Жинов А.А., Исследование модели диска турбинной ступени - файл n1.doc

Жинов А.А., Исследование модели диска турбинной ступени
скачать (1519 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1519kb.20.11.2012 05:29скачать

n1.doc



Московский государственный технический университет

им. Н.Э. Баумана


Калужский филиал

А.А. Жинов

Методические указания по выполнению лабораторных

работ по курсу «Математическое моделирование и САПР»
Исследование модели диска турбинной ступени
под редакцией Сидорова А.А.

Калуга 2004 год

УДК 621.0

Ж32
Данные методические указания издаются в соответствии с учебным планом специальности 101400 «Газотурбинные, паротурбинные установки и дигатели».
Указания рассмотрены и одобрены:
кафедрой «Тепловые двигатели и теплофизика» ____________, протокол №____
зав. кафедрой А.К. Карышев
методической комиссией Калужского филиала _____________, протокол № ____
председатель метод. комиссии

В.Т. Максимов
Рецензент

к.т.н., доцент кафедры К2-КФ

П.Г. Зиновьев

Автор

к.т.н., доцент кафедры К1-КФ

Жинов Андрей Александрович
Методические указания посвящены рассмотрению приемов создания пространственной твердотельной модели диска турбинной ступени в среде «SolidWorks» и последующего изучения ее прочностных свойств с помощью модуля «CosmosWorks». Данные указания предназначены для выполнения лабораторных работ студентами старших курсов, изучающих дисциплину «Математическое моделирование и САПР».
© Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004г.

© Жинов А.А., 2004 г.

Оглавление


  1. Введение……………………………………………………………...4

  2. Особенности модуля CosmosWorks………………………………...5

  3. Интерфейс CosmosWorks…………………………………………....7

  4. Создание модели диска турбинной ступени………………………10

  5. Последовательность построения модели диска…………………..10

  6. Расчет прочностных характеристик диска турбинной ступени…15

  7. Задание условий расчета…………………………………………...19

  8. Выполнение расчета и просмотр результатов…………………….21

  9. Оформление результатов работы………………………………….24

  10. Используемое оборудование………………………………………24

  11. Литература………………………………………………………….24



Введение
Модели, которые создаются в CAD-системах, нужны не только для того, чтобы визуализировать конструкцию детали или сборки, или получить чертежи, но и для исследования и оптимизации различных свойств реальной детали или конструкции. Такие исследования и расчеты проводят как с помощью отдельных специализированных пакетов программ, так и с помощью расчетных модулей, которые интегрируются в состав наиболее современных CAD-систем. Например, для пакета SolidWorks [2] создано большое количество таких модулей для различных отраслей промышленности и науки.

В машиностроении наиболее часто используют следующие модули:




































В данной работе мы будем пользоваться модулем расчета на прочность CosmosWorks, поэтому подробнее рассмотрим его особенности.

Особенности модуля CosmosWorks
CosmosWorks - это мощный и простой в использовании программный комплекс для проведения инженерных расчетов [3]. С его помощью можно проводить расчеты на прочность конструкций в упругой зоне, определить собственные формы и частоты колебаний, сделать расчет конструкции на устойчивость, оптимизировать параметры деталей и узлов, проводить некоторые тепловые расчеты, учесть нелинейные свойства материала, нелинейного нагружения, сделать расчет нелинейных контактных задач, проанализировать усталостные напряжения и определить ресурс конструкции.

CosmosWorks полностью интегрирован в SolidWorks [2]. На практике это означает, что в главном окне SolidWorks просто появляется ряд дополнительных кнопок и закладок, нажатие на которые активизирует те или иные функции CosmosWorks, остальные функции SolidWorks работают без изменений.

Работа модуля CosmosWorks основана на известном и широко применяемом численном методе - методе конечных элементов (МКЭ). Этот метод подразумевает разбиение модели на небольшие и достаточно простые пространственные элементы, то есть построение сеток в области определения неизвестных функций, в узлах которых дифференциальные уравнения заменяются алгебраическими уравнениями по известным не сложным правилам.

Общая проблема численного решения таких уравнений имеет в себе три достаточно независимые задачи:

  1. построение дискретизации области - генератор сеток,

  2. численное решение краевых задач на полученной сетке,

  3. визуализация результатов счета.


В CosmosWorks используется автоматическая генерация конечно-элементной сетки с объединением различных компонентов в одну модель, это позволяет быстро и качественно проводить анализ конструкций большой сложности, включая отдельные детали, сборки, изделия из листового металла и т.д.

