_Неделя 6_

Результаты работы по шестой неделе

Построен каркас дирижабля и приложено частично внутреннее давление
- Конструкция каркаса жестко закреплена в задней части
- Материал: ПВХ
- Размеры: Продольные прутья 8мм, поперечные - 6мм.
- Конструкция частично под внутренним единичным давлением

[Только администраторы имеют право видеть это изображение]

На четверг 18.10.12 будет приложена внешняя и внутренняя нагрузка на каркас и оболочку дирижабля в программе Solid Works.


С уважением Брагин Александр.

КЭ разбиение обшивки и закрепление:

[Только администраторы имеют право видеть это изображение]

Обшивка под внутренним давлением 1Па:

[Только администраторы имеют право видеть это изображение]

Обшивка под внутренним давлением 100Па:

[Только администраторы имеют право видеть это изображение]

Материал задавался через линейные свойства(правильно ли это? ): каучук природный. Модуль упругости 10000 Н/м^2; массовая плотность 960 кг/м^3;
кэффициент Пуассона 0,45 (не применимо). КЭ- SHELL189.

Макрос:

Finish
/Clear,Start

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
! Геометрические размеры оболочки дирижабля

l1=1.2 !длина одной части

r1=0.2 !радиус задней части
r2=0.6 !радиус внутренней и передней части
!r3=? !радиус скругления кормы

t=0.0015 !толщина оболочки

d=0.005 !условный отступ от оси X

alfa=180 !радиальный угол поворота

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

! Построение геометрии обшивки

! Определение координат точек

x1=0 $ z1=d
x2=r1 $ z2=d
x3=r2 $ z3=d+l1
x4=r2 $ z4=d+3*l1
x5=0 $ z5=d+3*l1

! Создание геометрии

/prep7
*do,i,1,5,1
k,i,x%i%,0,z%i%
*enddo

*do,i,1,4,1
l,kp(x%i%,0,z%i%),kp(x%i+1%,0,z%i+1%)
*enddo

! Создание поверхности обшивки

AROTAT,1,2,3,4 , , , ,5,alfa, ,

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
! Задание характеристик материала и КЭ

KEYW,PR_SET,1
KEYW,PR_STRUC,1 !задание типа расчета

MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,DENS,1,,960
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,1e4
MPDATA,PRXY,1,,0.45

!Выбор КЭ
!Задание констант

ET,1,SHELL181
R,1,t, , , , , ,
RMORE, , , , , , ,

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
! Разбиение на КЭ - свободная сетка

FLST,5,8,5,ORDE,2
FITEM,5,1
FITEM,5,-8
CM,_Y,AREA
ASEL, , , ,P51X
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA'
CMSEL,S,_Y
!*
AMESH,_Y1
!*
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
! Граничные условия

GPLOT
FLST,2,4,4,ORDE,4
FITEM,2,13
FITEM,2,15
FITEM,2,-16
FITEM,2,18
!*
/GO
DL,P51X, ,ALL,

Как правильно в ansys задать материал ПЕРКАЛЬ? И скруглить переднюю часть оболочки?

Это теория по контактным задачам.
Выполнение контактного анализа “поверхность-поверхность” в ПК ANSYS

Контактные задачи делятся на два основных класса: жестко-податливые (rigid-to-flexible) и податливо-податливые (flexible-to-flexible) контакт. В жестко-податливых контактных задачах одна или несколько контактирующих поверхностей трактуются как жесткие (то есть ее жесткость много больше жесткости контактирующего с ней деформируемого тела). Вообще, при любых случаях контактного взаимодействия мягкого и твердого и твердого материалов задача может рассматриваться как жестко-податливая. Другой класс, податливо-податливого контакта, встречается более часть. В этом случае оба (или все) контактирующие тела деформируются (то есть, имеют сравнимую жесткость).
В ANSYS для решения контактных задач используются специаль¬ные элементы и множество опций. Как правило, задача не требует пере¬определения значений параметров, которые выставляются "по умолча¬нию", кроме коэффициента трения. Отме¬тим, что значения опций не оказывают никакого влияния на последова¬тельность и ход решения задачи:
1. Создание геометрической модели и разбиения.
2. Определение контактных пар.
3. Назначение контактной поверхности и поверхности внедрения.
4. Создание контактных пар на указанных поверхностях.
5. Определение опций и действительных констант для элементов (для контактных элементов это необходимо, когда они определяются пользователем вручную, что выходит за рамки данной книги).
6. Наложение ограничений на перемещения взаимодействующих деталей и приложение нагрузок к ним.
7. Решение контактной задачи.
8. Просмотр результатов.
Остановимся на способе решения контакт¬ных задач – использование контактного анализа типа "по¬верхность-поверхность" (использовавшийся при решении задачи). Отметим, однако, что ANSYS позволяет ис¬пользовать также контактный анализ типа "узел-поверхность" и "узел-узел".
Контактный анализ "поверхность-поверхность" используется как для модели контакта жесткой и деформируемой по¬верхности, так и для решения контактной задачи для двух деформируе¬мых поверхностей. Создать контактные пары можно с помощью средств графического интерфейса

