Схемы проекта в системе ansys

Курсовая работа

Численное моделирование и анализ характеристик конструкционной прочности и теплового состояния конструкций

«Расчет вала с диском центробежного компрессора»

Вариант 7

 

 

Выполнил:

Студент

группы 2О-401С

Кравченко Ю.А.

 

Проверил:

Матушкин Антон

Алексеевич

 

 

Москва, 2017г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение. 3

2. Исходные данные. 4

2.1 Чертежи. 4

2.2 Граничные условия. 6

3. Схемы проекта в системе ansys. 8

4. Создание модели вала и компрессора.. 9

5. Построение Мкэ-модели.. 10

6. Задание тепловых нагрузок.. 11

7. Результат теплового расчета.. 12

8. Задание частоты вращения.. 12

9. Результат совместного расчета.. 13

10. Нахождение максимальной частоты вращения.. 15

11. Построение диаграммы Кэмпбелла.. 17

12. Проведение сеточной сходимости. 18

13..Оптимизация 3D модели по диаметру вала и углу (В) 19

14. Выводы.. 21

 

 

Введение

Целью работы является исследование модели вала и компрессора в процессе его работы на режиме на прочность при температурном воздействии, а также получение частотных характеристик вала при выходе на рабочий режим.

Провести оптимизацию параметров вала для уменьшения опасных напряжений и увеличения его надежности.

 

Исходные данные

Чертежи

Рисунок 1 – Чертеж вала

Для варианта 7 заданная длина вала 300 мм

Рисунок 2 – Чертеж компрессора

 

Граничные условия

Материал был задан при помощи «EngeneeringData» – интерфейс для управления базой данных физических и механических свойств материалов, а также входных параметров математических моделей.

Материал валаХ18Н9T. Свойства материала представлены на рисунках 3-6.

Рисунок 3 –Плотность материала

Рисунок 4 – Коэффициент температурного расширения

Рисунок 5 – Модули упругости

Рисунок 6 – Коэффициент теплопроводности

 

Материал компрессора Ст45. Свойства материала представлены на рисунках 7-10.

 

Рисунок 7 - Плотность

Рисунок 8 – Коэффициент температурного расширения

Рисунок 9 – Модули упругости

Рисунок 10–Коэффициент теплопроводности

Частота вращения 60000 об/мин. На поверхностях крепления подшипников имитация абсолютно жёстких опор. Температура левой части сборки 20С, а правой 400С.

· Рассчитать на прочность

· Провести сеточную сходимость

· Найти максимально допустимую частоту вращения

· Найти собственные частоты и формы колебаний

· Для 3D модели провести оптимизацию по диаметру вала и углу (B) c целью минимизации массы и напряжений.

Создание модели вала и компрессора

На рисунке 12 изображена модель сборки вала и компрессора, созданная по исходным данным из пункта 2.

 

Рисунок 12 – модель сборки вала и компрессора

 

Построение Мкэ-модели

Создание расчетной сетки для построенного диска. Информация о сетке и вид ее представлены на рисунках 13 и 14.

Рисунок 13

Рисунок 14

Рисунок 15 – МКЭ–модель вала и компрессора

Задание тепловых нагрузок

Нагружаем вал и диск компрессора в соответствии с исходными данными.

Рисунок 16 – Температурные условия для модели

 

Результат теплового расчета

По заданным температурным нагрузкам было рассчитано распределение температур. Полученные результаты представлены на рисунке 17.

Рисунок 17 – Распределение температур

Задание частоты вращения

Задаем частоту вращения для вала с диском компрессора - 60000 об/мин. Проверяем какую максимальную частоту вращения выдержит вал с диском компрессора, при заданных материалах. Условия нагружения представлены на рисунках18 и 19, так же на рисунке 20 приведеныграничные условия для вала.

Рисунок 18–Параметры частоты вращения

Рисунок 19 – Задание частоты вращения

Рисунок 20 – Граничные условия

Оптимизация 3D модели по диаметру вала и углу (В)

При оптимизации по параметрам мы изменяли выходные размеры для нахождения наименьших значений массы и напряжения, при частоте вращения равной 60000 об/мин.

