Ansys Workbench Корректен ли расчет на прочность (Nonlinear)

[Arteg 73]

Здравствуйте! 

Выполнил расчет в WB, но т.к. только начинаю работать в Ansys не могу оценить корректность решения и результатов.

 

Задача:

Алюминиевый профиль L=1000 мм (см. рис. 1) закреплен с помощью кронштейнов на расстоянии 100 мм от края профиля с каждой стороны. Кронштейны в расчете не учитываются и на место крепления (контакта) приложено ограничение Fixed Support (см. рис. 2).

По середине профиля на его боковые полки действует сила, представленная двумя векторами (см. рис. 3, 4). Сила прикладывается со скоростью 0,33 кН/сек.

Профиль изготовлен из алюминиевого сплава 6063 Т6. В Ansys этот материал я задал, используя шаблон Alluminum Alloy NL. (см. рис. 5) 

 

Необходимо определить перемещения (деформации профиля) и эквивалентные напряжения, с целью убедиться, что профиль выдерживает нагрузку.

 

Результаты расчета: рис.8, 9.

 

Вопросы:

1. Корректно ли задана сетка? (см. рис. 6)

2. Корректно ли задан материал (см. рис. 5)

3. Корректно ли заданы Analysis Settings? (см. рис. 7)

 

P.S. Постарался максимально подробно описать задачу, но если что-то не учел, дополню.

 

 

 

 

 

[piden 2 874]

22 hours ago, Arteg said:

Запас прочности там минимальный, но да - выдерживает. Предел прочности этого сплава 241 МПа, и эквивалентные напряжения его не превышают.

Но у вас же в свойствах материала стоит предел текучести 220 МПа. Выше уже писали - потечет все.

 

16 hours ago, Arteg said:

Еще такой вопрос на засыпку: когда я выбираю 2 симметрично расположенные поверхности профиля для приложения нагрузки (те что на скриншотах) и задаю действующую силу, Ansys распределяет эту силу по этим двум поверхностям, или на каждую поверхность дает полную силу?

Распределяет. Но на скринах у вас ведь вроде на каждую поверхность отдельная сила приложена.

 

Вопрос по этим силам: как получилось, что метровый алюминиевый профиль грузят более чем тремя тоннами (16кН * 2)? Еще и с креплениями, которые совершенно не предназначены для таких нагрузок.. Вы точно не ошиблись с величиной сил?

 

 

[Борман 2 375]

2 часа назад, piden сказал:

Вопрос по этим силам: как получилось, что метровый алюминиевый профиль грузят более чем тремя тоннами (16кН * 2)? Еще и с креплениями, которые совершенно не предназначены для таких нагрузок.. Вы точно не ошиблись с величиной сил?

Да кстати, профиль декоративный какой то.

[Arteg 73]

2 часа назад, piden сказал:

Но у вас же в свойствах материала стоит предел текучести 220 МПа. Выше уже писали - потечет все.

То что там все потечет и будут большие пластические деформации - это нормально в данной конструкции.

2 часа назад, piden сказал:

Распределяет. Но на скринах у вас ведь вроде на каждую поверхность отдельная сила приложена.

Да, в расчете я силу прилагал отдельно для каждой площадки, чтобы наверняка.

 

2 часа назад, piden сказал:

Вопрос по этим силам: как получилось, что метровый алюминиевый профиль грузят более чем тремя тоннами (16кН * 2)?

Эти силы также взялись из ГОСТа на испытания средств защиты от падения с высоты. Там есть динамические испытания, когда груз (грузы) скидывают, и статические, чтобы конструкция на статику выдерживала определенную нагрузку. В данном случае эта нагрузка 32 кН.

 

2 часа назад, piden сказал:

Еще и с креплениями, которые совершенно не предназначены для таких нагрузок.

Почему не предназначены?

[ДОБРЯК 603]

25.11.2020 в 18:27, Jesse сказал:

А так да линейные задачи везде.

Вот это сложнее всего объяснить новичкам и не только.

В данном случае обычная линейная статическая задача. 

26.11.2020 в 16:20, Arteg сказал:

Насколько я понял из того, что я читал по этой теме при задании времени 80 сек, максимальная нагрузка будет приложена как раз К 80-ой секунде.

