Моделирование стержневой конструкции

[volksam 0]

Пожалуй, ударять машину о стену - не входит в мои планы. Машина у меня колесит по бездорожью, а это - ухабы, рытвины.

Со статикой я понял - машина не разваливается под собственным весом. Это радует :)

Однако на практике, после пары месяцев эксплуатации машины требуется ремонт рамы - появляются трещины на лонжероне, трескаются круглые стержни.

Но как определить, какие нагрузки возникают при эксплуатации машины при сложных дорожных условиях и в каких местах рамы? Трещины не появляются ведь в одночасье, тут уже усталость материала.

Мне бы найти расчет на прочность трактора - там условия работы похожи на мои )

Пока же изучаю раму на предмет ее геометрической неизменяемости, исключив косынки и поставив в узлах шарниры. Возможно, чрезмерные напряжения возникают из-за неправильного присоединения узлов. Впрочем, необходимость в расчете рамы в динамике это не умаляет, а, скорее, наоборот.

Изменено 12 декабря 2012 пользователем volksam

[soklakov 1 475]

<noindex>Читали?</noindex>

[volksam 0]

Колебания и расчет подвески пока отложил. Считаю статику.

Модальный анализ показал, что первая форма - закручивание рамы. Взял случай диагонального вывешивания - оставил машину только на трех колесах. Такие ситуации возникают при движении машины. Из нагрузки - вес рамы и агрегатов с учетом коэффициента перегрузки. Учитывая сложные дорожные условия, взял с потолка 4. Смоделировал подвеску, без пружин - одними стержнями.

Использовал инструмент beam tool для анализа. Хочу оценить нормальные напряжения в стержнях, сравнить их с пределом текучести и сделать вывод о прочности рамы.

Требуется свежий взгляд на вещи, оценка корректности модели и критика.

Struct.zip

[soklakov 1 475]

Коэффициент динамичности, возможно, стоит брать не с потолка, а исходя из предполагаемой высоты падения.

Если под нормальными напряжениями имеете в виду те, которые порождены нормальными усилиями, то не стоит. Лучше смотреть суммарные от растяжения и изгиба (Combined Stress). Я обычно использую конструкцию вроде max(abs(maxCombinedStress),abs(minCombinedStress)). Если пренебречь касательными напряжениями, то это практически максимальные эквивалентные напряжения в сечении.

[volksam 0]

С combined stress я, пожалуй, разобрался.

Объяснить, что означает конструкция max(abs(maxCombinedStress) можете? Так понимаю, берется сумма максимальных напряжений от изгиба и растяжения по абсолютному значению, аналогично и abs(minCombinedStress)

По поводу коэффициента динамичности вопрос отдельный. Он поддается расчету? Находил, что для легкового автомобиля в районе 1,75.

И третьим вопросом станет оценка полученных напряжений. Сравнивать их с пределом текучести материала?

Изменено 17 января 2013 пользователем volksam

[soklakov 1 475]

С combined stress я, пожалуй, разобрался.

Объяснить, что означает конструкция max(abs(maxCombinedStress) можете? Так понимаю, берется сумма максимальных напряжений от изгиба и растяжения по абсолютному значению, аналогично и abs(minCombinedStress)

не так.

max(abs(maxCombinedStress);abs(minCombinedStress)) - вот так.

изгибные напряжения в сечении есть отрицательные и положительные. нормальные напряжения отрицательные ИЛИ положительные. таким образом, складывая их, получаем суммарные, эпюра которых по-прежнему линейна, но минимум и максимум могут быть произвольными в плане знака. поэтому эпюр суммарных напряжений конструкции две - мин и макс. выражение означает следующее - для каждого сечения балки с эпюры суммарных напряжений в сечении взять минимальное и максимальное значение по модулю и выбрать максимальное из двух.

По поводу коэффициента динамичности вопрос отдельный. Он поддается расчету? Находил, что для легкового автомобиля в районе 1,75.

Вбейте в гугл "коэффициент динамичности сопромат"

И третьим вопросом станет оценка полученных напряжений. Сравнивать их с пределом текучести материала?

Смотря для чего.

[volksam 0]

Был в сельскохозяйственном институте, на кафедре машиностроения. Коэффициент динамичности при расчетах они не используют. Берут коэффициент запаса прочности в районе 5-7, считая, что перегрузка при таком раскладе будет учтена. На мой взгляд, таким образом они сильно перетяжеляют конструкцию.

По поводу оценки напряжений. Тот же случай диагонального вывешивания, получаю CombinedStress в стержнях и косынках. Вы написали - смотря для чего. Какие могут быть варианты?

[soklakov 1 475]

На мой взгляд, таким образом они сильно перетяжеляют конструкцию.

Зато спят спокойно. Это, конечно, не повод использовать такой подход в спортивном автомобиле.

По поводу оценки напряжений. Тот же случай диагонального вывешивания, получаю CombinedStress в стержнях и косынках. Вы написали - смотря для чего. Какие могут быть варианты?

Не уверен насчет CombinedStress в оболочках, но если асбтрагироваться от задачи, то при решении Вы каким-то образом получаете распределение по конструкции напряжений, эквивалентных одноосному растяжению. И дальше Ваш логичный вопрос, с чем их сравнивать. С допускаемыми. Если есть отраслевой стандарт или другая руководящая документация, то там часто указываются допускамые напряжения. Так проще. Тем более значения в стандартах имеют и экспериментальные проверки. Если же нет, то в зависимости от того, что Вам нужно от конструкции.

