Расчет мембраны для насоса

[dolivanov 7]

Здравствуйте.

Занимаюсь задачей по расчету толщины, диаметра мембраны и ответной части для мембранного насоса.

Толщину и диаметр мембраны подобрали по известной методике по одной книжке.

Параметры получились правдоподобные.

Но решили проверить в Ansys, каковы будут напряжения в мембране и будут ли они ниже предела выносливости материала.

Мембрана осесимметричная, толщина 0.3 мм, радиус 120 мм.

Сначала рассчитал, используя элемент shell208 - одномерный и осесимметричный.

Наибольшие эфф. напряжения составили 154 МПа (в центре мембраны).

Затем взял shell181 (281) и посчитал четвертинку модели с условиями симметрии на торцах. Наибольшие эфф. напряжения оказались в заделке и составили 195 МПа.

Оба значения напряжений проходят по пределу выносливости, но мне неясно, почему они получились разные и намного. А также неясно, почему их локализация также разная?

По теории наибольшие напряжения должны быть в заделке и/или в центре.

Трехмерная теория (осесимметричная постановка с плоскими элементами plane182) дает еще большие напряжения - до 235 МПа. Эти значения также в заделке. По толщине мембраны взял два элемента.

Изменено 14 марта 2014 пользователем dolivanov

[soklakov 1 475]

Возьмите консольнубю балку в солидах. Нагрузите моментом, жестко заделайте. Помельчите сетку в близи углов заделки. Не наталкивает на мысли?

[dolivanov 7]

Попробовал.

Напряжения при мельчении сетки увеличиваются. О чем это говорит?

Изменено 18 марта 2014 пользователем dolivanov

[dolivanov 7]

Сейчас читаю про сингулярность, но пока до меня не дошло, как от нее избавиться в этой задаче.

Я вроде бы понимаю, что если у меня мембрана, то надо использовать оболочечные элементы. Но почему-то тянет к солидам.))

При этом осесимметричные и обычные оболочки дают существенно разные результаты, что на кафедре мне объяснили тем, что в осесимметричной постановке  конструкция получается менее жесткой. С этим я вроде согласен.

Еще кстати заметил, что как только в опции элемента shell оставляю только поведение как мембраны, а изгиб не учитываю, то контакт не ловится, и мембрана пролетает через ответную часть.

Чем больше я узнаю, тем больше вопросов возникает.)

Изменено 18 марта 2014 пользователем dolivanov

[dolivanov 7]

На сколько я понял, в WB можно использовать remote displacement, чтобы избежать сингулярности и высоких значений напряжений в жесткой заделке.

Провел несколько экспериментов по изгибу консольной прямоугольной балки в WB. 

Если ставить в заделке fixed support, то в заделке напряжения растут с уменьшением размера элемента.

Если же ставить remote displacement и задавать в заделке нулевые перемещения и повороты, то напряжения в заделке не зависят от размера сетки. При этом перемещения свободного конца балки (к которому прикладываю силу) совпадают с высокой точностью для обоих вариантов закрепления другого конца.

P.S. Посчитал еще эту же балку аналитически. Получил максимальные значения напряжений в заделке, совпадающие с напряжениями, рассчитанными для условия remote displacement. При этом прогибы свободного конца также совпадают.

Изменено 18 марта 2014 пользователем dolivanov

[dolivanov 7]

Не понял, как в случае, когда тело или оболочка задаются в WB как rigid, их закрепить? В APDL это делается легко через ГУ, а в WB невозможно выбрать такую оболочку при задании fixed support.

[kristeen 355]

Joints > Body to ground > Fixed.

[dolivanov 7]

Joints > Body to ground > Fixed.

Спасибо, работает вроде. Странно, что обычное закрепление в случае абсолютно жесткого поведения не работает.

[kristeen 355]

Сетка-то не строиться для абсолютно жестких тел. Они моделируются массой и моментами инерции. Только если контакт задается, соотв. поверхности покрываются контактными элементами. А обычное закрепление ограничивает степени свободы в узлах, которых у абс. жестких тел нету. Так что ничего странного, что методика работы с ними несколько иная)

[soklakov 1 475]

 вот все бы так)

[dolivanov 7]

 вот все бы так)

как так?)

Я чуть позже покажу результаты, они мне не очень нравятся.

