Блог

ANSYS: Влияние различных моделей опор на динамический отклик конструкции

Рейтинг:  5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

ANSYS: Влияние различных моделей опор на динамический отклик конструкции

При проведении динамических расчётов колебаний закрепленных конструкций большое влияние на результаты расчёта оказывают заданные на опорах граничные условия. В этой статье я постараюсь на наглядном примере продемонстрировать, к каким результатам приводят различные методики моделирования болтового соединения конструкции с основанием.

Перед проведением натурных испытаний инженеры зачатую используют конечноэлементное моделирование для того, чтобы предсказать поведение конструкции, выполнить её оптимизацию согласно заданным критериям и, в конечном итоге, с первого раза добиться положительного результата на натурных испытаниях, исключив возможные доработки. Точность таких расчётов и степень их соответствия реальным испытаниям может быть существенно улучшена за счёт применения точных моделей. Особенно важной является модель соединения опорного элемента конструкции с основанием.

ANSYS Показана типовая установка для проведения вибрационных испытаний конструкции

На рисунке подписан один из опорных узлов (“foot support”). В большинстве случаев, при проведении конечноэлементного расчёта конструкцию стола испытательной машины можно с достаточной точностью считать абсолютно жесткой.

Рассмотрим влияние различных моделей соединения стола с конструкцией на примере расчёта показанной на рисунке 2 модели рамы центрифуги. В качестве нагрузок использованы нагрузки, подобные прикладываемым в динамических испытаниях с начальным возбуждением при различных частотах (dwell sweep test). Для получения максимального напряжения по результатам расчёта гармонического отклика в заданном диапазоне частот использована методика, описанная в данной статье.

ANSYS Геометрическая модель рамы центрифуги и спектр поперечного ускорения

Рассмотрим три различных граничных условия, по-разному моделирующих жесткость соединения: два из них будут соответствовать крайним случаям, а третий представляет собой наиболее точный вариант – модель болтового соединения с учётом предварительной затяжки.

Наиболее простым методом моделирования опор является жесткое закрепление всех поверхностей, по которым конструкция контактирует со столом. Однако, такая модель обычно приводит к расчёту не в запас. Закрепление только болта, напротив, может привести к расчету сильно в запас. В ситуации, когда различие между максимальными напряжениями для этих двух крайних случаев является существенным, оправданным является использование более точной модели. Моделирование соединения с учётом предварительной затяжки и контактного взаимодействия болта с сопрягаемыми поверхностями обеспечивает наибольшую достоверности результатов: путей передачи нагрузки между опорой и плитой основания, значений собственных частот и соответствующих напряжений в гармонических расчётах. На рисунке 3 показаны все три варианта граничных условий, описанных выше: закрепление только болта, закрепление всей поверхности основания и моделирование болта с учётом предварительной затяжки. В последнем случае перед выполнением динамического расчёта проводится предварительный статический расчёт, в рамках которого определяется начальный статус контактирующих поверхностей. На рисунке 4 показан рассчитанный таким образом статус контакта (контакт без проскальзывания / контакт с проскальзыванием / зазор), а также распределение контактных давлений. Полученное напряженно-деформированное состояние модели используется в качестве начальных условий в расчёте собственных форм и частот, а также в гармоническом расчёте.

ANSYS Три различных граничных условия для закрепления опоры корпуса к столу испытательной машины

ANSYS Статус контакта и распределение контактных давлений в расчёте предварительной затяжки болтов (давления приведены в psi – фунтах на квадратный дюйм)

Для трёх вариантов модели проведен гармонический расчёт с разложением по собственным формам (mode-superposition harmonic analysis). Был принят коэффициент демпфирования 2,5%. В качестве нагрузки были заданы ускорения, реализующиеся при испытаниях c начальным возбуждением (dwell test). Для расчёта модели с предварительной затяжкой болта исходное напряженно-деформированное состояние было учтено в расчёте собственных форм и частот колебаний в виде линейного возмущения (linear perturbation).

Для повышения эффективности использования счётных ресурсов и получения более точных результатов на резонансных частотах в гармоническом анализе использовался приём концентрации частот у резонансных значений (mode cluster). Полученные спектры максимальных перемещений и напряжений представлены на рисунках 5 и 6. В резонансной зоне спектры для различных моделей существенно отличаются (как по частоте резонанса, так и по амплитуде колебаний). Для рассматриваемой модели максимальное напряжение на скруглении в опасной зоне различается приблизительно на порядок. Таким образом, использование более точной модели и учёт напряженно-деформированного состояния, возникающего от предварительной затяжки, является целиком оправданным.

ANSYS Спектр поперечных перемещений (нагрузка задана в виде спектра поперечного ускорения и моделирует проведение испытаний при различных частотах – frequency sweep test)

ANSYS Спектр максимального напряжения, напряжения даны в psi (нагрузка задана в виде спектра поперечного ускорения и моделирует проведение испытаний при различных частотах – frequency sweep test)

Источник: https://caeai.com/blog/how-sensitive-are-your-feet-vibration
Автор: Peter Barrett

Понравился материал? Подпишитесь, чтобы быть в курсе событий

Facebook

Linkedin

Софт Инжиниринг Групп