознаются автоматически. Так, например, если при задании целой переменной (например, число слоев в пакете пластин и др.) задать действительное число, то программа округлит это число до ближайшего целого. Для таких переменных пределы используемых чисел: 0-9999999. Если будет задано не числовое значение, то возникнет ошибка. Если не будет задано ничего, то ANSYS присвоит значение 0.

6. Для задания действительных чисел используется десятичная точка. Для чисел в экспоненциальной форме можно применять формы записи с E и D. Например, число 25000 может быть записано в форме 25E3 или 25D3.

7. Допустимые пределы изменения переменной: от ±10^-60 до ±10⁶⁰.

8. Для имен переменных используются латинские буквы, при этом в именах не допускаются символы: ! @ # $ % & ^ * ( ) _ - + = | { } [ ] “ ‘ / ~

9. Комментарии в командной строке записываются, используя !.

5.4. Определение единиц измерения

Поскольку в расчетах по умолчанию используется британская система мер, то для перехода к системе единиц СИ необходимо задать команду /UNITS. Данная команда недоступна из ГИП и должна непосредственно вводиться в командное окно: /UNITS, SI. Стоит отметить, что во многих задачах это делать не обязательно.

1. Проектирование и расчет элементов шахтного монорельса

6.1 Шахтный монорельс

Для расчета нагрузок возникающих на элементах шахтного монорельса используется пакет Ansys.

Для этого в командную строку вставляется блок команд для решения 3D задач. Так же вводиться команды /prep7 (вход в препроцессор), /unit,si( система СИ), команды для выбора материала, модуля упругости и коэффициента Пуассона.

При моделировании используются построение точек, соединение их линиями и построение площадей из этих линий. Также учитывается гравитация.

6.2 Блок команд

//NOPR !выбор объемного решения

/PMETH,OFF,0

KEYW,PR_SET,1

KEYW,PR_STRUC,1

KEYW,PR_THERM,0

KEYW,PR_FLUID,0

KEYW,PR_ELMAG,0

KEYW,MAGNOD,0

KEYW,MAGEDG,0

KEYW,MAGHFE,0

KEYW,MAGELC,0

KEYW,PR_MULTI,0

KEYW,PR_CFD,0

/GO

/PREP7 ! Вход в препроцессор

ET,1,SOLID92!Выбор материала

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,1,,2e11 ! Модуль упругости

MPDATA,PRXY,1,,0.3 !Коэффициент Пуассона

/UNITS,SI !Решаем в системе СИ

k,1,0,0,! Построение точек

k,2,0,0.015,

k,3,0,0.285,

k,4,0,0.3,

k,5,0.15,0.3,

k,6,0.135,0.285,

k,7,0.015,0,

k,8,0.135,0.015,

lstr,1,2 ! Построение линий по точкам

lstr,2,8

lstr,8,6

lstr,6,3

lstr,3,4

lstr,4,5

!lstr,5,7

lstr,7,1

k,9,0.3,0,! Построение точек

k,10,0.3,0.015,

k,11,0.165,0.015,

k,12,0.165,0.285,

k,13,0.3,0.285,

k,14,0.3,0.3,

lstr,1,2 ! Построение линий по точкам

lstr,2,8

lstr,8,6

lstr,6,3

lstr,3,4

lstr,4,5

!lstr,5,7

lstr,7,1

lstr,7,9 ! Построение линий по точкам

lstr,9,10

lstr,10,11

lstr,11,12

lstr,12,13

lstr,13,14

lstr,14,5

al,all!Сделать площадь из линий

FLST,2,1,5,ORDE,1

FITEM,2,1

VEXT,P51X, , ,0,0,10,,,,

Vmesh,all

FINISH

/SOL

EQSLV,PCG,1E-8

FLST,2,1,5,ORDE,1

FITEM,2,2

/GO

DA,P51X,ALL,

FLST,2,1,5,ORDE,1

FITEM,2,1

/GO

DA,P51X,ALL,

FLST,2,2,1,ORDE,2

FITEM,2,1417

FITEM,2,1515

/GO

F,P51X,FY,-6500 !Нагрузкаотколёс

ACEL,0,9.8,0, !Гравитация

solve

1.  

   1. Входные данные проекта

Входные данные:
lм, м	10
lв, м	6
l1, м	2
l2 , м	2
G, Н	13000
P, Н	3250
Размеры двутавра, мм:
а	300
	15
c	30
d	300

 

d

c

a

G

l₂

l₁

l_м

l_в

 

Рисунок 10- Исходные данные

1.  