Маin Меnu > Рrерroсеssоr >Modeling >Сrеatе > Contact Pair


Назначение поверхности внедрения и податливой поверхности

Для контакта жесткой поверхности с деформируемой: поверхность внедрения всегда жесткая, а контактная поверхность всегда деформируе¬мая. Для контакта деформируемого тела с деформируемым, неверный выбор соответствия поверхностей может повлечь потерю точности при определении внедрения и, следовательно, точности решения задачи. Су¬ществуют следующие правила определения поверхностей:
1.Если выпуклая поверхность будет внедряться в плоскую или во¬гнутую поверхность, то последняя должна быть выбрана в качестве по¬верхности внедрения.
2. Если одна поверхность имеет мелкое разбиение, а вторая - гру¬бое, то вторая должна быть назначена поверхностью внедрения.
3. Более жесткая поверхность должна быть поверхностью внедрения.
4. Если одна из поверхностей значительно больше другой, то она должна быть поверхностью внедрения.
{Target - поверхность внедрения, Contact - податливая поверхность}.
=>в случае, когда вал и диск из стали, то Target – диск, Contact – вал;
когда сталь и медь, то Target – “сталь”, Contact – “медь”.

Реальные постоянные

• FKN - множитель для контактной жесткости в направлении нормали;
• R1 и R2 - определяют геометрию ответной поверхности;
• FTOLN- множитель, основанный на толщине элемента, используемый для вычисления допускаемого внедрения.
• ICONT - определяет значение начального примыкания (или полосы при-мыкания).
• PINB - определяет контактную зону.
• PMIN и РМАХ - определяют допустимый уровень проникновения при начальном проникновении.
• TAUMAX - максимальное касательное напряжение в контакте, вызванное трением
• CNOF - положительное или отрицательное геометрическое смещение, примененное к контактирующим поверхностям.
• FKOP - множитель для контактной жесткости при отсутствии контакта.
• FKT - касательная контактная жесткость
• ТСС - устанавливает коэффициент контактной теплопроводности
• FHTG - рассеиваемой энергии трения, обращающейся в тепловую.
• SBCT – постоянная Стефана-Больцмана.
• RDVF - определяет коэффициент радиационного поля.
• FWGT - весовой множитель, соответствующий распределению выделяе-мого тепла между контактной и ответной поверхностями.
• FACT – отношение статического и динамического коэффициентов трения;
• DC – показатель изменения коэффициента статического (динамического) трения;

Анастасия Кутковская скинула мне общую программу макроса для оболочки и части каркаса.

Макрос:


Finish
/Clear,Start

! Геометрические размеры оболочки дирижабля

l1=1.2 !длина одной части

r1=0.2 !радиус задней части
r2=0.6 !радиус внутренней и передней части
!r3=? !радиус скругления кормы

t=0.0015 !толщина оболочки

d=0.005 !условный отступ от оси X

alfa=180 !радиальный угол поворота


! Построение геометрии обшивки

! Определение координат точек

x1=0 $ z1=d
x2=r1 $ z2=d
x3=r2 $ z3=d+l1
x4=r2 $ z4=d+3*l1
x5=0 $ z5=d+3*l1

! Создание геометрии

/prep7
*do,i,1,5,1
k,i,x%i%,0,z%i%
*enddo

*do,i,1,4,1
l,kp(x%i%,0,z%i%),kp(x%i+1%,0,z%i+1%)
*enddo

! Создание поверхности обшивки

AROTAT,1,2,3,4 , , , ,5,alfa, ,

! Задание характеристик материала и КЭ

KEYW,PR_SET,1
KEYW,PR_STRUC,1 !задание типа расчета

MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,DENS,1,,960
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,1e4
MPDATA,PRXY,1,,0.45

!Выбор КЭ
!Задание констант

ET,1,SHELL181
R,1,t, , , , , ,
RMORE, , , , , , ,


! Разбиение на КЭ - свободная сетка

FLST,5,8,5,ORDE,2
FITEM,5,1
FITEM,5,-8
CM,_Y,AREA
ASEL, , , ,P51X
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA'
CMSEL,S,_Y
!*
AMESH,_Y1
!*
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2

