Расчет нагрузки ролика на плоскость

[kaktus770 2]

Доброго времени суток! Возникла нужда расчитать нагрузку от стального ролика на латунную пластину. Сам я не настолько в теме, и был бы признателен за помощь. 
Если я правильно понимаю, контакт ролика и пластины представляет из себя линию. Следовательно при увеличении плотности сетки значение коэффициента запаса прочности уменьшается, и по идее будет уменьшаться, пока сетка не будет сопоставима с линией контакта. 
Но Солид начинает падать задолго до такой плотности :) Здравый смысл подсказывает мне, что для таких ситуаций есть приемлемое значение плотности сетки. И как вообще ведется подобный расчет? 
Пы.Сы. Просьба не пинать за возможно глупый вопрос :)

[kaktus770 2]

Спасибо! Пытаюсь повторить ваш расчет, но навыков не хватает. Если не сложно, проясните пару моментов:
 в крайнем изображении в окне симуляции непонятно присутствие третьего тела (SolidBody4)?
 наличие двух комплектов креплений(и для чего Циклическая симметрия)? 
 как применить ролик/ползун к коническому ролику?
 И если можно, скриншот с развернутыми Соединениями и Креплениями.

[Jesse 958]

@kaktus770
вот файл расчёта. Вчера забыл приложить за обилием картинок..)ролик-втулка (треть).SLDPRT Версия 2019сп5

35 минут назад, kaktus770 сказал:

непонятно присутствие третьего тела

я одно тело разбил на несколько, так же как и некоторые грани бил линиями разъёма что там где нужно сетку замельчить, а там где не надо оставить глобальный размер сетки

 

36 минут назад, kaktus770 сказал:

наличие двух комплектов креплений

на каждую пару граней двух разных тел.)

 

36 минут назад, kaktus770 сказал:

как применить ролик/ползун к коническому ролику

это скользящая заделка. можно применять к любым плоским граням.
Короч, многие ответы найдёте в файле. Крайний расчёт справа.

У меня напряги в зоне контакте превысили напряжения текучести. Вы ручным способом решите для начала как выше писали. Там намного больше определённости. Для контакта конических граней должно быть приближённое аналитическое решение

 

[kaktus770 2]

Проверьте пожалуйста мой дилетантские умозаключения. Посчитал на бумажке ролик по формулам отсюда https://en.wikipedia.org/wiki/Bearing_pressure для Hertz contact stress in the case of a male cylinder-female cylinder contact. Уж лет двадцать я таким не занимался, так что возможны косяки. На выходе получилось у меня maximal pressure is in the middle = 51 N/mm2 если я правильно понимаю. 

Пятно контакта b получилось 2,73мм. А дай думаю попробую в простейшей симуляции СВ  сетку 2,73мм сделать. И получил сопоставимые результаты (85 MPa). Вопрос: это случайность, или таким способом можно примерно прикинуть и конический ролик?..

[kaktus770 2]

Для шарика в сферическом отверстии тоже работает: на бумажке 212 МРа, СВ 198МРа Чьёрт подери...

[karachun 2 038]

46 минут назад, kaktus770 сказал:

Посчитал на бумажке ролик по формулам отсюда

Можете еще попробовать эту формулу, отсюда (стр. 627).

https://pnu.edu.ru/media/filer_public/2013/04/10/2-9_pisarenko-yakovlev_spravochnik-sopromat_1988.pdf

Можно посчитать напряжения для меньшего диаметра конуса. для большего и посередине и посмотреть как напряжения будут отличаться.

46 минут назад, kaktus770 сказал:

Вопрос: это случайность, или таким способом можно примерно прикинуть и конический ролик?.

Единственный способ это проверить это посчитать при более мелкой сетке и убедиться что напряжения не изменились. Если они сильно поменяются но нужно мельчить сетку дальше, до сходимости.

 

Простых ответов, наподобие: "можно взять размер сетки 1 мм и не думать головой" у меня для вас нет.

6 минут назад, kaktus770 сказал:

Для шарика в сферическом отверстии тоже работает: на бумажке 212 МРа, СВ 198МРа

А вы хотели чтоб не работало?

 

Подшипники и зубчатые передачи проектировали с учетом контактных напряжений задолго до возникновения солидворков.

48 минут назад, kaktus770 сказал:

И получил сопоставимые результаты (85 MPa).

Обратите внимание на эту формулу, для цилиндров (цилиндр-цилиндр, цилиндр-плочкость).

Максимальные напряжения в 1.27 раз больше чем площадь площадки контакта/силу. То есть даже поделив площадь на силу вы получите напряжения похожего порядка.