   1. Проектирование модели в ANSYS

1. Вводим в командную строку из блока команд до команды «vmesh, all»включительно. На рисунках 11 - 12 построение модели, 13-14 - ввод граничных условий, 15 - ввод гравитации, 16 -20 - решение и НДС

Рисунок 11

1. Для достижения максимальной точности решения в меню Solution > Analysis Type> Sol’n Controls > Sol’n Options указываем Pre Condition CG

Рисунок 12

1. ЗакрепляеммодельSolution> Define Loads > Apply > Structural> Displacement > On Areas

Рисунок 13

1. Прикладываемсилу -6500 Main Menu > Preprocessor > Loads > Define Loads > Apply > Structural >Force/moment>On Nodes

Рисунок 14

1. Вводим гравитацию поосиYMain Menu > Preprocessor > Loads > Define Loads > Apply > Structural >Inertia>Gravity> Global

Рисунок 15

1. Командой «solve», переходим к решению задачи

Рисунок 16

1. Просмотр деформированного состояния конструкции GeneralPostproc>PlotResults>DeformedShape

Рисунок 17

1. ПросмотрнапряженийσY General Postproc >Plot Results >Contour Plot >Nodal Solu

Рисунок 18

1. ПросмотрнапряженийσX General Postproc >Plot Results >Contour Plot >Nodal Solu

Рисунок 19

1. Просмотр графика напряжений σXи σY

Рисунок 19

Рисунок 20

Из графика видно, что максимальная σX = 498·10⁴Па, σY = 186·10⁴Па. При пределе прочности для стали 10 = 330·10⁵Па разрушение не достигается.

Для динамических систем коэффициент запаса прочности от 3-х и более.

Заключение

Проведен анализ аналитических и экспериментально аналитических методов исследования расчета конструкций аналогичных монорельсов, которые показали принципиальную возможность расчета параметров разрушения на основе таких схем и возможности дальнейшего уточнения решений.

Для прочностного анализа в САПР используются конечно элементные технологии, например: на основе пакетов SolidWorks, Ansys. Метод конечных элементов позволяет рассчитывать конструкции практически любой сложности, и как показал анализ вполне приемлем для расчета напряженно деформированного состояния конструкций.

Показана принципиальная возможность создания твердотельных моделей монорльсов на основе конечно-элементных технологий с применением пакета Ansys.

При транспортировке кабины по монорельсу в системе возникает изгиб с кручением. Полученный коэффициент запаса прочности обеспечивает безопасную работу монорельса в шахтных условиях при наличии динамических нагрузок. Предел прочности стали 10 позволяет не использовать коэффициент запаса прочности.

Список используемой литературы

1. Бейсембаев К.М., Шащянова М.Б. Основы системного анализа в базах данных.Караганды, Болашак-Баспа, 2008, 208 с.

2. Бейсембаев К.М., Дёмин В.Ф., Жетесов С.С., Малыбаев Н.С., Шманов М.Н Практические и исследовательские аспекты разработки горных машин в 3 d монография. Караганда, 2012, изд-во КарГТУ, 135с.

3. Конюхов А.В. Основы анализа конструкций в ANSYS / Казанский государственный университет, Казань 2001, Электронные материалы

4. Кудинов В.А., Карташов Э.М. Гидравлика / Москва, «Высшая школа», 2007, 199с.

5. Коршак А.А. Шаммазов А.М. основы нефтегазового дела /ДизайнПолиграфСервис, Уфа 2005, 527 с.

6. Кудинов В.А., Карташов Э.М. Гидравлика / Москва, «Высшая школа», 2007, 199с.

7. Кудинов В.А., Карташов Э.М. Гидравлика / Москва, «Высшая школа», 2007, 199с.

8. Шманов М.Н., Бейсембаев К.М. Состояние и эксплуатация нефтегазовых залежей. // Караганда: Изд-во КарГТУ, 2010. – 165 с.

9. Дёмин В.Ф., Бейсембаев К.М., Тутанов С.К., Мельник В.В. и др.Теория и практика управления геомеханическими процессами в породах вокруг выработок с анкерными средствами крепления Караганда, 2013, изд-во КарГТУ, 135с., монография, 302 с.

10. Поляков К.А. Создание виртуальных моделей в пакете прикладных программ ADAMS , учебное пособие, Самара 2003, электронный вариант

11. Норенков И.П., Маничев В.Б. Основы теории и проектирования САПР. Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. - 336 c.: ил..

12. Кондаков А.И. САПР технологических процессов. – М.: М.: Издательский центр «Академия»,2007. – 272с

13. М.В. Головицына Основы САПР, INTUIN.ru, ISBN: 978-5-94774-847-5, Электронный учебник

14. Ли К. Основы САПР (CAD/CAM/CAE). – СПб.: Питер, 2004. – 560 с.

15. Нургужин М.Р., Даненова Г. Т. Инженерные расчёты в ANSYS: сборник примеров, Караганда 2006 319 с.

16. Пивень Г.Г., Климов Ю.И. Имитационное моделирование гидромеханических систем (математические модели): учеб.пособие / КарГТУ. – Караганда, 2004. – 106 с.

 

Код для цитирования: Скопировать