Нагрузки и граничные условия могут быть приложены в глобальной или локальной системе координат. Пакет CosmosWorks поддерживает ортогональную, цилиндрическую и сферическую системы координат.
Нагрузки и граничные условия включают:


Для визуализации результатов CosmosWorks поддерживает трехмерную графику, динамическое отображение сечений и вывод изоповерхностей. Мастер проверки конструкции позволяет определять коэффициент безопасности, историю оптимизации конструкции. Постпроцессор позволяет просматривать следующие данные, полученные при расчете конструкции:

CosmosWorks содержит большую и легко пополняемую библиотеку материалов модели, свойства которых могут быть изменены.

Интерфейс CosmosWorks
Для успешного проведения лабораторной работы необходимо подробнее ознакомиться с интерфейсом CosmosWorks, для этого запустите на выполнение программу SolidWorks с интегрированным модулем CosmosWorks.

Работа с интерфейсом CosmosWorks ничем не отличается от работы с интерфейсом SolidWorks [1,2]. Для того чтобы открыть CosmosWorks нажмите кнопку закладки в дереве конструирования FeatureManager или выберете «Инструменты», «Добавление» и поставьте в квадратике напротив CosmosWorks галку и нажмите «ОК».
Окна документа CosmosWorks имеют две группы:


  1. FeatureManager CosmosWorks – дополнительная закладка в дереве конструирования, в окне которой отражаются все аспекты задания на расчет.

  2. Графическая область – показывает модель и визуализирует результаты работы CosmosWorks.


CosmosWorks имеет следующие панели инструментов:



Главная панель инструментов имеет следующий вид и предназначена для запуска на выполнение следующих действий:





Кнопка

Название кнопки

Выполняемые действия



Study

Определяет новое задание, или изменяет/удаляет существующие



Apply Material to all

Назначает материал модели, или изменяет свойства существующего



Mesh

Разбивает модель на сетку конечных элементов



Run

Запускает задание на расчет



Show/Hide

Показывает/скрывает сетку элементов



Select All Feature Faces

Выбирает все поверхности модели



Нагрузочная панель инструментов имеет следующий вид и предназначена для запуска на выполнение следующих действий:







Кнопка

Название кнопки

Выполняемые действия



Restraints

Создает граничные условия (закрепления) для активного задания



Pressure

Прилагает давление к выбранным поверхностям для активного задания



Force

Прилагает силу или момент к выбранным объектам для активного задания



Gravity

Определяет силу тяжести



Centrifugal force

Прилагает центробежные силы для активного задания (необходимо указать ось вращения)



Temperature

Устанавливает температуру выбранных поверхностей для активного задания



Convection

Прилагает конвекцию к выбранным поверхностям активного задания при изучении теплового состояния



Heat flux

Прилагает тепловой поток высокой температуры к выбранным объектам для активного задания



Heat power

Прилагает тепловую мощность высокой температуры к выбранным объектам для активного задания



Radiation

Прилагает радиационное воздействие к выбранным поверхностям для активного задания
П
анель результатов
имеет следующий вид и предназначена для запуска на выполнение следующих действий:


Кнопка

Название кнопки

Выполняемые действия



Animate

Анимирует результаты расчетов для активного задания



Clipping

Скрывает окно диалога



Color map

Открывает цветовую палитру, чтобы установить цветовую схему визуализации результатов активного задания



Axes

Управляет показом осей системы координат



Print

Печатает активное окно



Save as

Сохраняет результаты активного задания в файл



Probe

Исследует активное задание



Reaction force

Показывает силы реакции для активного задания



DesignCheck wizard

Показывает результаты расчета напряжений для активного задания



П
анель оптимизации
имеет следующий вид и предназначена для запуска на выполнение следующих действий:


Кнопка

Название кнопки

Выполняемые действия



Objective

Определяет целевую функцию для активного задания при оптимизации



Design variable

Определяет параметры управления для активного задания при оптимизации



Constraint

Определяет ограничения для активного задания при оптимизации



Design cycle result

Показывает модель в некотором цикле проекта после успешной управляемой оптимизации



Design history graph

Показывает графическую зависимость переменных задания от числа циклов проекта после успешной управляемой оптимизации



Local trend graph

Показывает графическую зависимость переменных задания от целевой функции или ограничения после успешной управляемой оптимизации



Создание модели диска турбинной ступени
Для расчета прочностных и иных характеристик, создадим модель насадного диска двухвенечной регулирующей ступени турбины Р-12-90 ОАО «КТЗ» в формате SolidWorks. Чертеж диска в сборе представлен на Рис.1. Далее будем исследовать основное тело диска, то есть деталь 1.

