Просмотр и анализ результатов расчета.

7.5.1 Строим эпюру скручивающего момента M_x (рис. 13)

    Вводим в командной строке:             ETABLE, MMOMXI, SMISC,4

                                                                             ETABLE,MMOMXJ,SMISC,64

PLLS,MMOMXI, MMOMXJ

Рис. 13.

 

7.5.2 Сравниваем результаты расчета в пакете Ansys 5.7/ED c результатами ручного расчета.

Скручивающий момент достигает максимального значения в поперечных сечениях стержня на первом силовом участке. По результатам ручного расчета установлено, что M_x на этом участке равен 50 Н · м.

Результаты расчета в пакете Ansys 5.7/ED соответствуют результатам ручного расчета (рис. 13.) с небольшой погрешностью, вызванной наложением в точке 3 распределенного момента на сосредоточенный момент M ₂. Для дальнейшего анализа можно использовать пакет Ansys 5.7/ED.

    7.5.3 Сохраним файл базы данных модели с результатами расчета.

              Путь в меню:

              Utility Menu > File > Save as > Save DataBase >

В появившемся окне выбираем директорию, где необходимо сохранить файл базы данных, указываем тип файла и вводим его имя.

7.5.4 Проведем расчеты стержня в пакете Ansys 5.7/ED при различных

значениях момента M ₁ и построим зависимость результатов расчета (M_z и τ) от его величины.

Используем сохраненный файл базы данных конечно-элементной модели стержня (пункт 7.3).

· Загружаем файл:

Путь в меню:

Utility Menu > File > Resume from >

Указываем необходимый файл базы данных.

· Задаем сосредоточенный момент M ₁ (см. пункт 7.2.2.1).

· Запускаем на автоматизированный расчет и выполняем анализ его результатов (см. пункты  7.4).

· Повторяем операцию для различных значений момента M ₁.

· По результатам расчета составляем таблицу результатов расчета M_z и τ от величины момента M ₁.

Таблица 1. Зависимость M_z и τ от величины момента M ₁.

Момент M 1, Н · м	Скручивающий момент M, Н · м	Касательное напряжение τ, МПа
50	49,604	2,037
500	499,604	20,37
1000	1000	40,74
2000	2000	81,48
2100	2100	85,55
2200	2200	89,63

 

· По результатам расчета строим графики зависимости результатов расчета τ от величины момента M ₁ (рис. 14).

 

Рис. 14.

· Из полученной зависимости устанавливаем, что при значениях момента M ₁ меньших или равных 2200 Н · м величина касательных напряжений в стержне не превышает допускаемые 88 МПа.

 

 

7.5.5 Проведем расчеты стержня в пакете Ansys 5.7/ED при различных

значениях момента M ₂ и построим зависимость результатов расчета (M_z и τ) от его величины.

Используем сохраненный файл базы данных конечно-элементной модели стержня (пункт 7.3).

· Загружаем файл:

Путь в меню:

Utility Menu > File > Resume from >

Указываем необходимый файл базы данных.

· Задаем сосредоточенный момент M ₂ (см. пункт 7.2.2.1).

· Запускаем на автоматизированный расчет и выполняем анализ его результатов (см. пункты 7.4).

· Повторяем операцию для различных значений момента M ₂.

· По результатам расчета составляем таблицу результатов расчета M_z и τ от величины момента M ₂.

Таблица 2. Зависимость M_z и τ от величины момента M ₂.

Момент M 2, Н · м	Скручивающий момент M, Н · м	Касательное напряжение τ, МПа
40	49,604	2,037
100	-60	2,44
1000	-960	37,75
2000	-1960	79,86
2100	-2060	84,08
2200	-2160	88,01

 

· По результатам расчета строим графики зависимости результатов расчета τ от величины момента M ₂ (рис. 15).

Рис. 15.

· Из полученной зависимости устанавливаем, что при значениях момента M ₂ меньших, чем 2200 Н · м величина касательных напряжений в стержне не превышает допускаемые 88 МПа.

 

7.5.6 Проведем расчеты стержня в пакете Ansys 5.7/ED при различных

значениях интенсивности распределенного момента m и построим зависимость результатов расчета (M_z и τ) от ее величины.

Используем сохраненный файл базы данных конечно-элементной модели стержня (пункт 7.3).

· Загружаем файл:

Путь в меню:

Utility Menu > File > Resume from >

Указываем необходимый файл базы данных.

· Задаем распределенный момент (см. пункт 7.2.2.2).

· Запускаем на автоматизированный расчет и выполняем анализ его результатов (см. пункты 7.4).

· Повторяем операцию для различных значений интенсивности распределенного момента m.

· По результатам расчета составляем таблицу результатов расчета M_z и τ от величины интенсивности распределенного момента m.

Таблица 3. Зависимость M_z и τ от величины интенсивности

распределенного момента m.

Интенсивность распределенного момента m, кН	Скручивающий момент M, Н · м	Касательное напряжение τ, МПа
10	49,604	2,037
50	208,02	8,47
100	406,04	16,54
500	1990	81,08
550	2188	89,5

 

· По результатам расчета строим графики зависимости результатов расчета M_z и τ от величины интенсивности распределенного момента m (рис. 16).

Рис. 16.

· При превышении интенсивности распределенного момента 1000 Н опасным сечение становится сечение в жесткой заделки.

· Из полученной зависимости устанавливаем, что при значениях интенсивности распределенного момента m менее или равных 500 Н, величина касательных напряжений в стержне не превышает допускаемых 88 МПа.