! Граничные условия

GPLOT
FLST,2,4,4,ORDE,4
FITEM,2,13
FITEM,2,15
FITEM,2,-16
FITEM,2,18
!*
/GO
DL,P51X, ,ALL,


! СМЕЩЕНИЕ КООРДИНАТ ТОРА ПО Z

FLST,2,1,8
FITEM,2,0,0,1.205
WPAVE,P51X

! Геометрические размеры тора


r1=0 !внутренний радиус профиля
r2=0.03 !внешний радиус профиля
r3=0.57 !радиус поворота

alfa=180 !радиальный угол поворота


! Механические характеристики


!Параметры KЭ-сетки




! Построение геометрии

TORUS,r1,r2,r3,0,alfa,

Очень бы хотелось чтобы сразу мне скинули готовую деталь оболочки и каркаса вместе соединенных в макросе!!!Но пока буду делать по тому что есть,только надо еще мне коэф. трения между каркасом и оболочкой

Наташа, где список, который мы составили на паре? Выложите его, пожалуйста. Срочно.
Станислав, Вы сейчас занимаетесь расчетами оболочки? Будете перестраивать модель каркаса с учетом толщины прутьев в 1 мм?
Татьяна, как я поняла, Вам передали оболочку и фрагмент каркаса. Какова толщина части прута каркаса, модель которого Вам передали? Вы уже приступаете к расчетам контактной задачи?
Александр, Виталий, мы ждем от Вас очень много выложенной информации. Как и договаривались, до вечера четверга.

Из макроса:"r2=0.03 !внешний радиус профиля "-это и есть толщина части прута каркаса
Я делала контактную задачу,но пока у меня это не получается из-за того что контактная задача не видит часть прута каркаса, как готовую деталь.

Если часть прута каркаса не видит как готовую деталь, то попробуй сделать целый прут, поменяв в макросе значение "аlfa=180 !радиальный угол поворота" на 360 и это будет цельная единица, т.е. деталь.

На данный момент должны иметь:
-построенный каркас в SolidWorks с диаметром прутьев 6 и 8 мм;
-построенную модель оболочки SolidWorks(по идее материал-резина);
-расчет при внутреннем давлении 1Па и 10 Па в SolidWorks;
-модель оболочки в ANSYS(параметрическая постановка,материал-резина);
построен каркас дирижабля и приложено частично внутреннее давление 1 Па;
-расчеты грузоподъемности дирижабля;
Необходимо сделать:
-расчет (с материалом оболочки-перкаль, и каркас-проволока стальная-диаметром 1 мм) оболочки - внутреннее давление 1 Па и до предельного;
_расчет оболочки под действием внешнего давления на верхнюю половину оболочки - 1 Па и до предельного
-в ANSYS КЭ разбиение оболочки.
ОБА РАСЧЕТА ПРОВЕСТИ В SolidWorks И ANSYS.
-КОНТАКТНАЯ ЗАДАЧА -ребро соприкасается с оболочкой.(ANSYS).
-Внешнее давление по всему каркасу.
-Сравнить результаты расчетов В SolidWorks И ANSYS.

Правильный:
Итак. Диаметр прутьев 8 мм - это много. Очень много. (Информация: На 8 мм капроновом тросе можно буксировать Газель). Материал - СВАМ, но он имеет высокую плотность, что тоже не очень хорошо.
Кроме того - в расчетах не учитывается масса оболочки.

Предлагаю:
Для оболочки использовать парашютную ткань 56002 - не самую легкую, но и не самую тяжелую. (поверхностная плотность 50 г/м2 = 5е-02 кг/м2)
Для каркаса - леска диаметром 1 мм (1е-03 м). Усилие на разрыв 1 мм лески - 27,7 кг. Плотность лески сопоставима с плотностью воды и составляет 1е+03 кг/м3
Газ - гелий. 1 м3 поднимает 1 кг груза.

Расчет
L=3H
H=2R


Обьем
Vдирижабля = Vхвоста + Vцилиндра + Vголовы

Vхвоста = Vконуса= pi*R*R*H/3 = pi*H*H*H/12

Vцилиндра = pi*R*R*H = pi*H*H*H/4

Vголовы = Vсферы/2 = 2*pi*R*R*R/3 = pi*H*H*H/12



Vдирижабля = 3.14*(0,83+0,25+0,83)*H*H*H= 5,9974*H*H*H


Итак, подьемная сила равна обьему и равна 5,9974*H*H*H. Следовательно - дирижабль диаметром 1,2 м потенциально может поднять 10,36 кг !!!