Напряжения получаются в норме, но что-то на контактной поверхности небольшой зазор получается и статус контакта не везде sliding, а частично near именно в области самых высоких напряжений.

Считал и полную модель и четверть. С четвертью похуже - в углах концентрации напряжений получаются, видимо, из-за условий симметрии, которые накладываются на условие закрепления.

[soklakov 1 475]

как так?)

узнать направление и вполне успешно копаться самостоятельно.

[dolivanov 7]

Небольшой отчет.

Постановка задачи  - есть круговая мембрана, защемленная по краю. На нее давит давление 60 кПа. Мембрана должна деформироваться и принять форму ответной части, которая заранее получена из аналитических соображений.

Вчера посчиталась оболочечная модель (360 град. полный круг).

Картинки прилагаю. Наибольшие напряжения - у заделки порядка 110 МПа.

Сетка очень мелкая.

Трехмерная постановка (так же 360 град полный круг) дает такие же значения.

Что меня смущает - неравномерность зазора в контактной паре и то, что статус контакта кое-где "near".

Ранее считал эту же задачу в осесимметричной оболочечной постановке и получил наибольшие напряжения не в заделке, а  в центре. Значения составили 154 МПа.

Формулировка контакта - pure penalty.

 

[kristeen 355]

 

Dark Side of the Moon )

 

Чтотт у меня есть ощущение, что в "полной постановке" и в осесимметричной у Вас немного разные ГУ в заделке.

Если есть интерес, выложите полное условие задачи.

[soklakov 1 475]

защемленная по краю.

Может ли статься, что шарнирное опирание будет адекватнее?

[dolivanov 7]

kristeen, Да, ГУ в заделке и правда разные.

Осесимметричная постановка - жесткая заделка на внешней границе.

Наибольшие напряжения - в центре.

Полная постановка - remote displacement на внешней границе с нулевыми перемещениями и поворотами.

Наибольшие напряжения - в заделке.

Если в полной постановке ставлю жесткую заделку, то получаю сингулярность.

 

защемленная по краю.

Может ли статься, что шарнирное опирание будет адекватнее?

 

Возможно. Попробую с шарнирным опиранием посчитать.

Там суть такая - мембрана зажимается по краю между двумя пластинами или дисками. Я, честно говоря, не знаю, какое ГУ лучше поставить в таком случае.

З.Ы. Пока писал этот пост, уже посчитал осесимметричную оболочку шарнирно опертую по краю. с НДС ничего не поменялось - 150 МПа в центре. Минимум именно в заделке.

Изменено 21 марта 2014 пользователем dolivanov

[soklakov 1 475]

З.Ы. Пока писал этот пост, уже посчитал осесимметричную оболочку шарнирно опертую по краю. с НДС ничего не поменялось - 150 МПа в центре. Минимум именно в заделке.

И это нормально. А вот там, где максимумы в заделке шарнирное опирание может перераспределить напряжения.

Полная постановка - remote displacement на внешней границе с нулевыми перемещениями и поворотами.

Не могу сейчас сказать что именнно, но в remote displacement на цилиндрическую грань может быть что-то не чисто.

По крайней мере стоит помнить, что перемещения и повороты в этом контексте  - это степени совбоды мастер-узла.

[dolivanov 7]

Шарнирное закрепление дало также наибольшие напряжения в заделке величиной 180 МПа.

Еще я посчитал с remote displacement, но разрешил повороты, по сути получилось шарнирное подкрепление. Напряжения также выросли (125 МПа) по сравнению с жесткой заделкой.

Что-то я в ступоре - что мне брать в качестве результата, пока совсем неясно. Все эти величины меньше предела выносливости, но что-то мне совсем не нравится такой разброс в значениях.

[dolivanov 7]

А вообще, шарнир здесь не очень подходит. Так как мембрана именно защемлена между дисками. Поворот там никак невозможен.

[soklakov 1 475]

ембрана именно защемлена между дисками. Поворот там никак невозможен.

Я ж не спорю) 

По теории наибольшие напряжения должны быть в заделке и/или в центре.

По какой теории? Что используете в качестве точки отсчета? Я так понимаю, задача с контактом? Может для начала разобраться на одиночной мембране, да с аналитикой посравниваться?