Формирование нагрузок и граничных условий

Производится нагружение диска температурой в зависимости от радиуса с помощью команд APDL. В реальности распределение температур по радиусу диска имеет характер параболы. Именно такой закон необходимо задавать. Ниже, в качестве примера, производится нагружение по линейному закону.

Рисунок 22 - График изменения температуры по радиусу диска

При линейном законе распределения температура в любой точке диска равна сумме постоянной составляющей (300 градусов) плюс координата по оси X, умноженная на тангенс угла альфа. Одним катетом является разница температур, а другим - разница координат. Получаем .

Для реализации нагружения в Ansys, согласно этому уравнению, следует воспользоваться циклом DO-ENDDO.

Шаг 1 – Узнается количество узлов в модели. В командную строку вводится *get, n_count, node, 0, count.Этой командой создается параметр n_count, равный числу узлов.

Шаг 2 – Задается цикл перебора, выполняемый n_count раз.

! Находим тангенс угла альфа. Деления на 1000 для перехода в СИ.

_tan=(T_obod-T_stup)/(r3/1000-r1/1000)

! Цикл от 1 до n_count

*do,i,1,n_count

! Производим нагружение I-того узла температурой

BF,i,TEMP,T_stup+(Nx(i)-r1/1000)*_tan

! Конец цикла

*enddo

Вам по приведенному примеру необходимо задать квадратичную зависимость температуры от радиуса расположения узла конечно-элементной модели. Причем, больший градиент температуры должен быть на периферии диска.

Выполнив цикл нагружения, отображаем температуры на диске в Utility Menu> PlotCtrls> Symbols.

Рисунок 23 – Отображение температуры

Рисунок 24 – Поля температур на диске

Модель нагружается угловой скоростью Main Menu> Solution> Apply> Other> Angular Velocity относительно оси диска – Y.

Рисунок 25 – Окно нагружения угловой скоростью

Производится закрепление диска в любой точке на ступице в осевом направлении (Y) - Main Menu> Solution> Constraints> Apply> On Keypoints.

На диск также действует контурная нагрузка, сила от немоделировавшихся лопаток и замковой части диска. Ее следует рассчитывать по учебнику Хронина. Рассчитанная нагрузка прикладывается в виде сил отрицательного давления на обод диска Main Menu> Solution> Apply> Pressure> On Lines.

Рисунок 26 - Давление от контурной нагрузки

Давление отображантся на линиях (Plot Lines) с помощью Utility Menu> PlotCtrls> Symbols.

Расчет напряженно-деформированного состояния

Производится решение Main Menu>Solution>Current LS

Визуализация результатов

В качестве критерия разрушения необходимо взять Seqv. На экран выводятся поля напряжений Main Menu> General Postproc> Plot Results> Nodal Solu…

Рисунок 27 - Поля напряжений на диске

Для корректного определения коэффициента запаса диска необходимо учитывать пределы длительной прочности. Формируется макрос расчета коэффициентов запаса. Для этого задается массив типа Table, позволяющий получать значения между заданными, - Utility Menu> Parameters> Array Parameters> Define.

Рисунок 28 - Опции задания массива

После создания массива, нажимается кнопка EDITи он заполняется - первым столбцом идут температуры, а вторым соответствующие им пределы прочности. Затем сохраняются результаты заполнения – Apply.

Рисунок 29 - Точки массива

Задается массив для операций макроса Menu>Parameters>Array Parameters>Define-Edit

Рисунок 30 - Опции задания массива

Заполняется первый столбец температурами в узлах, причем необходимо записывать созданное ранее квадратическое уравнение.

*do, I, 1, n_count

_tan = (T_obod - T_stup) / (r3 / 1000-r1 / 1000)

Oper(I, 1) = T_stup + (Nx(i) - r1 / 1000) * _tan

*enddo

Заполняется второй столбец пределами длительной прочности, соответствующими температурам для каждого узла.

*do, i, 1, n_count

Oper(i,2) = Dlit (Oper(i,1))

*enddo

Далее следует переход в постпроцессор и заполнение третьего столбца действующими напряжениями.

FINISH

/POST1 ! Переход в постпроцессор

*do, i, 1, n_count

*get, res_, node, i, s, eqv !Задание параметру res_ значения в I узле

Oper(i,3) = res_ ! Заполнение ячейки I 3 го столбца результатом

res_= !Обнуление параметра

*enddo

Производится расчет коэффициентов запаса, равных отношению предела длительной прочности и действующего напряжения в узле.

*do, i, 1, n_count

Oper(i,4) = oper(i,2) / oper(i,3) ! Расчет коэффициента запаса

*enddo

Для визуализации полей коэффициентов запаса необходимо перейти в препроцессор и “нагрузить” модель температурой, в качестве значений взяв рассчитанные коэффициенты запаса.

/prep7

*do,i,1,n_count

BF,i,TEMP,Oper(i,4)

*enddo

После выполнения макроса отображаем результаты расчета.

Рисунок 31 - Поля коэффициентов запаса

Проектирование лопатки

После курсового проектирования на кафедре “Теория двигателей”, Вы получаете газодинамические профили лопатки, которые и будут использованы для прочностного проектирования. Перо лопатки должно иметь оптимальную массу и удовлетворять требованиям Норм Прочности. Для этого требуется проведение многократных последовательных расчетов, которые возможно оптимизировать с помощью макроса.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: