instr do wałka 241008.doc

Instrukcja do zadania typu WAŁEK – model belkowy z systemem ALGOR

Treść zadania:

Przyjmując dane z rys.1  wykonać model belkowy wałka.

Wykonany model z określonymi warunkami brzegowymi poddać analizie metodą elementów skończonych w systemie ALGOR.

Rys.1 Reduktor

Przyjęto następujące dane:

-          Moc N=4kW

-          Obroty wałka napędzającego n1=3600 obr/min

-          Obroty wałka napędzanego n2=12414 obr/min

-          Przełożenie u=2,9

-          Moment obrotowy na wale napędzającym T1=103,4 Nm

-          Moment obrotowy na wale napędzanym T2=300 Nm

-          Średnica podziałowa koła napędowego d1= 82mm

-          Przekładnia walcowa z zębami skośnymi:

                 - Kąt pochylenia linii zęba b=12°

                 - Kąt  zarysu f=20°

Rozwiązanie:

Jak większość tego typu programów komputerowych tak i system ALGOR umożliwia osiągnięcie rozwiązania problemu-zadania w sposób wielotorowy. Poniżej zostanie przedstawiona-opisana jedna z wielu dróg.

Poniższy opis dotyczy systemu ALGOR v22 z interfejsem w języku angielskim.

Po utworzeniu podkatalogu w katalogu DYDAKTYKA na dysku D, w którym będzie zapisywany nowy projekt (ważne: nazwa podkatalogu: max.8 liter z alfabetu angielskiego bez znaków specjalnych typu:_,-,/,@,”SPACJA” ,~,itp.), uruchamiamy system Algor:

START®PROGRAMY®ALGORv22®FEMPRO

Rys.2 Okno dialogowe kreatora FEA Model

Pojawia się okno dialogowe jak na rys.2, w którym deklarujemy utworzenie nowego <New> typu modelu <FEA Model> oraz pozostawienie bez zmian rodzaju analizy
<Static Stress with Linear Material Models> (analiza statyczna).

Zatwierdzenie tych ustawień przyciskiem <NEW> powoduje wyświetlenie okna dialogowego jak na rys.3.

Rys.3 Okno dialogowe ustalania miejsca zapisu i nazwy FEA Model 

W oknie tym określamy miejsce zapisu na dysku oraz nazwę projektu (ważne: podobnie jak przy nazwie podkatalogu należy ograniczyć się do 8 znaków z alfabetu angielskiego
bez używania znaków specjalnych).

Zatwierdzenie podanej nazwy pliku <Zapisz> powoduje uruchomienie programu FEMPRO w zakładce FEA-editor (rys.4):

Rys.4 FEA-editor

Preprocesor FEA-editor jest łatwym w użytkowaniu programem umożliwiającym nie tylko budowę modelu od podstaw lecz także daje możliwość zaimportowania obiektów z innych programów typu CAD np.SolidWorks, AutoCad itp.

Edytor umożliwia budowę dowolnie złożonych figur płaskich i brył w oparciu o podstawowe elementy konstrukcyjne typu: punkt, odcinek, prostokąt, okrąg. Edytor ma wbudowane narzędzia specyficzne dla systemów MES np. komenda umożliwiająca przemieszczenie węzła(ów) siatki elementów skończonych, określenie typu elementu skończonego zastosowanego w obliczeniach MES, przyporządkowanie mu określonego materiału, definicji jednostek, wbudowane generatory siatek, itp.

KROK 1 – ustawienia początkowe – określić/sprawdzić jednostkę rysunkową mm i  jednostkę siły N rys.5:

Rys.5 Ustalenie jednostek

KROK 2 – rysowanie modelu dyskretnego wału z wykorzystaniem belkowych elementów skończonych

Opis:

Przedstawiony na rys.1 wybrany wałek jest stopniowy.

Dlatego przyporządkowanie cech rysunkowych i podział wałka ustalono jak na rys.9.

Przyjęty podział podyktowany jest zróżnicowaniem pola przekroju poszczególnych odcinków wałka.

Mając w systemie Algor  możliwość przypisania do każdego obiektu rysunkowego trzech różnych cech  przyjęto zasadę:

1.       Gdy w modelu mamy więcej niż jeden materiał stosujemy zróżnicowanie parametrem PART np. przypisując do wszystkich obiektów rysunkowych reprezentujących elementy metalowe cechę rysunkową  P=1 a dla pozostałych wykonanych np. z drewna – cechę P=2. (w naszym przypadku: wałek jednorodny dlatego wszystkie obiekty rysunkowe mogą mieć cechę Part tą samą =1)

2.       Zróżnicowanie średnic (pola przekroju) dla belkowych elementów skończonych następuje poprzez zróżnicowanie parametrem Layer.

3.       Cecha Surface w przypadku belkowych elementów skończonych może pozostać ta sama czyli domyślnie Surface=1

Rys.6 Przyporządkowanie cech rysunkowych do ustalonego podziału wałka

Przyjęte z rys.1 wymiary poszczególnych części wałka przedstawiono na rys.7

Rys.7 Długości poszczególnych części wałka

Wykonanie:

Przyjmując za punkt wyjścia punkt o współrzędnych (0,0,0) rysujemy poszczególne części wałka odcinkami.

W tym celu wybieramy narzędzie Line (rys.8) (uwaga: proszę pamiętać o odznaczeniu traktowania rysowanej linii jako obiektu tylko konstrukcyjnego) i zatwierdzamy współrzędne początku rysowania klawiszem <ENTER> rys.9.

