Расчёт чугунного люка на прочность

[karachun 2 038]

Что-то совсем плохо, перемещение 40 метров, похоже деталь куда-то улетела.

Сейчас попробую сделать в солиде но ничего не обещаю.

[karachun 2 038]

@Nikolay1994 В общем вот так у нас в деревне горбатых правят. Пришлось забубенить все в 3Д. Я моделировал четверть не только потому что у меня компьютер слабый но этим я зафиксировал модель по двум горизонтальным направлениям. Чтобы считалось включил слабые пружины https://www.javelin-tech.com/blog/2019/05/solidworks-simulation-soft-spring-inertial-relief/ и глобальный контакт задал как No Penetration вместо Bonded. Результаты уже похожи на правду. Перемещения 5.1 мм, при том что в Femap я брал весь люк и фиксировал кромку то есть пролет 618 мм а не 590. Нагрузку приложил как давление. Напряжения тоже похожи 140 МПа.

При желании можно посчитать во втором приближении нелинейщину с учетом больших перемещений но там разница 10-15%.

[Nikolay1994 2]

А какой у вас коэф. запаса прочности получился? При нагрузке 5000 кг у меня получилось 3

 

[karachun 2 038]

@Nikolay1994 Никакой, я не задавался допускаемыми напряжениями для чугуна. Чугуны ведь разные и я не могу знать из чего Вы собираетесь лить этот люк. Но уже два расчета показывают что эквивалентные напряжения будут около 140-160 МПа. Дальше запас можете посчитать сами.

Мое дело только указать путь и сойтись с теоретическим решением)

Изменено 31 августа 2019 пользователем karachun

[karachun 2 038]

@Nikolay1994 В любом случае я не доверял бы данным из солидворка. Для обычной чугунины предел текучести 550 МПа и предел прочности при растяжении 860 МПа это очень завышенные показатели. Такие пределы прочности и текучести больше подходят для хорошей легированной конструкционной стали. Из такой стали не то что люк, вал для судна сделать будет не зазорно.

Изменено 31 августа 2019 пользователем karachun

[soklakov 1 475]

14 часа назад, karachun сказал:

Выйдет считать надо будет дольше но я другого варианта не вижу.

вот же вариант:

16 часов назад, karachun сказал:

Если для Вас это не понятно то закройте солид и не занимайтесь больше расчетами.

 

[karachun 2 038]

@soklakov Ну это тривиальное решение. У меня такое ощущение что автору интересен только запас прочности, без разницы как он насчитан - для какого материала.

Посчитал еще один вариант - если нагрузка приложена не равномерно а на окружность радиусом 100 мм в центре люка то все становиться намного хуже. 480 МПа в линейной постановке и 420 МПа после уточнения в нелинейщине.

Я бы на такой люк на перегруженной фуре не наезжал бы. Даже если он и не сломается то сильно погнется, будь он из ВЧ45 или ВЧ50.

Вот еще скидываю архив с проектом солида, может кому пригодиться.

https://fex.net/s/aso4mxm

21 минуту назад, soklakov сказал:

вот же вариант:

Есть вариант получше - позвать @jtok и он объяснит как правильно превратить твердотельную деталь в оболочку и как правильно эту оболочку нагрузить и закрепить.

А вообще на люки есть свой ГОСТ 3634-99. Там есть и типовые конструкции (не плоские как здесь а сферические) и применяемые материалы.

Изменено 1 сентября 2019 пользователем karachun

[karachun 2 038]

Если включить пластику (я принял параметры как для ВЧ50) то напряжения будут поменьше но будет пластика (сигма_т=320 МПа). Это для варианта где сила приложена только в центре, на пятачок диаметром 200 мм.

[soklakov 1 475]

37 минут назад, karachun сказал:

А вообще на люки есть свой ГОСТ 3634-99. Там есть и типовые конструкции (не плоские как здесь а сферические) и применяемые материалы.

это вот вообще хорошо) уж глядя на картинки этой ветки, это становится очевидным даже тем, кто был не в курсе, - в середине хорошо бы потолще.

[imt 59]

Добрый день!

Несколько лет назад решал задачу такую же задачу, только не с люком, а с чугунной решеткой для ливневой канализации (тоже начинал с простой постановки).

Боюсь Вас расстроить, но:

1. Чугун - материал, имеющий существенно разные свойства при растяжении и сжатии, что приводит к значительной недооценке прочности. Например, в Ансисе для этого есть специальная модель материала CAST IRON

2. Решать лучше контактную задачу в больших перемещениях.

3. Критерий прочности - для хрупких материалов модифицированный Кулона-Мора (кажется, так называется).

Результаты решения и выводы в простой постановке существенно отличаются.

Для простой постановки, скорее всего, нужны хотя бы несколько испытаний на прочность похожих конструкций, чтобы иметь более менее правдободобный прогноз (наверное,можно прорешать несколько ГОСТовских конструкций)

[Nikolay1994 2]

14 часа назад, karachun сказал:

@Nikolay1994 В любом случае я не доверял бы данным из солидворка. Для обычной чугунины предел текучести 550 МПа и предел прочности при растяжении 860 МПа это очень завышенные показатели. Такие пределы прочности и текучести больше подходят для хорошей легированной конструкционной стали. Из такой стали не то что люк, вал для судна сделать будет не зазорно.

Я кстати вчера покопался, попробовал тоже пружину в обечайке и в крышке (в поле их контакта). Также сделал зазор между крышкой и обечайкой, т.е. уменьшил диаметр крышки. Обечайку зафиксировал снизу. Результат, как мне кажется хороший, но может можно еще лучше? Покритикуйте)

6 минут назад, imt сказал:

Добрый день!