 

Правда в солидворке вы получили напряжения выше расчетных а не ниже.

Изменено 3 апреля 2021 пользователем karachun

[kaktus770 2]

10 минут назад, karachun сказал:

Можете еще попробовать эту формулу, отсюда

Меня смутило в ней отсутствие длины ролика - а это кмк существенная переменная. 

11 минут назад, karachun сказал:

Единственный способ это проверить это посчитать при более мелкой сетке и убедиться что напряжения не изменились. Если они сильно поменяются но нужно мельчить сетку дальше, до сходимости.

В том-то и дело, что уменьшение сетки ведет к увеличению напряжения, и даже в симуляции Jesse если еще уменьшать сетку, то напряжение продолжает расти. А если использовать шаг сетки сопоставимый расчетному пятну контакта, то СВ выдает результаты сопоставимые расчетным... Или я дурею к ночи... 

[karachun 2 038]

27 минут назад, kaktus770 сказал:

Меня смутило в ней отсутствие длины ролика - а это кмк существенная переменная.

В той формуле q=F/l [Н/м]. Это распределенная по длинне нагрузка. Посмотрите немного выше, с начала главы, где идут определения.

[karachun 2 038]

45 минут назад, kaktus770 сказал:

то СВ выдает результаты сопоставимые расчетным

Значит вы что-то делаете не так? Может быть проблема в том что конус будет скользить в осевом направлении а а линейной статике скользящий контакт считается плохо. Может проблемы в настройках.

С замельчением сетки и контактные и эквивалентные напряжения сходятся и результат получается очень близким к аналитическому значению (здесь сетка даже избыточная).

 

 

Скрытый текст

 

 

 

 

 

 

 

 

Предлагаю вам для начала не бросаться сразу на конус в 3Д а ограничиться контактом цилиндр-поверхность в двумерной постановке. Опять же - можно заменить контакт конуса на несколько плоских задач, для разных диаметров конуса.

 

Чтобы сделать достаточно мелкую сетку в 3д, может понадобиться и миллион элементов и еще больше. Такое будет очень тяжко просчитать. Если непременно нужен МКЭ то может лучше свести задачу к двумерной постановке.

 

 

Вообще вам нужно определить контактные напряжения или нужно именно посчитать что-то в солидворке?

Если хорошо поискать по справочникам то можно найти формулы и для конических поверхностей. Ведь существуют конические подшипники, их как-то проектируют, рассчитывают.

[kaktus770 2]

10 часов назад, karachun сказал:

Вообще вам нужно определить контактные напряжения или нужно именно посчитать что-то в солидворке?

Только контактные напряжения. Просто мне казалось, что в СВ это сделать - как два пальца об асфальт И моск напрягать не надо А оно вон как... 

Я правильно понимаю, что если я посчитаю напряжения применительно к малому диаметру конуса, то это будет вполне нормально для практических нужд? Даже с запасом приличным.

[karachun 2 038]

1 час назад, kaktus770 сказал:

Я правильно понимаю, что если я посчитаю напряжения применительно к малому диаметру конуса, то это будет вполне нормально для практических нужд?

Хм, интуиция подсказывает что - да. Тем более что разница между диаметрами конуса большая  - результаты будут в значительный запас.

 

1 час назад, kaktus770 сказал:

Просто мне казалось, что в СВ это сделать - как два пальца об асфальт И моск напрягать не надо

Нет. так не бывает. Для того чтобы посчитать в любой МКЭ программе надо знать и аналитику и уметь работать в МКЭ. Знаний надо больше чем для расчета по аналитическим формулам.

[Jesse 958]

16 часов назад, karachun сказал:

Можете еще попробовать эту формулу, отсюда (стр. 627).

кстати, опасные напряжения у меня тоже получчаются действительно не прям в зоне контакте, а чутка ниже. Вот вывел эпюру в разрезе. Мораль: надо мельчить не по грани, а выделять отдельным телом и его мельчить, т.к. по глубине (у меня по крайней мере) сетка грубовата...

п.с.: это в СВ членить на тела, в отдельных САЕшках инструменты специальные есть..Как с этим делом в Фемапе кстать?

4 часа назад, kaktus770 сказал:

Только контактные напряжения.

по идее хорошо бы учесть и трение: ролики, наверняка, хорошо обработанные. А втулка?

 

4 часа назад, kaktus770 сказал:

И моск напрягать не надо А оно вон как... 

