Ansys WB (Nonlinear )Контактная задача

[Arteg 73]

 

Господа, всех приветствую!

Вновь обращаюсь к Вам за помощью!

 

Описываемая ниже задача частично является продолжение 2ух моих предыдущих тем. По традиции - длиннопост)

 

Задача: 

Смоделировать статическое испытания каретки.

Нагрузка: 15 кН вертикально вниз.

Пластические деформации допустимы и будут 100%.

 

Составляющие каретки:

1. Корпус. Материал - АД35Т1.

2. Штифт, жестко закрепленный в корпусе. Материал - 08Х18Н10Т (нерж.сталь).

3. Ухо, через которое продет штифт. Ухо может свободно поворачиваться во круг штифта, пока не упрется в корпус каретки спереди или сзади.

4. Ролики каретки (4 цилиндра на корпусе) для упрощения сделаны с корпусом единым телом. В реальности они будут стальные, и будут закрепленный на осях, закрепленных в корпусе. В данной задаче принятое упрощения, считаю, допустимо.   

Геометрия во вложении

 

Материалы:

АД35Т1

 

08Х18Н10Т (AISI 304)

 

 

Контакты:

1. Штифт - корпус

 

 

2. Ухо - корпус

 

 

3. Ухо - штифт

Изначальное касание имеется.

 

Сетка:

 

Нагрузка:

 

Закрепления:

В реальности, каретка скользит по профилю (который в данном расчете не учитывается), по его плоским наклонным поверхностям, и между роликами каретки и профилем будет контакт с трением. 

При испытании/расчете вместе с профилем корпус каретки будет раздвигаться, стремясь с него соскочить, но это я буду моделировать позже.

Сейчас для максимального упрощения задачи, на ролики просто задана Fixed Support. (далее будет ясно почему)

 

Analysis Settings

 

 

ПРОБЛЕМА

При всех описанных выше параметрах расчет разваливается сразу, не сходится даже 1ый шаг. Начинает строится график Force Convergence почти с параллельными друг другу кривыми, потом Bisection (буду благодарен, если поясните что именно это такое? до конца не понял, когда читал), еще немного итераций и все.

 

При этом, если изменить контакт 3. Ухо - штифт с Frictional на Bonded, то расчет замечательно решается. Ухо деформируется весьма близко к реальности, по моему опыту.

Непонятно правда, почему корпус каретки совсем не затронут, но наверное это из-за Fixed Support.

 

При решении задачи вместе с профилем (каретка с трением контактируем с профилем, профиле закреплен), ситуация почти аналогичная..

 

Пожалуйста, помогите разобраться в чем проблема?

Может быть следует сделать дополнительные настройки контактов или задать дополнительные контакты?

 

@karachun @piden @Graf Kim @DrWatson @Orchestra2603 @AlexArt @ДОБРЯК @imt

Очень всех жду)

Assmbly V5.x_t

[Arteg 73]

@DrWatson Увы, но результат не очень достоверный.

Как ты закрепил корпус каретки на профиле?

 

У тебя получается, что корпус каретки вообще никак не сдвинулся, и не напряжен.

 

 

Это старая картинка. 

В этом расчете материал задан совершенно не корректно. Кроме того, контакт Ухо-профиль задан как Bonded, Ухо-Штифт - Frictional.

Тем не менее, тут характер того как поведет себя каретка, мне кажется, близок к истине.

Она поворачивается, повисает на профиле только на верхних колесах, а нижние колеса отрываются от плоской части профиля, и торцом упираются в выступ на профиле.

Изменено 6 февраля 2021 пользователем Arteg

[Jesse 963]

51 минуту назад, DrWatson сказал:

Контакты все нелинейные, коэф. трения 0,15. 

к слову, алюм по стали 0,4 не меньше в разных источниках, но не в этом суть, а

 

48 минут назад, Arteg сказал:

получается, что корпус каретки вообще никак не сдвинулся, и не напряжен.