Вы в динамике считаете эту нелинейную задачу?

[Arteg 73]

15 минут назад, Борман сказал:

Да кстати, профиль декоративный какой то.

Так может показаться, но вот к примеру фото реальной подобный системы с Х-образным профилем. По габаритам он примерно такой же. По прочности, мне кажется, +- тоже. 

 

6 минут назад, ДОБРЯК сказал:

Вы в динамике считаете эту нелинейную задачу?

Считал в Static Structural, стало быть в статике. 

Повторюсь, мне нужно смоделировать, что этот профиль испытывают на разрывной машине. Следовательно нагрузка прикладывается постепенно, до максимального значения.

При этом под этого нагрузкой он просто не должен разрушится. Пусть его погнет, потечет весь и тд, главное чтобы не порвался и все.

[ДОБРЯК 603]

24 минуты назад, Arteg сказал:

Следовательно нагрузка прикладывается постепенно, до максимального значения.

В статике нагрузка сутки) прикладывается. Медленно песок сыпят.

24 минуты назад, Arteg сказал:

Повторюсь, мне нужно смоделировать, что этот профиль испытывают на разрывной машине.

Кронштейны как крепятся к разрывной) машине. Схему какую-то нарисуйте или фотографию этой машины скиньте.

Изменено 27 ноября 2020 пользователем ДОБРЯК

[Arteg 73]

21 час назад, ДОБРЯК сказал:

Кронштейны как крепятся к разрывной) машине. Схему какую-то нарисуйте или фотографию этой машины скиньте.

 

1 - Несущая конструкция (потолок)

2 - Кронштейны

3 - Профиль

4 - Гидроцилиндр (устанавливается в раскрытом (раздвинутом) положении, а затем начинается постепенно сжиматься (вдвигаться), увеличивая нагрузку на профиль. Максимальное значение нагрузки и скорость ее приращения (0,33 кН/сек) контролируются с помощью заданной программы испытания.)

5 - Несущая конструкция (пол)

[ДОБРЯК 603]

Теперь более понятна задача.

Надо делать КЭ модель профиля с кронштейнами. Предполагаю что сломается соединение кронштейна с профилем.

26.11.2020 в 19:23, Arteg сказал:

 

[karachun 2 038]

2 часа назад, ДОБРЯК сказал:

Надо делать КЭ модель профиля с кронштейнами

А еще КЭ модель разрывной машины и КЭ модель фундамента на котором эта машина стоит. И КЭ модель @Arteg, который этой машиной управляет. Я почему-то даже не сомневался что вы это предложите.

Задача же состоит в определении прочности профиля а не кронштейна. Тем более что нагрузка не настолько большая.

@Arteg Пытался я вашу геометрию помешить но пока что-то не выходит.

Изменено 28 ноября 2020 пользователем karachun

[ДОБРЯК 603]

1 час назад, karachun сказал:

А еще КЭ модель разрывной машины и КЭ модель фундамента на котором эта машина стоит.

Делайте кто вам запрещает.

 

4 часа назад, Arteg сказал:

 

1 - Несущая конструкция (потолок)

2 - Кронштейны

3 - Профиль

4 - Гидроцилиндр (устанавливается в раскрытом (раздвинутом) положении, а затем начинается постепенно сжиматься (вдвигаться), увеличивая нагрузку на профиль. Максимальное значение нагрузки и скорость ее приращения (0,33 кН/сек) контролируются с помощью заданной программы испытания.)

5 - Несущая конструкция (пол)

Из этой схемы понятно что закреплять нужно кронштейны.

@karachun вы дайте свои рекомендации ТСу.

[Graf Kim 217]

@Arteg узел крепления ваш ближе к шарниру, чем к жёсткой заделке. Рекомендации такие: во-первых снижайте размерность использованием симметрии, а во-вторых граничное условие на место кронштейна поставьте помягче, например пилотный узел с разрешённым в плоскости изгиба поворотом и разрешённым перемещением вдоль оси балки. Это будет не совсем точно, но ооочень хорошее приближение к реальности.

 

Скрытый текст

 

 

 

 

[ДОБРЯК 603]

38 минут назад, Graf Kim сказал:

Это будет не совсем точно, но ооочень хорошее приближение к реальности.