поверьте: чем чаще напрягать "моск", тем качественнее результат 

16 часов назад, kaktus770 сказал:

В том-то и дело, что уменьшение сетки ведет к увеличению напряжения, и даже в симуляции Jesse если еще уменьшать сетку, то напряжение продолжает расти

при прочих равных условиях при уплотнении сетки вы всегда будете получать бо'льшие напряжения; вопрос, будут ли они сходиться или нет. 
Короч, вам сюда..
https://cccp3d.ru/topic/71215-полезные-советы-начинающим/?tab=comments#comment-638768

Многие прошли через эту славную тему.. 
К слову: на собственную частоту и на перемещения сетка уже не так сильно влияет, как на напряжения

Изменено 4 апреля 2021 пользователем Jesse

[karachun 2 038]

1 час назад, Jesse сказал:

кстати, опасные напряжения у меня тоже получчаются действительно не прям в зоне контакте, а чутка ниже.

Прямо в месте контакта все три главных напряжения будут велики и из-за этого эквивалентное напряжение будет не таким большим.

1 час назад, Jesse сказал:

Как с этим делом в Фемапе кстать?

Можно рассечь КАД геометрию на отдельные тела и потом замешить их сеткой разного размера и склеить Bonded контактом.

Если задача двумерная то можно обойтись и одной плоскостью или телом, нужно только задать переменный размер элемента по кривой.

https://youtu.be/7ELOeTIxXPs?t=820

[Jesse 958]

2 часа назад, karachun сказал:

нужно только задать переменный размер элемента по кривой.

ну вот это я и хотел увидеть..)

з.ы.: не сразу увидел твои картинки посчитанные. у тебя так и сделано - замешано отдельное тело с плотной сеткой

19 часов назад, karachun сказал:

(здесь сетка даже избыточная).

ну да. Особенно в глубинке тела такая точная сетка ни к чему...

Изменено 4 апреля 2021 пользователем Jesse

[karachun 2 038]

28 минут назад, Jesse сказал:

у тебя так и сделано - замешано отдельное тело с плотной сеткой

Там вообще пришлось работать с сеткой без геометрии. В области контакта окружность после рассечения превращалась в тыкву сплайн, который слабо напоминал окружность и результаты были соответствующие.

Пришлось в области около контакта оставить пустой квадратный участок. В екселе я посчитал координаты узлов по уравнению окружности. С помощью макроса построил узлы а потом, с помощью другого макроса, построил элементы по узлам. Вот они и образовали центральную, регулярную часть.

И это 2Д сетка, двумерная задача.

[Jesse 958]

@karachun мда.. с гексами всё таки поприятнее работать..)
не толкьо в плане размерности сетки, но и на результаты ведь влияет, когда сильно нерегулярная тетровая сетка в задачах потери устойчивости, или для гиперэластиков каких-нибдуь, в сильно-нелинейных задачах.
Симулейшн, в основном, для конструкторов предназначен, а они как правило железки считает. А железякам в линейной зоне плевать какая-сетка..) ну, получится в 1,5-2 раза тяжелее - да и хрен с ним с этой сеткой.
Наверно какая-то такая логика у разрабов..)

[karachun 2 038]

38 минут назад, Jesse сказал:

ну да. Особенно в глубинке тела такая точная сетка ни к чему...

Но по мере удаления от зоны контакта размер элементов растет.

 

 

@Jesse Основное преимущество - гексы можно безболезненно вытягивать по одному или двум направлениям. Тетра же при этом сильно портится.

Изменено 4 апреля 2021 пользователем karachun

[Jesse 958]

2 минуты назад, karachun сказал:

Но по мере удаления от зоны контакта размер элементов растет

да, но не сильно)

 

4 минуты назад, karachun сказал:

В екселе я посчитал координаты узлов по уравнению окружности. С помощью макроса построил узлы а потом, с помощью другого макроса, построил элементы по узлам. Вот они и образовали центральную, регулярную часть.

чего не сделаешь ради попадания в аналитику!)

[Jesse 958]

31 минуту назад, karachun сказал:

Основное преимущество - гексы можно безболезненно вытягивать по одному или двум направлениям. Тетра же при этом сильно портится.

чёртов торсион. да будь он проклят!

[ak762 307]

On 4/3/2021 at 1:26 PM, Jesse said:

Короч, многие ответы найдёте в файле.

 

On 4/2/2021 at 11:24 PM, Jesse said:

Результаты странные:

непонятно если между роликом и втулкой зазор ~0.04, то перемещяя ролик на 0.01 как вообще результаты могут быть не странные

[Jesse 958]

10 часов назад, ak762 сказал:

непонятно если между роликом и втулкой зазор ~0.04, то перемещяя ролик на 0.01 как вообще результаты могут быть не странные

Это тест был с меньшим перемещением. Результат тот же. 

Так и не понял в чем прикол...

А так печеньку за внимательность