Несколько лет назад решал задачу такую же задачу, только не с люком, а с чугунной решеткой для ливневой канализации (тоже начинал с простой постановки).

Боюсь Вас расстроить, но:

1. Чугун - материал, имеющий существенно разные свойства при растяжении и сжатии, что приводит к значительной недооценке прочности. Например, в Ансисе для этого есть специальная модель материала CAST IRON

2. Решать лучше контактную задачу в больших перемещениях.

3. Критерий прочности - для хрупких материалов модифицированный Кулона-Мора (кажется, так называется).

Результаты решения и выводы в простой постановке существенно отличаются.

Для простой постановки, скорее всего, нужны хотя бы несколько испытаний на прочность похожих конструкций, чтобы иметь более менее правдободобный прогноз (наверное,можно прорешать несколько ГОСТовских конструкций)

Ну ГОСТовские люки гарантированно выдерживают, например 1.5 тонны. Но никто же не знает, какой запас прочности там заложен. Может действительно попробовать в ansys поковыряться. Просто хотелось более менее нетрудозатратно посчитать) 

По поводу расчёта в solidworks можете что-нибудь посоветовать? 

[karachun 2 038]

@Nikolay1994 Похоже на правду, только напряжения немного выше и перемещения тоже. Пружина это в смысле Weak spring? От обечайки можно вообще оставить только нижнюю часть - которая не дает люку провалиться вниз. Как здесь

10 минут назад, Nikolay1994 сказал:

Просто хотелось более менее нетрудозатратно посчитать) 

Возьмите ГОСТовский люк. Там толщина начинается от 12 мм и он сферический - даже без расчетов ясно что он прочнее вашего.

И самое главное - что по материалу? Вы знаете марку чугуна из которого будут делать Ваш люк? Без марки все эти численные упражнения бесполезны.

ГОСТ немного не тот, нужен ГОСТ 3634-89 от 1989-01-07. Люки чугунные для смотровых колодцев. Технические условия.

Изменено 1 сентября 2019 пользователем karachun

[karachun 2 038]

@Nikolay1994Feel the difference...

Плоский люк и люк сферической формы с радиусом 2 м.

Изменено 1 сентября 2019 пользователем karachun

[Jesse 958]

3 часа назад, imt сказал:

Чугун - материал, имеющий существенно разные свойства при растяжении и сжатии, что приводит к значительной недооценке прочности.

мне кажется дело даже не в материале, а в характере нагрузки: для люка или решётки, расположенной на оживлённой дороге, одного лишь статич линейного анализа будет явно недостаточно.. 
на усталость смотреть над)

[ДОБРЯК 602]

19 часов назад, karachun сказал:

В общем вот так у нас в деревне горбатых правят. Пришлось забубенить все в 3Д. Я моделировал четверть не только потому что у меня компьютер слабый но этим я зафиксировал модель по двум горизонтальным направлениям. Чтобы считалось включил слабые пружины

А зачем какие-то пружинки нужны. Чего не хватает для закрепления в этом расчете? )))

[karachun 2 038]

@ДОБРЯК Посчитайте - увидите. По вертикали закреплением выступает контакт а это такая штука что может заработать а если не заработает то будет вылет.

[Nikolay1994 2]

11 минуту назад, karachun сказал:

@ДОБРЯК Посчитайте - увидите. По вертикали закреплением выступает контакт а это такая штука что может заработать а если не заработает то будет вылет.

Чугун марки СЧ20. Он будет устанавливаться в пешеходной зоне, а не на оживленной дороге. Насчёт пружины - ответ во вложении. Изменять конструкцию смысла нет. Суть задачи в том, что данная крышка люка уже спроектирована и неоднократно отлита. Нужно всего лишь прикинуть сколько статической нагрузки она выдержит. Насчёт материала, да, я сравню механические свойства со справочными. Главное, чтобы модель была более менее адекватная. 

[imt 59]

4 часа назад, Nikolay1994 сказал:

Ну ГОСТовские люки гарантированно выдерживают, например 1.5 тонны. Но никто же не знает, какой запас прочности там заложен.

Для этого и надо посчитать 2...3 ГОСТовских люка. Сравнив расчетные напряжения с допускаемыми, примерно определится с "ГОСТовским" запасом прочности.

А разве в Solide нет критерия Кулона-Мора?

 

1 час назад, Jesse сказал:

мне кажется дело даже не в материале, а в характере нагрузки: для люка или решётки, расположенной на оживлённой дороге, одного лишь статич линейного анализа будет явно недостаточно.. 
на усталость смотреть над)

Почему важен материал. Чугун имеет не только разные предельные напряжения, но и модули Юнга Е на сжатие и растяжения - разные.

Если посмотрим простую задачу на изгиб балки с разным Ераст Есжат, то увидим, что нейтральная линия не проходит по середине балки и расчетные напряжения, не учитывающие этот факт, будут другими.

Что касается усталости, в моем случае производитель говорил о предельных статических нагрузках.

[karachun 2 038]

15 минут назад, Nikolay1994 сказал:

Чугун марки СЧ20

Слабовато, предел прочности 200 МПа. А здесь у Вас напряжения в центре пластины почти 190 МПа. Тот же ГОСТ 3634-89 рекомендует не слабее ВЧ45.

 

[ДОБРЯК 602]

38 минут назад, karachun сказал:

@ДОБРЯК Посчитайте - увидите. По вертикали закреплением выступает контакт а это такая штука что может заработать а если не заработает то будет вылет.

Так много раз считал. Никакого вылета быть не может.  Поэтому и спросил. )