В реальности закрепляется кронштейн, а не пилотный узел с шарниром.) 

В данном случае моделировать нужно всю реальную конструкцию. С реальными граничными условиями. А не только профиль с шарниром.

Это если говорить о реальности. 

[piden 2 874]

1 hour ago, Graf Kim said:

Это будет не совсем точно, но ооочень хорошее приближение к реальности.

... и тогда @Arteg , наконец, увидит, что конструкции по-плохеет еще на 30% от полной нагрузки...

Spoiler

 

 

On 11/27/2020 at 3:38 PM, Arteg said:

Почему не предназначены?

Очевидно, потому, что они не проектировались под такую нагрузку. И нет никаких гарантий, что они ее выдерживают.

Сейчас вы прикладываете нагрузку по Y, но там же еще и по X расчетный случай будет, так ведь?

 

Угадаю или нет?

Вы (или фирма, в которой работаете) хотите изготовить анкерную линию, только не из специализированных компонентов, а из того, что было подешевле в строительном супермаркете. Но вы стараетесь не только для себя, а хотите еще и продавать это изделие, чтобы им пользовались другие. И вот этап виртуальных тестов перед сертификацией... 

 

On 11/27/2020 at 3:51 PM, Arteg said:

вот к примеру фото реальной подобный системы с Х-образным профилем. По габаритам он примерно такой же. По прочности, мне кажется, +- тоже. 

У Х-образного профиля момент сопротивления на изгиб в обоих направлениях и на кручение гораздо выше, чем у вашего потолочного. Плюс кронштейны для того специализированного профиля максимально простые, вся нагрузка в них не приходит на неизвестно как нарезанную в алюминии резьбу. И снова же, крепление происходит за максимально удаленные от нейтральной оси точки профиля, длина контактной зоны гораздо протяженней, чем у вашей конструкции.

В местах соединения профилей накладываются дополнительные соединительные сегменты и внутрь вставляются шканты...

 

Ну а так да, внешне довольно похоже) Для внутреннего рынка вполне себе 

 

 

Изменено 29 ноября 2020 пользователем piden

[Arteg 73]

2 часа назад, Graf Kim сказал:

Рекомендации такие: во-первых снижайте размерность использованием симметрии

Большое спасибо за советы и визаулизацию! Можете пояснить что это значит? 

 

3 часа назад, Graf Kim сказал:

пилотный узел с разрешённым в плоскости изгиба поворотом и разрешённым перемещением вдоль оси балки

В этих формулировках это гуглится? В граничных условиях сейчас я знаю только Displacement и Fixed Support, и не представляю как реализовать то, что вы описали.

 

1 час назад, piden сказал:

. и тогда @Arteg , наконец, увидит, что конструкции по-плохеет еще на 30% от полной нагрузки...

  Скрыть содержимое

 

Вас также благодарю за визуализацию! Расскажите пожалуйста, каким образом задали нарастающую нагрузку, и какие были крепления в этом расчете?

 

1 час назад, piden сказал:

Угадаю или нет?

Вы (или фирма, в которой работаете) хотите изготовить анкерную линию, только не из специализированных компонентов, а из того, что было подешевле в строительном супермаркете.

 

Угадали на 50%. Это действительно профиль для анкерной линии, однако отнюдь не из того что подешевле на строймаркете. Профиль будет изготавливаться под нас, и сейчас идет этап его проектирования, перед тем как заказать матрицу под экструзию. 

Геометрия профиля тоже взята не из воздуха, и ее прообразом стал профиль, использующийся в анкерной линии немецкой компании.

 

В целом они похожи, но я свой профиль я постарался сделать более массивным и жестким, сделав стенки профиля толще и добавив 2 дополнительных ребра.

1 час назад, piden сказал:

длина контактной зоны гораздо протяженней, чем у вашей конструкции.

Длину кронштейнов можно варьировать.

 

1 час назад, piden сказал:

В местах соединения профилей накладываются дополнительные соединительные сегменты и внутрь вставляются шканты...

Да, это все есть) 

________________________________________________________________________

 

@piden Итак, в сухом остатке, в Вашем расчете получается, что профиль нагрузку не выдерживает, а слабым местом кронштейна является его резьба в распорном элементе.