Рисунок 28 – Изменение радиуса вала

Рисунок 29 – Изменение угла наклона ступицы вала

В desing of experiments по заданным значениям получаем:

В «ResponseSurfaceOptimization» получаем минимальные значения массы и напряжений:

 

 

В «Optimization» делаем оптимизацию по минимуму:

По результатам расчетов определены оптимальные значения диаметра и параметра (В) при минимальных значениях напряжении и деформации:

В таблице представлено сравнение параметров до и после оптимизации:

	Rвал, мм	Угол, °	Напряжения, МПа	Масса, кг
До оптимизации	9,5			0,45615
После оптимизации	12,45		279,7	0,45615

 

 

Выводы

В курсовой работе мы рассматривали вал и колесо компрессора в плане объекта изучения. В результате расчетов было определены поле температур, деформации и напряжения, действующие на вал и диск компрессора, а также определили запас прочности для вала и диска компрессора. Так же мы провели сеточную сходимость вала и диска компрессора, и определили оптимальное число параметра сетки. Провели оптимизацию по заданному диапазону изменений параметров и нашли оптимальное значение массы и напряжения.

 

Курсовая работа

Численное моделирование и анализ характеристик конструкционной прочности и теплового состояния конструкций

«Расчет вала с диском центробежного компрессора»

Вариант 7

 

 

Выполнил:

Студент

группы 2О-401С

Кравченко Ю.А.

 

Проверил:

Матушкин Антон

Алексеевич

 

 

Москва, 2017г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение. 3

2. Исходные данные. 4

2.1 Чертежи. 4

2.2 Граничные условия. 6

3. Схемы проекта в системе ansys. 8

4. Создание модели вала и компрессора.. 9

5. Построение Мкэ-модели.. 10

6. Задание тепловых нагрузок.. 11

7. Результат теплового расчета.. 12

8. Задание частоты вращения.. 12

9. Результат совместного расчета.. 13

10. Нахождение максимальной частоты вращения.. 15

11. Построение диаграммы Кэмпбелла.. 17

12. Проведение сеточной сходимости. 18

13..Оптимизация 3D модели по диаметру вала и углу (В) 19

14. Выводы.. 21

 

 

Введение

Целью работы является исследование модели вала и компрессора в процессе его работы на режиме на прочность при температурном воздействии, а также получение частотных характеристик вала при выходе на рабочий режим.

Провести оптимизацию параметров вала для уменьшения опасных напряжений и увеличения его надежности.

 

Исходные данные

Чертежи

Рисунок 1 – Чертеж вала

Для варианта 7 заданная длина вала 300 мм

Рисунок 2 – Чертеж компрессора

 

Граничные условия

Материал был задан при помощи «EngeneeringData» – интерфейс для управления базой данных физических и механических свойств материалов, а также входных параметров математических моделей.

Материал валаХ18Н9T. Свойства материала представлены на рисунках 3-6.

Рисунок 3 –Плотность материала

Рисунок 4 – Коэффициент температурного расширения

Рисунок 5 – Модули упругости

Рисунок 6 – Коэффициент теплопроводности

 

Материал компрессора Ст45. Свойства материала представлены на рисунках 7-10.

 

Рисунок 7 - Плотность

Рисунок 8 – Коэффициент температурного расширения

Рисунок 9 – Модули упругости

Рисунок 10–Коэффициент теплопроводности

Частота вращения 60000 об/мин. На поверхностях крепления подшипников имитация абсолютно жёстких опор. Температура левой части сборки 20С, а правой 400С.

· Рассчитать на прочность

· Провести сеточную сходимость

· Найти максимально допустимую частоту вращения

· Найти собственные частоты и формы колебаний

· Для 3D модели провести оптимизацию по диаметру вала и углу (B) c целью минимизации массы и напряжений.

Схемы проекта в системе ansys

На рисунке 11 представлены блок-схема проекта, состоящего из модулей:

1. Geometry

2. Steady-State Thermal

3. Static Structural

4. Modal

5. Response Surface Optimization

Рисунок 11 – блок-схема проекта

Модуль «Geometry» - приложениедлясозданиягеометрических 2D/3D-моделей. Также модуль может работать с импортированной из сторонних CAD-комплексов геометрией: позволяет исправлять дефекты в геометрии, изменять или упрощать геометрическую модель.

Модуль «Steady-StateThermal» расчет теплового состояния, в него импортируется ранее созданная геометрия.

Модуль «StaticStructural» прочностной расчет, в него импортируется геометрия и поля распределения температур, полученные в «Steady-StateThermal».

Модуль «Modal» модальный анализ - анализ конструкции на собственные частоты и формы. Используется только для задач механики твердого деформируемого тела.

Модуль «ResponseSurfaceOptimization» проводит оптимизацию по заданным значениям.