Варианты(думаю, не полный список):

- выдержать разовое нагружение (предел временного сопротивления)

- неоднократное нагружение (предел текучести, но опять же есть варианты)

- многоцикловое нагружение (значение берется с кривой Веллера)

Кроме того, если есть опасения, что что-то не учли или учли неправильно, то делите на коэффициент запаса, как, собственно, и поступают коллеги из сельскохозяйственного института.

[volksam 0]

Спасибо за подробные ответы!

[volksam 0]

Добрый день.

Провел эксперимент - случай диагонального вывешивания: оставил машину на трех колесах, два задних и одно переднее. Целью эксперимента было измерить угол закручивания рамы, чтобы затем сравнить его с углом закручивания, полученным в модели.

Для вычислений взял по две точки на переднем и заднем бампере (машина стояла на всех колесах), замерил их высоты. Далее убрал одно переднее колесо, получив расчетный случай. Вновь измерил высоты. Угол закручивания считал как разность углов, на которые повернулся передний и задний бампер.

Трудность в том, что условия закрепления, которые я задал в модели - не согласуются с реальностью. Я фиксировал все три колеса от вертикальных перемещений. Получил, что передний бампер поворачивается - а задний неподвижен. В то время, как на деле он тоже поворачивается.

Чем руководствоваться, чтобы корректно исключать степени свободы модели?

[Гость]

Берут коэффициент запаса прочности в районе 5-7, считая, что перегрузка при таком раскладе будет учтена

От усталости уходят старым дедовским способом. Если узел плохой с точки зрения усталостной прочности, то концентратор может быть больше 4-5.

[soklakov 1 475]

Трудность в том, что условия закрепления, которые я задал в модели - не согласуются с реальностью. Я фиксировал все три колеса от вертикальных перемещений. Получил, что передний бампер поворачивается - а задний неподвижен. В то время, как на деле он тоже поворачивается.

Чем руководствоваться, чтобы корректно исключать степени свободы модели?

То есть некорретно закрепление по вертикали того колеса, которое напротив свободного? В эксперименте ведь нет дополнительных ограничений?

[volksam 0]

Для наглядности

В модели закрепил перемещения:

1. z

2. x,y,z

3. x,z

Вы правы, некорректно закреплено колесо 2. Но, если я уберу закрепление по z, то появится неустраненная вращательная степень свободы и модель не решается

[soklakov 1 475]

Вы правы, некорректно закреплено колесо 2. Но, если я уберу закрепление по z, то появится неустраненная вращательная степень свободы и модель не решается

Строго говоря, в точке 2 - контакт. Но, конечно, хотелось бы обойтись без него.

Относительно диагонали 1-3, какая часть тяжелее? С колесом 2 или с колесом 0(4)?

Неустраненная вращательная степень свободы... в эксперименте что с ней?

[volksam 0]

Тяжелее часть с колесом 2.

Рисунок, конечно, некорректен. Колеса расположены не по углам рамы. По углам расположены точки, высоты которых я замерял. В итоге просели 1,3,4 точки и поднялась 2 точка. Точка 4 получила наибольшие перемещения.

Эксперимент показывает, что закреплять модель по z вообще не следует :) может для колес 1,2 и 3 задать по z константу? Одна трудность, я не могу сказать точно, на сколько эти точки переместились

Изменено 30 января 2013 пользователем volksam

[soklakov 1 475]

может для колес 1,2 и 3 задать по z константу?

Сомнительно. Я предлагаю Вам задаться вопросом "Почему не имея, казалось бы, закрепления поворота вокруг оси 1-3, машина все-таки не перевернулась". Мне кажется, мысли в этом направлении помогут определиться с граничными условиями.

С другой стороны, ответ довольно прост. "Второе" колесо тяжелее. Тогда ограничения по Z должно бы хватить.

[volksam 0]

Тогда ограничения по Z должно бы хватить.

Я не совсем понял.

Сейчас прикинул в компасе расположение агрегатов на машине, учел их массы. Как и ожидал, колесо 2 "тяжелее". Но при закреплении колес по Z - в задней части машины вертикальных перемещений нет.

Тогда углом закручивания рамы называть угол поворота переднего бампера? В эксперименте я брал разность углов поворота переднего и заднего бамперов, повторюсь.

[soklakov 1 475]

Но при закреплении колес по Z - в задней части машины вертикальных перемещений нет.

А в эксперименте есть? Что происходит с колесом 2 в эксперименте?

В эксперименте есть амортизторы между каркасом и колесами? А в модели?

[volksam 0]

Кстати, вот важный момент, который я упускаю - амортизаторы. В модели у меня их нет. А если б были, то я бы получил свой поворот заднего бампера. Правильно?

По поводу остальных вопросов приведу статистику.

Точки 1 и 2 - на заднем бампере, точки 3 и 4 - на переднем. Расстояния 1-2 и 3-4 равны.

Высоты от пола до и после эксперимента:

1. 978 и 957

2. 976 и 1005

3. 873 и 692

4. 873 и 602

Изменено 30 января 2013 пользователем volksam

[soklakov 1 475]

А если б были, то я бы получил свой поворот заднего бампера. Правильно?

Думаю, да. Попробуйте)