 

7.5.7 Проведем расчеты стержня в пакете Ansys 5.7/ED при различных

значениях диаметра поперечного сечения стержня на первом и втором  участке вместе и построим зависимость результатов расчета τ от его величины.

Используем сохраненный файл базы данных конечно-элементной модели стержня (пункт 7.3).

· Загружаем файл:

Путь в меню:

Utility Menu > File > Resume from >

Указываем необходимый файл базы данных.

· Удаляем конечные элементы на первом участке.

Путь в меню:

Preprocessor > - Meshing – Clear > Lines >

Указываем курсором линии 1 и 2.

· Задаем постоянные элемента с новым значением диаметра поперечного сечения (см. пункт 7.1.4).

· Выбираем новую константу поперечных сечений: Preprocessor > Attributes > Define > lines

· Генерируем конечные элементы на первой и второй линии (см. пункт. 7.1.7).

· Выполняем пункты 7.1.8 –    7.2.2.1 включительно.

· Повторяем операцию для различных значений диаметра поперечного сечения на первом участке.

· По результатам расчета составляем таблицу результатов расчета τ от диаметра поперечного сечения на первом силовом участке.

Таблица 4. Зависимость τ от величины диаметра поперечного сечения.

Диаметр поперечного сечения, м	Касательное напряжение τ, МПа
0,05	2,04
0,04	3,98
0,03	9,43
0,02	31,83
0,01	254,6
0,015	74,45
0,0145	83,53
0,014	92,80

 

· По результатам расчета строим графики зависимости результатов расчета τ от диаметра поперечного сечения (рис. 17).

Рис.17.

· Из полученной зависимости устанавливаем, что при значениях диаметра поперечного сечения более 0,0145 м, величина касательных напряжений в стержне не превышает допускаемых 88 МПа.

 

7.5.8 Проведем расчеты стержня в пакете Ansys 5.7/ED при различных

значениях диаметра поперечного сечения стержня на втором и третьем участке и построим зависимость результатов расчета τ от его величины.

Используем сохраненный файл базы данных конечно-элементной модели стержня (пункт 7.3).

· Загружаем файл:

Путь в меню:

Utility Menu > File > Resume from >

Указываем необходимый файл базы данных.

· Удаляем конечные элементы на втором и третьем участке.

Путь в меню:

Preprocessor > - Meshing – Clear > Lines >

Указываем курсором линию 3 и 4.

· Задаем постоянные элемента с новым значением диаметра поперечного сечения (см. пункт 7.1.4).

· Генерируем конечные элементы на второй линии (см. пункт. 7.1.7).

· Выполняем пункты 7.1.8 - 7.1.2, 7.2.2 - 7.3.

· Повторяем операцию для различных значений диаметра поперечного сечения.

· По результатам расчета составляем таблицу результатов расчета τ от площади поперечного сечения.

Таблица   5. Зависимость τ от величины диаметра поперечного сечения.

Диаметр поперечного сечения, м	Касательное напряжение τ, МПа
0,05	2,04
0,04	3,98
0,03	9,43
0,02	31,83
0,01	254,6
0,015	74,45

0,0145

83,53

0,014

92,80

 

· По результатам расчета строим графики зависимости результатов расчета τ от диаметра поперечного сечения (рис. 18).

Рис. 18.

· Из полученной зависимости устанавливаем, что при значениях диаметра поперечного сечения более 0,0145 м, величина касательных напряжений в стержне не превышает допускаемых 88 МПа.

Выводы

8.2 Провели расчет напряженного состояния стержня методами сопротивления материалов. Построили эпюры внутренних силовых факторов, (пункты 6.1, 6.2). Определили опасное сечение и максимальные касательные напряжения (пункты 6.3, 6.4).

8.3 Изучили навыки работы в пакете инженерно-прикладных программ ANSYS 5.7 ED.

8.4 В пакете инженерно-прикладных программ ANSYS 5.7 ED исследовали напряженно-деформированное состояние (НДС) стержня при кручении. Построили эпюры внутренних силовых факторов (пункты 7.1-7.5.1).

8.5 Провели сравнение результатов расчета методами сопротивления материалов и расчета в пакете ANSYS 5.7 ED (пункт 7.5.2).

8.6 Построили зависимости напряжений от величины сосредоточенных сил, величины распределенной нагрузки, и площади поперечного сечения стержня на первом и втором участке (пункты 7.5.4-7.5.8).

· При увеличении крутящего момента касательные напряжения τ линейно возрастают (табл. 1, 2, рис. 14 и 15).

· При увеличении интенсивности распределенного момента касательные напряжения τ линейно возрастают (табл. 3, рис. 16). При этом изменяется опасное сечение.

· При увеличении диаметра поперечного сечения на первом и втором участке касательные напряжения τ уменьшаются (табл. 4, рис. 17).

· При увеличении диаметра поперечного сечения на третьем и четвертом  участке (участки, где действует сосредоточенный момент) касательные напряжения τ уменьшаются (табл. 5, рис. 18).

8.7 Определили максимальные значение сосредоточенного момента при котором напряжения в стержне не превышает допускаемого (пункты 7.4, 7.5).

8.8 Определили максимальное значение интенсивности распределенного момента при котором напряжения в стержне не превышает допускаемого (пункт 7.6).

8.9 Определили минимальные значения диаметров поперечного сечения стержня на первом и втором участке при которых напряжения в стержне не превышает допускаемых (пункты 7.7, 7.8).