 

49 минут назад, Arteg сказал:

повисает на профиле только на верхних колесах, а нижние колеса отрываются от плоской части профиля, и торцом упираются в выступ на профиле.

а я контакт между колёсиками и профилем вообще не задавал. Они ведь не участвуют в стопорении каретки. Почти..
 

[ДОБРЯК 606]

7 часов назад, Arteg сказал:

Она поворачивается, повисает на профиле только на верхних колесах, а нижние колеса отрываются от плоской части профиля, и торцом упираются в выступ на профиле.

Каретка не может повиснуть на колесах. Колеса спроектированы, чтобы каретка каталась.

Каретка катается на колесах. В данном варианте закрепления и вверх и вниз. В зависимости от того куда приложена сила.

Сила трения от пружины легко считается на бумажке. Если приложенная сила будет больше силы трения то каретка скатится до упора.

У вас сила 1.5 т вот и определите какая должна быть сила пружинки.

Для этого МКЭ не нужен.

 

 

7 часов назад, Jesse сказал:

а я контакт между колёсиками и профилем вообще не задавал. Они ведь не участвуют в стопорении каретки. Почти..

Конечно не участвуют. они для этого и спроектированы чтобы кататься при данной нагрузке.

[imt 59]

11 часов назад, Arteg сказал:

У тебя получается, что корпус каретки вообще никак не сдвинулся, и не напряжен.

Похоже, эта картинка для деформаций, а не напряжений. Поэтому она вся синяя (перемещения близки к нулю).

И вообще, какая-то сложная постановка задачи.

Как уже заметил soklakov, если надо посчитать НДС при стопорении каретки, то надо рисовать взаимное положение деталей в этот момент. 

Определитесь, что Вы хотите:

1. Спроектировать конструкцию

2. Решить задачу в АНСИС

 

 

И в том и другом случае задачу надо упрощать, наращивая сложность постепенно

Вы уже провели испытания, в чем основная проблема?

В профиле, каретке, колесиках или крючке? 

12 часов назад, Arteg сказал:

Тем не менее, тут характер того как поведет себя каретка, мне кажется, близок к истине.

Она поворачивается, повисает на профиле только на верхних колесах, а нижние колеса отрываются от плоской части профиля, и торцом упираются в выступ на профиле.

Характер поймали, раскручивайте дальше

[imt 59]

12 часов назад, Arteg сказал:

Тем не менее, тут характер того как поведет себя каретка, мне кажется, близок к истине.

Она поворачивается, повисает на профиле только на верхних колесах, а нижние колеса отрываются от плоской части профиля, и торцом упираются в выступ на профиле.

А что с контактами колесиков каретки?

У Вас верхнее колесо приклеено к профилю?

Насколько понимаю, пока у Вас задача чисто кинематическая.

Поэтому для начала добейтесь, чтобы АНСИС решал ее "кинематически", т.е.

1. Верхние колеса приклеиваем к профилю. Они ведь не двигаются при стопорении? Правильно?

2. Пока замените Штифт вращательным шарниром (Revolute).

3. Контакт Ухо-профиль задайте без трения.

Думаю, в такой постановке АНСИС решит проблему без труда и будет корректно моделировать работу механизма

4. Для нижних колес добавьте контакт с выступом без трения. Иначе каретка не бут вставать в распор 

[ДОБРЯК 606]

36 минут назад, imt сказал:

Насколько понимаю, пока у Вас задача чисто кинематическая.

Поэтому для начала добейтесь, чтобы АНСИС решал ее "кинематически", т.е.

1. Верхние колеса приклеиваем к профилю. Они ведь не двигаются при стопорении? Правильно?

Это кинематическая задача, механизм. Для этого ролики и сделаны. 

И если вы ролики приклеите или приварите ролики, то это будет другая задача. 

[imt 59]

3 минуты назад, ДОБРЯК сказал:

Это кинематическая задача, механизм. Для этого ролики и сделаны. 