В дальнейшем не будут описаны некоторые типовые операции и приемы работы в среде Solid Works, так как они были подробно рассмотрены в первой части методического пособия «Построение модели рабочей лопатки паровой турбины в среде Solid Works» [1]. При необходимости обращайтесь к указанному пособию.

Для успешного выполнения данной лабораторной работы тщательно проделайте все указания, которые приведены ниже.

Последовательность построения модели диска


  1. Запустите программу SolidWorks с интегрированным модулем CosmosWorks.

  2. Создайте в среде Solid Works новую деталь. Построение модели диска начнем с эскиза радиального сечения колеса (см. рис.1, деталь 1). Создайте новый эскиз в плоскости «Спереди». Так как сечение колеса в основном имеет осевую симметрию, проведите вспомогательную осевую линию. Кнопка «Осевая линия» расположена на правой панели инструментов. Линия должна начинаться в точке с координатами (0,0) и идти вертикально вверх на расстояние 500 мм. На Рис.2 эта линия показана штрих-пунктиром.


Рис.1 Диск двухвенечной регулирующей ступени турбины.


  1. Выполните эскиз по размерам указанным на Рис.2. Обратите внимание на то, что модель данного диска не обязательно должна в точности повторять геометрию указанную на чертеже (Рис.1), так как излишняя детализация сильно затруднит построение расчетной сетки и увеличит время последующих вычислений, при этом практически не увеличивается точность расчетов. При необходимости, можно интересующие нас элементы диска исследовать более подробно, построив их отдельно в крупном масштабе. Упрощенно стоится профиль канавки для установки рабочих лопаток. Вместо фигурного профиля типа «елочка» строится канавка в форме равносторонней трапеции. На эскизе не указывается вырез для крепления уплотнения. Не указывается также прилив и канавка для балансировочного груза, вырез под замковую лопатку, а также ряд других мелких деталей, которые не оказывают заметного действия на прочностные характеристики диска.

  2. Сделайте зеркальное отображение построенных элементов эскиза относительно вспомогательной оси (п. 2). Для этого, удерживая нажатой клавишу «Ctrl» выберите вспомогательную ось и построенные элементы эскиза, затем нажмите кнопку «Зеркальное отражение». Мы получили замкнутый контур эскиза – модель радиального сечения колеса.

  3. Для последующих построений нам потребуется вспомогательную ось – ось диска. Для ее получения в плоскости эскиза строим осевую линию, проходящую через начало координат и перпендикулярную к оси симметрии диска. Постройте «тело» диска опираясь на полученное сечение (п.4) и ось. Для этого выберите ось диска и нажмите кнопку «Повернутая бобышка/основание» расположенную на левой панели инструментов или выберите в главном меню - «Вставка», «Бобышка», «Повернуть». Укажите угол поворота профиля – 3600. Мы получили объемную модель диска.




Рис.2. Основные размеры, необходимые для построения модели диска.

  1. Построим в модели диска пароразгрузочные отверстия. Для этого предварительно построим вспомогательную плоскость. В окне конструирования выберите плоскость «Справа», ее изображение появится в виде зеленого прямоугольника (отрезка, ромба – зависит от текущей проекции). Подведите указатель к этому прямоугольнику, указатель примет форму перекрещивающихся стрелок. Нажмите клавишу «Ctrl» и, удерживая ее нажатой, нажмите левую клавишу мыши, удерживая обе клавиши, переместите зеленый прямоугольник в направлении от детали приблизительно на 50 мм. Отпустите клавишу мыши, затем отпустите клавишу «Ctrl». В дереве конструирования появилось название вновь созданной плоскости. Это название можно для удобства переименовать, например на: «Вспомогательная плоскость». Для этого в дереве конструирования поставьте указатель над названием и нажмите правую клавишу мыши. В появившемся окне выберите «свойства», появится окно свойств, где можно исправить название плоскости. Размеры зеленого прямоугольника, обозначающего вспомогательную плоскость, нужно увеличить. Для этого подведите указатель к углу прямоугольника и, нажав левую клавишу мыши, «растяните» прямоугольник примерно до размеров диска.