Площадь
Sдирижабля = Sхвоста + Sцилиндра + Sголовы

Sхвоста = Sконуса= pi*R*H = pi*H*H/2

Sцилиндра = 2*pi*R*H = pi*H*H

Sголовы = Sсферы/2 = 2*pi*R*R = pi*H*H/2

Sдирижабля = 3.14*(0.5+1+0.5)*H*H = 6,28*H*H

Моболочки = Sдирижабля*плотность ткани = 0,314*Н*Н


Масса каркаса
Каркас состоит из цилиндров.
В случае продольного ребра можно принять длину=L=3*H, диаметр=диаметр лески.
В случае поперечного ребра можно принять длину=длине кольца=2*pi*R=pi*H, диаметр=диаметр лески
Масса ребра = V*плотность

10 продольных ребер, 24 поперечных.
Масса=(10*Vпрод+24*Vпопер)*плотность
Vпрод=pi*Rл*Rл*L=3,14*3*1e-06*H=9,42e-06*H
Vпопер=pi*Rл*Rл*pi*H=3,14*3.14*1e-06*H=9,8596e-06*H
Масса=(10*9,42+24*9,8596)*1e-06*1е+03*H=0,33*H

Масса дирижабля=Масса каркаса+Масса оболочки-Масса газа


Масса дирижабля должна быть<0 иначе он не взлетит

Получаем
Масса дирижабля=0,33*H+0,314*Н*Н-5,9974*H*H*H

При Н=1,2 м
Масса дирижабля=0,33*H+0,314*Н*Н-5,9974*H*H*H=-9,59 кг

Итог - дирижабль с указанными параметрами поднимет не только себя, но и 9,5 кг полезной нагрузки...




и старый-не правильный
[Только администраторы имеют право видеть это изображение]

На данный момент должны иметь:
- построенный каркас в SolidWorks с диаметром прутьев 6 и 8 мм;
- построенную модель оболочки SolidWorks (материал-резина);
- расчет оболочки при внутреннем давлении 1Па и 10 Па в SolidWorks;
- модель оболочки в ANSYS(параметрическая постановка, материал-резина);
- черновые расчеты грузоподъемности дирижабля;
- окончательный расчет грузоподъемности дирижабля (расчет Ивана Владимировича)

Необходимо сделать до вечера понедельника 22.10.2012:
- модель каркаса в SolidWorks с диаметром прутьев 1 - 2 мм;
- расчет оболочки в SolidWorks, с материалом оболочки-перкаль, внутреннее давление 1 Па и до предела прочности;
- расчет оболочки в SolidWorks, с материалом оболочки-перкаль, внешнее давление на верхнюю половину оболочки 1 Па и до предела прочности;
- расчет каркаса в SolidWorks, диаметр прутьев 1 - 2 мм, внутреннее давление 1 Па и до предела прочности;
- модели баллонетов в SolidWorks

Необходимо сделать в дальнейшем:
- расчет баллонетов в SolidWorks, материал - перкаль, давление внутреннее 1 Па и до предела прочности, давление внешнее по всей оболочке баллонетов 1 Па и до предела прочности;
- расчет баллонетов в ПК ANSYS, материал - перкаль, давления те же;
- анализ результатов расчетов баллонетов, сравнение результатов расчетов в SolidWorks и ПК ANSYS;
- расчет оболочки в ПК ANSYS, с материалом оболочки-перкаль, внутреннее и внешнее давление;
- анализ результатов расчетов оболочки, сравнение результатов расчетов в SolidWorks и ПК ANSYS;
- расчет каркаса в ПК ANSYS под внутренним давлением в SolidWorks;
- анализ результатов расчетов каркаса, сравнение результатов расчетов в SolidWorks и ПК ANSYS;
- КОНТАКТНАЯ ЗАДАЧА -ребро соприкасается с оболочкой.(ANSYS).
- Внешнее давление по всему каркасу.
- Сравнить результаты расчетов В SolidWorks И ANSYS.

Все, что мы должны иметь на данный момент, и все, что должно быть сделано до вечера понедельника, должно быть выложено на форуме до вторника и должно сопровождаться соответствующими подробными комментариями. Доступ или его отсутствие к компьютеру/интернету/сайту/форуму будут считаться личными проблемами

Иван Владимирович, посмотрите, пожалуйста, наш список задач по проекту. Надеюсь, в нем все верно.

- построенный каркас в SolidWorks с диаметром прутьев 6 и 8 мм;
Тут будет рисунок

- построенную модель оболочки SolidWorks
Тут будет рисунок

- расчет оболочки при внутреннем давлении 1Па и 10 Па в SolidWorks;
Материал оболочки - резина
Константы материала приведены на рисунке
Внутреннее давление оболочки 1атм
Полученные напряжения приведены на рисунке
[Только администраторы имеют право видеть это изображение]
Полученные перемещения приведены на рисунке
[Только администраторы имеют право видеть это изображение]
Запас прочности
[Только администраторы имеют право видеть это изображение]
Расчет до предела прочности выполнить невозможно из-за больших перемещений, выполняем расчет до предела перемещений

- модель оболочки в ANSYS(параметрическая постановка, материал-резина);
Выполнено Станиславом (см. выше)

Наташа Полякова, выложите здесь пожалуйста еще раз
- черновые расчеты грузоподъемности дирижабля;
- окончательный расчет грузоподъемности дирижабля (расчет Ивана Владимировича)