Rys.9 Zatwierdzenie współrzędnych punktu z jednoczesną deaktywacją traktowania linii jako obiektów tylko konstrukcyjnych

Zalecane jest rysowanie linii poprzez podanie przyrostu poszczególnych współrzędnych. Również w tym przypadku posługujemy się tą metodą a mianowicie: zaznaczamy  <Use Relation> (rys.9). W tym momencie współrzędne X..Y..Z.. z rys.9 zastąpione zostają przyrostami jak na rys.10.

Rys.10 Włączone przyrosty

Na potrzeby rysowania odcinków wpisujemy przyrosty zgodnie z rys.7. czyli:

-          DX=54 zatwierdzamy z klawiatury klawiszem <ENTER>;

-          DX=4 <ENTER>;

-          DX=45<ENTER>;

-          DX=17<ENTER;

-          DX=8<ENTER>;

-          DX=4<ENTER>;

-          DX=48<ENTER>;

-          DX=28<ENTER>.

Następnie przerywamy rysowanie dalszych odcinków naciskając klawisz klawiatury <ESC>. Zamykamy również okno dialogowe rysowania lini.

Na koniec wybieramy polecenie Enclose wyświetlające wszystkie obiekty rysunkowe w oknie edytora (działanie tego polecenia w innych programach typu CAD podobne jest do polecenia ZOOM ALL) rys.11.

Rys.11 Wywołanie polecenia Enclose

Po wydaniu polecenia Enclose, w celu wizualizacji końców odcinków poprzez znacznik X należy wydać polecenie z menu głównego jak na rys.12.

Rys.12. Wydanie polecenia oznaczenia końców lini poprzez X

Po zaznaczeniu w oknie dialogowym wyświetlania końca odcinka poprzez znacznik X otrzymujemy widok jak na rys.13.

Rys.13 Widok ekranu edytora po poleceniu Enclose i przy wyświetlonych znacznikach X obiektów rysunkowych

Proszę pamiętać o  częstym wykonywaniu zapisu:

File ® Save

KROK 3 – przypisanie cech rysunkowych do poszczególnych odcinków wałka a następnie ich podział.

Opis:

Chcąc zróżnicować średnice (przekroje poprzeczne) poszczególnych odcinków wałka należy przypisać różne cechy rysunkowe wg rys.6. Zróżnicowanie polega na przypisaniu cechy Layer o różnych numerach dla różnych odcinków modelu wałka (pozostałe cechy Surface i Part pozostawiamy bez zmian).

Wykonanie:

Odcinek 1 od lewej z rys.13 – cechy S=1,L=1,P=1 pozostawiamy bez zmian.

Zaznaczenie odcinka 2 (od lewej strony z rys.13)

Wybieramy narzędzie do selekcji i rodzaj zaznaczanych elementów rysunkowych:

Selection ® Shape ® (wybór narzędzia do selekcji rys.14a, do wyboru:

-          poprzez wskazanie bezpośrednie węzła Point,

-          zaznaczenie w obszarze prostokątnym Rectangle,

-          zaznaczenie w obszarze zdefiniowanym polilinią Polyline,

-          zaznaczenie w obszarze zdefiniowanym poprzez okrąg Circle).

Selection ® Select ® (rodzaj zaznaczanych elementów rysunkowych rys.14b,
do wyboru:

-          części Parts,

-          powierzchnie Surfaces,

-          krawędzie Edges,

-          linie  Lines,

-          wierzchołki Vertices.

Następnie kursor ustawiamy na linii którą chcemy zaznaczyć i <LPM> a następnie <PPM> i wybieramy Modify Attributies (rys.15):

Rys.15.Zaznaczenie i modyfikacja cech rysunkowych

Z wyświetlonego okna dialogowego wybieramy numer 2.

Cechy Layer odpowiednio przypisując numery 3,4,5,6,8,9 (numer 7 pomijamy z uwagi
na przypisany kolor biały do tego numeru – słaba widoczność), przyporządkowujemy do kolejnych odcinków modelu wałka w sposób opisany wyżej.

Rys.16 Widok modelu po zmianie cech rysunkowych

Opis:

Ponieważ część obciążeń będzie miała charakter ciągły a punkty podparcia umieszczone będą w połowie części modelu o cechach rysunkowych Layer nr.4 i 9, dlatego należy wykonać podział poszczególnych części wałka wg następujących ustaleń (patrząc na rys.16
z lewej strony):

- odcinek 1 – dzielenie na 10 odcinków;

- odcinek 2 – bez podziału;

- odcinek 3 – bez podziału;

- odcinek 4 – dzielenie na 2 odcinki, w połowie odcinków zdefiniowane będą podpory;

- odcinek 5 – bez podziału;

- odcinek 6 – bez podziału;

- odcinek 7 – dzielenie na 10 odcinków;

- odcinek 8 – dzielenie na 2 odcinki, w połowie odcinków zdefiniowane będą podpory.

Wykonanie:

Zaznaczenie odcinka 1 (selekcja jak na rys.14a i 14b). Następnie podział na 10 części jak na rys.17.

Rys.17 Podział odcinka nr1 na 10 części

Po wykonaniu podziału także odcinków 4,7 i 8 widok ekranu jak na rys.18.

Rys.18 Widok ekranu po podziale i przypisanych cechach rysunkowych

KROK 4 – wprowadzanie danych dotyczących typu elementów skończonych, materiału 

Dla Part 1 odpowiednio:

-            typ elementu skończonego: Beam (belkowy) – ustawiamy kursor na <Element Type> i wykorzystujemy PPM.

Rys.19. Wybór typu elementu skończonego

-            materiał – ustawiamy kursor na <Material> i wykorzystujemy PPM.

Rys.20. Zdefiniowanie własności materiału

Nasz materiał to stal:4130(rys. 21a). Gdy chcemy przeprowadzić edycję własności tj.: masy, modułu Younga, liczby Poissona, umownej granicy plastyczności ...