Analiza COSMOSXpress aplicata unei pene paralele

Analiza COSMOSXpress aplicata unei pene paralele

I. Modelarea de tip Part

Deschideti un un nou fisier, de tip Part, in care elaborati o schita plana, in planul Front.

Realizati conturul din figura 11.1.1 a), apoi Exit Sketch.

Extrudati, pe lugimea de 8 mm, pentru a obtine pana, ca in figura 11.1.1 b).

Selectati fata indicata drept 'fata pentru Split Line'. Pe ea, deschideti o schita, in care trasati cu Line, un segment care uneste mijloacele laturilor scurte. Intorceti pana, cu Rotate View, apoi repetati operatia de trasare a segmentului, pe fata plana, paralela cu prima. Inchideti schita.

Activati Insert, Curve, Split Line. In caseta de dialog Split Line, selectati, pentru una dintre fetele afectate de schite, in calitate de Sketch to Project dreapta trasata, iar ca Face to Split, insasi fata. OK. Repetati, pentru cealalta fata plana. Dupa OK, verificati rezultatul: click pe una dintre jumatatile unei fete plane. Veti observa ca va fi selectata, ca fata, doar jumatatea selectata, si nu toata fata, cum era de asteptat. Deci, fiecare fata plana a fost impartita in cate doua semi-fete.

II.  Analiza cu elemente finite

Activati programul atasat de analiza: Tools, COSMOSXpress,. Apare caseta de dialog, in care urmeaza sa introduceti optiunile necesare. Urmati cu acuratete indicatiile furnizate de caseta.

Prima optiune se refera la sistemul de unitati (impuneti ISO) si la locatia salvarilor rezultatelor analizelor (eventual creati un Folder destinat special analizelor).

Next si ajungeti la posibilitatea impunerii materialului: Plain Carbon Steel, pentru a realiza pana din otel carbon obisnuit. Applay, Next.

Impunera constrangerii de pozitie: selectati fata constransa, din partea de jos a penei, ca in figura 11.1.2 a). Fara a adauga sau edita, Next.

Impunerea solicitarii exterioare: optati pentru Force, apoi selectati fata solicitata, pe care se distribuie forta, ca in fig. 11.1.2 b). Schematizarea constrangerii si a solicitarii sunt sugerate de figura 11.1. 3. Mentineti forta perpendiculara pe fata pe care a fost distribuita, apoi impuneti valoarea de 5000 N. Nu adaugati si nu editati nimic.

Treceti la analiza si optati pentru Run. Veti observa procesul de discretizare, urmat de editarea legaturilor si aparitia mesajului prin care sunteti avertizat asupra coeficientului de siguranta, calculat pe baza materialului, dimensiunilor si solicitarii impuse: 0.94, in cazul de fata. Puteti vizualiza zonele periculoase. Next.

Optati pentru prezentarea distributiei de tensiuni von Mises pe model. Veti obtine pana, ca in figura 11.1.4. Veti mai remarca scara deformatiilor, care are valoarea 422, in situatia penei. Valoarea maxima a tensiunii echivalente, de 234 MPa, confirma valoarea coeficientului de siguranta.

In aceeasi etapa, puteti opta pentru o simulare a deformarii, activand butonul Play. Opriti simularea.

Cu Back, reveniti in oricare etapa, pentru a modifica materialul, constrangerile sau solicitarile. Daca inchideti, puteti modifica si dimensiunile, in Feature Manager Design Tree, prin slectare si Edit.

Incercati sa obtineti, prin procedee potrivite, cresterea coeficientului de siguranta peste valoarea 1. Sugestie: mariti lungimea penei, asa cum se procedeaza si in proiectarea reala, apoi reluati analiza.

Inchideti, fara sa salvati.

11.2 Analiza cu elemente finite a rezistentei peretelui unui rezervor cilindric

Aplicatia urmareste exemplificarea modului de utilizare a programului COSMOS in analiza cu elemente finite a unui model 3D si modul de editare a modelului, in functie de rezultate.

Etapele sunt descrise mai jos.

I. Modelul 3D

Prima etapa se refera la realizarea modelului spatial.

Deschideti o schita 2D, de exemplu in planul Front.

Trasati un cerc, cu centrul in originea sistemului de coordonate activ. Impuneti, ca restrictie dimensionala, o cota de 100 mm, ca diametru al cercului.

Activati comanda Extruded Boss∕Base din bara Features, sau selectati comanda din lantul Insert (bara cu meniuri principale), Boss∕Base, Extrude

Se deschide caseta de dialog Extrude, in care setati, ca distanta de extrudare, marimea D₁ = 50 mm. Optiunea pentru destinatie ramane inactiva (mentineti Blind in rubrica) si nu optati nici pentru Draft, Direction 2, Thin Feature sau Selected Contours. OK si veti obtine modelul care reprezinta un cilindru, ca in figura 11.2.1.