В чем принципиальная ошибка моего расчета, что в нем профиль выдержал нагрузку без разрушения, просто с сильными пластическими деформациями?

Как мне более корректно провести расчет?

[Graf Kim 217]

1 час назад, Arteg сказал:

Большое спасибо за советы и визаулизацию! Можете пояснить что это значит?

 

Ваша модель симметрична относительно центрального поперечного сечения. Это означает, что вы можете считать только половину модели, установив на поверхности отсечения условия симметрии. В вашей модели, если вы не учитываете небольшую асимметрию вносимую кронштейнами, разумно ещё и разрезать по плоскости YZ, как у @piden. 

 

В ANSYS это ветка Symmetry, но надо понимать, что для твердотельной модели условие симметрии - это просто запрет перемещений по нормали к поверхности. Можете не пользоваться веткой Symmetry, а поставить туда Frictionless support, или Dilplacement равный 0 по соответствующей оси.

 

1 час назад, Arteg сказал:

В этих формулировках это гуглится? В граничных условиях сейчас я знаю только Displacement и Fixed Support, и не представляю как реализовать то, что вы описали.

В таких, полагаю, будет трудно найти. Это ГУ называется в ANSYS Remote Displacement. Оно вставляет пилотный узел, на который прикладываются ГУ, а сам этот пилотный узел связывается с узлами на объектах, к которым вы его "прикрепили" уравнениями связи. В вашем случае, если вы разрежете балку только поперчено - надо будет закрепить его от перемещений по Y и от вращения по Z, Если же разрежете и поперёк и вдоль - достаточно будет только от перемещений по Y.

 

2 часа назад, Arteg сказал:

@piden Итак, в сухом остатке, в Вашем расчете получается, что профиль нагрузку не выдерживает, а слабым местом кронштейна является его резьба в распорном элементе.

В чем принципиальная ошибка моего расчета, что в нем профиль выдержал нагрузку без разрушения, просто с сильными пластическими деформациями?

Как мне более корректно провести расчет?

C чего вы взяли про резьбу? @piden отмечал это только как общий недостаток, балка складывается и без этого. Но, признаться, я не понял, о какой резьбе речь.

С чего вы взяли что в вашем расчёте профиль выдержал без разрушения? Давайте проанализируем, вот ваша картинка:

 

В центральном сечении видна достаточно развитая пластика. В материале, который вы заложили предел на растяжение 227,6 МПа. Жёлтый цвет в центральном сечении соответствует диапазону 197 - 246 МПа. Этот диапазон очень неинформативен, поскольку скрывает под собой и предел текучести и предел прочности. Вам стоило бы поподробнее посмотреть напряжения в растянутых зонах центрального сечения. Мне почему-то кажется, что там предельные напряжения давно достигнуты.

Или вы ждёте, что профиль в расчёте сломается? Модель материала, которую вы заложили не подразумевает никакого разрушения. Материал будет деформироваться бесконечно. Задача будет считаться, пока всё ваше поперечное сечение не выйдет за пределы, описанные диаграммой деформирования.

Тут ещё такой момент неочевидный. В качестве формальной характеристики предела прочности в материале, который вы используете, заложено 227,6 МПа, а кривая деформации построена до 239 МПа. Это оттого, что предел прочности заложен как нижний толерантный предел, а кривая построена по матожиданиям. Соответственно в расчёте модель потеряет устойчивость когда всё сечение будет на 239 МПа.

 

[piden 2 874]

2 hours ago, Arteg said:

В чем принципиальная ошибка моего расчета, что в нем профиль выдержал нагрузку без разрушения, просто с сильными пластическими деформациями?

Вы использовали граничное условие Fixed Support, жесткость которого намного превышает жесткость элемента конструкции (кронштейна), который вы откинули. И выше вам все верно рассказали про пластические деформации. Была бы заложена модель разрушения - профиль бы разрушился.

 

2 hours ago, Arteg said:

Расскажите пожалуйста, каким образом задали нарастающую нагрузку

Нагрузка в статике по-умолчанию всегда прикладывается от 0 до того значения, которое вы задали. И так как это статика, то совершенно неважно, за 80 условных секунд, 3600 или 1. В моем расчете - за 1. Просто вы в своем расчете ограничили шаг минимальным значением 1, из-за этого задача не могла сойтись.