И если вы ролики приклеите или приварите ролики, то это будет другая задача. 

Другая, да не совсем...

Задача не сходится, потому что АНСИС, скорее всего, не может определиться с положением механизма, не может решить ее "статически".

Если верхние колеса приклеить, то сможет. Если между верхними колесами и кареткой задать вращательный шарнир, то задача посчитается с точность вполне достаточной для инженера-конструктора  

 

[Graf Kim 217]

Ну так понятно, что механизм действия самостопорящийся. Если дёргать каретку вниз, она за счёт профиля кулачка проворачивает его и стопорит. Статика здесь может решиться, если геометрию привести к моменту, непосредственно когда стопор срабатывает - все зазоры выбраны, тела в касании. Дальше начинаются вопросы. 

@Arteg а что вы там говорили про каретку? Она гарантированно держит 15 кН? Её не сдёргивает с профиля? И 15 кН не достаточно, чтобы стопор скользил по профилю не взирая на закрытое положение?

 

 

Изменено 7 февраля 2021 пользователем Graf Kim

[imt 59]

10 минут назад, Graf Kim сказал:

Статика здесь может решиться, если геометрию привести к моменту, непосредственно когда стопор срабатывает - все зазоры выбраны, тела в касании.

А на первом шаге что делали, чтобы кулачок зацепился?

[imt 59]

Судя по картинке, механизм чисто кинематически плохо работает, т.к. проскакивает мертвую точку на кулачке и теряет опору на нижнем ролике.

Или так и задумано?

[ДОБРЯК 606]

41 минуту назад, Graf Kim сказал:

Ну так понятно, что механизм действия самостопорящийся. Если дёргать каретку вниз, она за счёт профиля кулачка проворачивает его и стопорит.

Это механизм и никакая КЭ программа не определит НДС если не закрепить по оси приложенной силы. 

Если вы не закрепляете каретку и дергаете вниз то каретка улетит. 

А если привариваете ролики, то зачем тогда ролики нужны...

[imt 59]

3 минуты назад, ДОБРЯК сказал:

то механизм и никакая КЭ программа не определит НДС если не закрепить по оси приложенной силы. 

Если вы не закрепляете каретку и дергаете вниз то каретка улетит. 

А если привариваете ролики, то зачем тогда ролики нужны...

Ну, на картинке же видно, что АНСИС определяет НДС и каретка не улетает.

Верхние ролики надо приварить только в начальный момент, пока кулачок не зацепился. После того, как зацепился, контакт с роликом можно деактивировать 

[ДОБРЯК 606]

2 минуты назад, imt сказал:

Верхние ролики надо приварить только в начальный момент, пока кулачок не зацепился.

Сначала сварщик приварит потом приложить силу потом сварщик отварит.

 

За что будет цепляться кулачок если убрать закрепление верхнего ролика? 

Чтобы определить НДС должно быть равновесие приложенных и опорных сил.

В модели это сила по оси Z должно быть закрепление по оси Z.

Как только вы уберете закрепление верхнего ролика каретка улетит.

[imt 59]

11 минут назад, ДОБРЯК сказал:

Сначала сварщик приварит потом приложить силу потом сварщик отварит

Как-так...

12 минут назад, ДОБРЯК сказал:

За что будет цепляться кулачок если убрать закрепление верхнего ролика? 

А в реале он за что цепляется?

14 минут назад, ДОБРЯК сказал:

В модели это сила по оси Z должно быть закрепление по оси Z.

Как только вы уберете закрепление верхнего ролика каретка улетит.

Мы видели результаты @Graf Kim и  @DrWatson

К сожалению, оба молчат, и трудно сказать, насколько "физичны" их фокусы, чтобы каретка не улетала...

[ДОБРЯК 606]

7 минут назад, imt сказал:

А в реале он за что цепляется?

Только сила трения. Которая зависит от жесткости пружинки. Будет удерживать каретку от сползания до кронштейна крепления.