Selectati, ca in fig. 11.2.1 fata pentru Shell si activati comanda Shell, direct din bara Features sau prin lantul Insert, Features, Shell Procedura va permite editarea modelului prin realizarea unei entitati prin extragerea de material din obiectul realizat deja. Geometria se pastreaza, in timp ce grosimea de perete dorita se impune.

Se deschide caseta de dialog Shell, in care impuneti, drept grosime de perete,  D₁ = 2 mm. Verificati ca fata selectata anterior sa apara in caseta si ca optiunea Show Preview sa fie activa, pentru a avea imaginea viitorului aspect al modelului. OK. Rezultatul este prezentat in figura 11.2.2. Grosimea de perete de 2 mm este constanta.

Salvati modelul, sub un nume convenabil, de exemplu REZERVOR.sldprt, folosind Save As.

II. Analiza cu elemente finite

Urmeaza un proces de analiza, folosind metoda elementelor finite a tensiunilor echivalente, calculate prin metoda Von Mises, pentru solicitari statice. Pentru aplicarea metodei, sunt necesare cateva precizari: materialul poate fi ales dintr-o lista oferita de program; constrangerile se refera la stabilirea unor zone (de regula fete) fixe, nedeformabile, de legatura a modelului cu mediul (de exemplu sectiuni de incastrare); incarcarea poate fi materializata prin forte sau presiuni, aplicate pe fete selectate de operator.

Discretizarea (impartirea modelului in elemente finite) si calculul interactiunilor si legaturilor se face automat, rezultatul fiind furnizat la solicitarea expresa si prin indicarea modului ales de operator.

Cu modelul deschis, activati programul de analiza prin lantul Tools, COSMOSXpress.

Caseta de dialog COSMOSXpress, activata imediat, permite, prin Options, precizarea sistemului de unitati folosit in continuare (SI sau englez), a locatiei analizei in calculator si a zonelor in care tensiunile vor fi maxime, respectiv minime. Optati pentru SI, pentru salvarea in acelasi fisier in care ati salvat si modelul si pentru indicarea zonelor de tensiune maxima, respectiv minima. Next.

In aceeasi caseta, apare lista de materiale. Selectati, de exemplu, un otel galvanizat pentru instalatii (Steel, Galvanized Steel), Apply, apoi Next.

Urmatoarea fereastra din caseta se refera la constrangeri specifice. Pot fi introduse seturi de fete fixate, care reprezinta constrangerile de pozitie si incarcare. Next.

Selectati fata 'ingusta' din figura 11.2.3 pentru a fi constransa (fixata) si activati optiunea Show Symbol, care va sugereaza constrangerea (incastrare). Next.

Urmatoarea fereastra a casetei permite sa adaugati restrictii (Add), sa modificati restrictiile impuse (Edit) sau sa le stergeti (Delete). Nu activati nici o optiune, deci Next.

Intrati in fereastra destinata descrierii incarcarii exterioare (forte si presiuni). Se pot folosi seturi de incarcari impuse pe fete diferite. Next, fara optiuni.

In urmatoarea fereastra impuneti tipul incarcarii, adica presiune (Pressure). Next.

Incarcarea Load 1 (presiunea interioara din vas) va fi aplicata pe fetele solicitate, pe care le selectati in fereastra, ca in figura 11.2.4. Next.

In noua fereastra, specificati valoarea presiunii (10⁵ Pa, adica 10 e+5) si activati optiunea Show Symbol, pentru a obtine aspectul repartitiei. Daca este nevoie, selectati Flip Direction, pentru a modifica sensul distributiei de presiune. Next.

Urmeaza o noua fereastra de optiune, cu Add, Edit si Delete, privitor la incarcare. Fara noi optiuni, Next.

In fereastra care va solicita sa mentineti setarile existente (optiune recomandata), sau sa le modificati (discretizare, dimensiuni ale elementelor finite si tolerante ale ale lor), selectati Yes, pentru a respecta recomandarea. Next.

Urmatoarea fereastra va invita sa porniti analiza, deci optati pentru Run. Urmeza derularea procesului de analiza. In final, fereastra se schimba.

Coeficientul de siguranta obtinut (FOS), pentru materialul ales, pentru dimensiunile impuse si pentru incarcarea prescrisa, este 0,60481. Optati pentru indicarea directa a zonelor de solicitare in care coeficientul de siguranta este subunitar, adica selectati Show me. Rezultatul este sugerat de figura 11.2.5. Zonele colorate in rosu sunt zonele caracterizate prin tensiuni maxime, periculoase. Next.