 

2 hours ago, Arteg said:

какие были крепления в этом расчете?

Такие:

6 hours ago, Graf Kim said:

граничное условие на место кронштейна поставьте помягче, например пилотный узел с разрешённым в плоскости изгиба поворотом и разрешённым перемещением вдоль оси балки.

Spoiler

Считал 1/4, использовав симметрию.

 

9 minutes ago, Graf Kim said:

@piden отмечал это только как общий недостаток, балка складывается и без этого.

Именно так.

 

9 minutes ago, Graf Kim said:

Но, признаться, я не понял, о какой резьбе речь.

Об этой:

 

2 hours ago, Arteg said:

Профиль будет изготавливаться под нас, и сейчас идет этап его проектирования

Так может лучше взять за прототип нормальный профиль?

Или давайте все вместе спроектируем подходящий) Максимизируем момент сопротивления сечения. Надеюсь, вам известно, что это?

Изменено 29 ноября 2020 пользователем piden

[ДОБРЯК 603]

9 часов назад, piden сказал:

жесткость которого намного превышает жесткость элемента конструкции (кронштейна), который вы откинули. И выше вам все верно рассказали про пластические деформации. Была бы заложена модель разрушения - профиль бы разрушился.

Соединение кронштейна с профилем быстрее разрушится. В этом реальном эксперименте.

Изменено 30 ноября 2020 пользователем ДОБРЯК

[Arteg 73]

@Graf Kim Благодарю за пояснения! 

Я так понимаю, что симметрия сильно сокращает процессорное время?

И еще такой вопрос, как вы задали контакты между двумя половинками кронштейна и между кронштейном и профилем??

Я пытался посчитать кронштейн отдельно, задал между половинками контакт с трением, со значение коэф. трения 0.8 и расчет просто схлопывался почти сразу. Единственный контакт при котором Ansys считал это "Bonded".

Кронштейн с профилем задавать пока даже не пробовал. 

 

29.11.2020 в 18:24, Graf Kim сказал:

Модель материала, которую вы заложили не подразумевает никакого разрушения. Материал будет деформироваться бесконечно.

Да это я понимаю и не жду, что Ansys нарисует мне как профиль разрушится. Я смотрел на эквивалентные напряжения и сравнивал их с предел прочности материала.

 

29.11.2020 в 18:24, Graf Kim сказал:

В качестве формальной характеристики предела прочности в материале, который вы используете, заложено 227,6 МПа, а кривая деформации построена до 239 МПа.

Предел прочности там закладывался 241 МПа. И как раз поэтому я думал, что еле-еле, но профиль держит нагрузку в моем расчете.

 

29.11.2020 в 18:33, piden сказал:

И выше вам все верно рассказали про пластические деформации. Была бы заложена модель разрушения - профиль бы разрушился.

Да, то что модель разрушения не заложена и профиль в расчете не разрушится я понимаю. Но разве более жесткое закрепление (fixed support) не значит, что напряжения на профиль будут больше? (типа более плохой случая нагружения)

 

29.11.2020 в 18:33, piden сказал:

Нагрузка в статике по-умолчанию всегда прикладывается от 0 до того значения, которое вы задали. И так как это статика, то совершенно неважно, за 80 условных секунд, 3600 или 1. В моем расчете - за 1. Просто вы в своем расчете ограничили шаг минимальным значением 1, из-за этого задача не могла сойтись.

Поясните пожалуйста про шаг. Что за минимальное значение, которое я задал 1? (я задал всего 1 шаг нагружения, длительностью в 80 сек с количеством подшагов 80).

Смотря на Вашу визуализацию мне показалось, что нагрузка возрастала постепенно. Профиль гнется сначала чуть чуть, потом сильнее и потом теряет устойчивость и "переламывается". Очень хочется понять, как так расчет провести)

 

29.11.2020 в 18:33, piden сказал:

Так может лучше взять за прототип нормальный профиль?

 

Да профиль то нормальный...Конечно, в Европе требования по прочности таких систем ниже, но тем не менее. Профиль который используется немецкой компанией еще тоньше чем мой.

29.11.2020 в 18:33, piden сказал:

Или давайте все вместе спроектируем подходящий) Максимизируем момент сопротивления сечения. Надеюсь, вам известно, что это?