Это же уже обсудили. На второй круг идем???

6 часов назад, ДОБРЯК сказал:

Каретка не может повиснуть на колесах. Колеса спроектированы, чтобы каретка каталась.

Каретка катается на колесах. В данном варианте закрепления и вверх и вниз. В зависимости от того куда приложена сила.

Сила трения от пружины легко считается на бумажке. Если приложенная сила будет больше силы трения то каретка скатится до упора.

У вас сила 1.5 т вот и определите какая должна быть сила пружинки.

Для этого МКЭ не нужен.

 

[imt 59]

7 минут назад, ДОБРЯК сказал:

Только сила трения.

Ну и .... Совсем- совсем нет способа в статике решить? А если не в статике?

 

8 минут назад, ДОБРЯК сказал:

На второй круг идем???

Не ... Я не пойду 

9 минут назад, ДОБРЯК сказал:

Каретка не может повиснуть на колесах. Колеса спроектированы, чтобы каретка каталась.

Каретка катается на колесах. В данном варианте закрепления и вверх и вниз. В зависимости от того куда приложена сила.

Сила трения от пружины легко считается на бумажке. Если приложенная сила будет больше силы трения то каретка скатится до упора.

Все верно, кроме того , что каретка не может повиснуть на колесах. Все зависит от силы трения

Если приложенная сила будет меньше силы трения, то каретка застопорится.

[DrWatson 128]

27 минут назад, imt сказал:

Все верно, кроме того , что каретка не может повиснуть на колесах. Все зависит от силы трения

Если приложенная сила будет меньше силы трения, то каретка застопорится.

Все верно. Но как раз сила трения и неизвестна. В предыдущем своем ответе я поставил все контакты с трением 0,15 и запретом перемещения каретки по оси Z (просто в одной точке). В этом случае кольцо проворачивалось и немного вдавливало рельс. Однако как выясняется, при эксперименте происходит другой эффект. Значит нужно подгонять расчет под эксперимент, что я люблю (нет). Из исходных данных коэффициенты трения нужно подобрать, чтобы получить требуемый характер деформации.

Штош... Делаем несколько итераций, смотрим, какое трение в каждом из контактов будет правдоподобно моделировать эксперимент.

Это с незафиксированной кареткой. Увы, силу приходиться в этом случае пускать не строго вертикально, а с небольшим уклоном к рельсу, чтобы она не улетала свободно вниз. 

Получается примерно так (Впрочем @Graf Kim уже добавил вполне понятный и показательный результат):

 

https://tenor.com/view/gif-20276463

 

https://tenor.com/view/gif-20276516

 

https://tenor.com/view/gif-20276533

 

Изменено 7 февраля 2021 пользователем DrWatson

[ДОБРЯК 606]

26 минут назад, imt сказал:

Ну и .... Совсем- совсем нет способа в статике решить? А если не в статике?

В динамике еще появятся силы инерции. Но закреплений дополнительных не будет.

Тот кто решил пусть объясняет как закрепил как нагрузил?

[DrWatson 128]

52 минуты назад, imt сказал:

К сожалению, оба молчат, и трудно сказать, насколько "физичны" их фокусы, чтобы каретка не улетала...

На десять))) Я просто подогнал под ожидаемое поведение механизма)))

Изменено 7 февраля 2021 пользователем DrWatson

[ДОБРЯК 606]

 

22 минуты назад, DrWatson сказал:

Это с незафиксированной кареткой. Увы, силу приходиться в этом случае пускать не строго вертикально, а с небольшим уклоном к рельсу, чтобы она не улетала свободно вниз. 

Есть же пружинка можете сразу задать горизонтальную силу. Но чтобы каретка не сползла при силе 1.5 т и коэффициенте трения 0.15 можете сразу ее определить.

Для этого КЭ не нужны...

Эта сила равна = 10 т.

Изменено 7 февраля 2021 пользователем ДОБРЯК