Fereastra care urmeaza solicita optiuni referitoare la prezentarea distributiei de tensiuni pe model, la prezentarea formei deformate a modelului incarcat, la realizarea unei lucrari complexe de prezentare a analizei sau la prezentarea grafica, desenta a analizei. Optati pentru afisarea distributiei de tensiuni. Next.

Pe ecran apare distributia de tensiuni, valoarea maxima, de 3,372·10⁷ Pa (33,72 MPa) inregistrandu­se in zona de centru a fundului vasului, iar cea minima, de 0,3884 MPa plasandu­se pe zona cilindrica, spre sectiunea de incastrare, asa cum sugereaza figura 11.2.6. Fereastra de dialog solicita o optiune de prezentare a animatiei deformarii modelului. Simbolul  porneste animatia, pe care se poate urmari procesul de deformare, evolutia distributiei de tensiuni si modificarea valorilor extreme. Stop animatie prin . Pe ecran apar si coeficientul de amplificare grafica a deformatiilor (136) dar si o scara colorata a tensiunilor. Next.

Revine fereastra de dialog cu optiuni referitoare la afisarea rezultatelor. Optati pentru prezentarea formei deformate a modelului. Veti obtine aspectul din figura 11.2.7. Se poate apela si acum la animatie.

Prin Back in caseta de dialog, puteti reveni in oricare etapa a analizei si puteti modifica optiunile initiale. Ulterior, Close, fara salvare.

Din analiza desfasurata rezulta necesitatea modificarii modelului, pentru a asigura un coeficient de siguranta supraunitar. Cum nu se doreste  modificarea materialului, trebuie gasite masuri dimensionale, care sa asigure rezistenta, fara a presupune modificarea esentiala a geometriei modelului.

III.Editarea modelului

Marirea grosimii fundului

Se propune o crestere de grosime de 1mm a fundului recipientului. Procedati dupa algoritmul de mai jos.

a) Deschideti modelul initial.

b) Pozitionati modelul si selectati fata exterioara a fundului, ca in figura 11.2.8.

c) Deschideti o schita si activati comanda Convert Entities, din bara Sketch, sau din lantul Tools, Sketch Tools, Convert Entities. Muchia conturului fetei devine un cerc.

d) Activati Extrude, impuneti o cota de 1 mm, pe directia spre exterior, OK si fundul isi mareste grosimea cu 1mm.

e) Urmati acelasi traseu pentru analiza cu elemente finite desfasurata pentru modelul initial. Aspectul distributiei de tensiuni von Mises, cand se foloseste acelasi material, aceeasi incarcare si aceleasi restrictii este sugerat de figura 11.2.9. Valoarea maxima a tensiunii echivalente se manifesta la periferie, are valoarea de 2,081·10⁷ Pa, in timp ce coeficientul de siguranta creste la valoarea 0,98, foarte apropiata de unitate. Rezultatele sunt mai bune, dar nu complet satisfacatoare. Inchideti, fara salvare.

Urmatoarea etapa este introducerea unei racordari la nivelul fundului. Redeschideti  modelul initial si selectati muchia circulara interioara. Activati comanda Fillet (bara Features), iar in caseta de dialog aferenta, setati Constant radius si o raza de 2 mm. OK si obtineti racordarea. Repetati operatia pentru muchia circulara exterioara, folosind acceasi procedura si aceeasi raza. Activati COSMOSXpress. Urmati procedura obisnuita de acum, dar, atunci cand selectati fetele pe care este aplicata presiunea, impuneti si fata obtinuta prin operatia de racordare, la interior. Veti obtine un coeficient de siguranta de 0,8777, mai mic decat in situatia precedenta, dar zona puternic solicitata (indicata de diagrama care indica locurile in care coeficientul de siguranta este subunitar) se micsoreaza si se plaseaza numai la interior, in zona racordarii. Valoarea maxima a tensiunii este de 2,324·10⁷ Pa. Inchideti, fara salvare.

Influenta cresterii razei de racordare este surprinsa de etapa urmatoare. Deschideti iar modelul initial, in care, prin procedee similare celor anterioare, impuneti raze egale la interior si exterior, cu valoarea de 5 mm. Ulterior reluati analiza. Nu mai apar zone periculoase si se obtine un coeficient de siguranta minim de 1,247. Valoarea maxima a tensiunii von Mises este de 1,636·10⁷ Pa si este atinsa la interior, aproape de muchia racordata, asa cum sugereaza repartitia cu aspectul din figura 11.2.10.