Да, мне известно что это. Хотя как считать момент инерции такого сложного сечения, чтобы потом момент сопротивления найти я не представляю...В универе на сопромате были задачи на поиск равнопрочных сечений со случаями "сложных" сечение, но там все они состояли из простейших геометрических фигур.

 

Вместе спроектировать подходящий - я был бы счастлив. Я готов опыт впитывать как губка - своего не хватает пока.  Но полностью конструкторский процесс и документы пропускать через публичный форум (публичную тему) возможности нет. Если Вы не шутили и здесь есть возможность какого-то приватного чата или типо того, это была бы просто сказка.

 

P.S. Спасибо всем участникам темы за ваши ответы, время и вовлеченность. 

[Graf Kim 217]

34 минуты назад, Arteg сказал:

Я так понимаю, что симметрия сильно сокращает процессорное время?

Конечно, вы в предельном случае размер модели уменьшите в 4 раза.

34 минуты назад, Arteg сказал:

И еще такой вопрос, как вы задали контакты между двумя половинками кронштейна и между кронштейном и профилем??

Я пытался посчитать кронштейн отдельно, задал между половинками контакт с трением, со значение коэф. трения 0.8 и расчет просто схлопывался почти сразу. Единственный контакт при котором Ansys считал это "Bonded".

Кронштейн с профилем задавать пока даже не пробовал. 

Ух... Вопрос на миллион. Контактная задача - это такое дело, что в двух словах не объяснишь. Если тело удерживается только за счёт контакта, то вам нужно чтобы достаточное "количество" контактов было замкнуто. Количество - не в штуках, конечно, потому в кавычках.

Короче, в контактной задаче мест, где можно напороть - масса.

 

34 минуты назад, Arteg сказал:

Да это я понимаю и не жду, что Ansys нарисует мне как профиль разрушится. Я смотрел на эквивалентные напряжения и сравнивал их с предел прочности материала.

 

34 минуты назад, Arteg сказал:

Предел прочности там закладывался 241 МПа. И как раз поэтому я думал, что еле-еле, но профиль держит нагрузку в моем расчете.

 

Предел прочности 241 МПа - по результатам испытаний? В расчёте кривая построена до 239 МПа. Понятно, что вы никогда не получите 241, если максимальное значение ограничено 239. Хотите посчитать до 241 - заложите свою кривую деформирования.

 

Скрытый текст

 

 

 

34 минуты назад, Arteg сказал:

Да, то что модель разрушения не заложена и профиль в расчете не разрушится я понимаю. Но разве более жесткое закрепление (fixed support) не значит, что напряжения на профиль будут больше? (типа более плохой случая нагружения)

Как раз наоборот. Вспомните сопромат и посчитайте балку на двух опорах и статически неопределимую на двух жёстких заделках. В целом СНС как правило более живучи.

 

34 минуты назад, Arteg сказал:

Поясните пожалуйста про шаг. Что за минимальное значение, которое я задал 1? (я задал всего 1 шаг нагружения, длительностью в 80 сек с количеством подшагов 80).

Смотря на Вашу визуализацию мне показалось, что нагрузка возрастала постепенно. Профиль гнется сначала чуть чуть, потом сильнее и потом теряет устойчивость и "переламывается". Очень хочется понять, как так расчет провести)

 

В статическом расчёте время выступает как параметр, пропорционально которому прикладывается нагрузка. Будет это 0,5 из 1, или 40 из 80 - не важно. Время тут не физическая величина.

 

Изменено 30 ноября 2020 пользователем Graf Kim

[s0ntrava 23]

13 часов назад, Arteg сказал:

@Graf Kim

 

Д Хотя как считать момент инерции такого сложного сечения, чтобы потом момент сопротивления найти я не представляю...В универе на сопромате были задачи на поиск равнопрочных сечений со случаями "сложных" сечение, но там все они состояли из простейших геометрических фигур.

 

в Спейсклейме загружаете вашу 3Д балку, выбираете инструмент Измерение - Массовые свойства - в нем Грань, далее кликаете на торец балки и получаете свои моменты инерции

Изменено 1 декабря 2020 пользователем s0ntrava
пикча