  2. На полученной плоскости построим окружность. Нажмите кнопку «Эскиз» и далее кнопку «Окружность» справа от графической области. Графический указатель изменил вид. Переместите его приблизительно над местом расположения будущего отверстия под пароразгрузочное отверстие. Нажмите левую клавишу мыши и, удерживая ее нажатой, сместите указатель в сторону. Появится изображение окружности и рядом с ним величина радиуса этой окружности. Добейтесь, чтобы величина радиуса была близка к 20 мм, и отпустите левую клавишу мыши. Слева появилось окно свойств окружности. В окне «настройки» исправьте координаты центра окружности: х = 0 мм, у = 350 мм, радиус 20 мм. Нажмите кнопку «ОК».

  3. Создадим отверстие. В левой части экрана нажмите кнопку «Вытянутый вырез» или выберите «Вставка», «Вырез», «Вытянуть». В графической области, перемещая указатель, покажите направление выреза (через диск) и глубину выреза (можно с запасом, чтобы вырез прошел насквозь). Нажмите сначала левую клавишу мыши, затем правую. Отверстие готово.

  4. Скруглим кромки полученного отверстия. Нажмите кнопку «Скругление» расположенную слева экрана или выберите «Вставка», «Элементы», «Скругление». Слева появилось окно свойств «Скругление» здесь укажите радиус скругления 5 мм и укажите в графической области кромки отверстия, указывая на них и нажимая левую клавишу мыши. Нажмите кнопку «ОК».

  5. Так как таких пароразгрузочных отверстий на диске 7 штук, создайте массив элементов. Для этого сначала необходимо создать ось симметрии кругового массива. Нажмите в главном меню - «Вставка», «Справочная геометрия», «Ось». В появившемся окне выберите «Цилиндрическая /коническая поверхность», затем в графической области укажите внутреннюю посадочную поверхность диска. В окне «Справочная ось» нажмите «ОК». Появилась выделенная цветом вспомогательная ось, совпадающая с осью диска. Нажмите кнопку «Круговой массив» или выберите в главном меню – «Вставка», «Массив», «Круговой массив». В появившемся слева окне укажите: созданную ось, «Равный шаг», количество экземпляров – 7. Выберите окно «Копировать элементы» и укажите в графической области на созданное отверстие (п.8) и его обе скругленные кромки (п.9). При выборе кромок воспользуйтесь кнопками, расположенными на верхней панели инструментов «Вращать вид» и «Увеличить/уменьшить вид». Нажмите кнопку «ОК».

  6. Создадим несквозные отверстия под штифты (поз.3 Рис.1.). Выберите в «дереве конструирования» плоскость «Сверху» и создайте в этой плоскости эскиз – окружность радиусом 12.5 мм с центром в начале координат. Сделайте вытянутый вырез этой окружностью на заданное расстояние – 180 мм. Таких отверстий на диске 6, поэтому выберите полученное отверстие и создайте круговой массив. В появившемся слева окне укажите: ось вращения диска, «Равный шаг», количество экземпляров – 6.



Рис. 3 Модель диска.

После того, как создана модель диска (Рис.3), можно легко получить ее основные геометрические и массовые характеристики. Для этого нажмите в главном меню «Инструменты», «Массовые характеристики». Появиться окно приведенное ниже. Нажмите в нем кнопку «Параметры» и задайте плотность материала диска равную: 0.0077 грамм/мм3 (легированная сталь). Нажмите кнопку «ОК».

В окне «Массовые характеристики» появились многие важные характеристики диска, которые могут быть полезны при анализе и расчетах:

  1. Масса диска.

  2. Обьем диска.

  3. Площадь поверхности диска.

  4. Координаты центра масс.

  5. Оси и моменты инерции диска.



Расчет прочностных характеристик диска турбинной ступени
После того, как создана модель, проведем расчет и анализ прочностных характеристик диска с помощью CosmosWorks. Сначала нужно дать будущему расчету (заданию) название, для этого нажмите кнопку «Study» на главной панели инструментов CosmosWorks, или выберете «CosmosWorks», «study» и у Вас появится следующие диалоговое окно:


Д
ля того чтобы дать заданию название, необходимо нажать кнопку «Add..», это приведет к появлению следующего диалогового окна:




В строке New Study введите название задания, например, «статика», затем нажмите «Ок».

Теперь необходимо задать материал, из которого изготовлен диск. Для этого нажмите кнопку «Apply Material to all» на главной панели инструментов или выберите «Cosmos/Works», «Apply Material to all» и у Вас появится диалоговое окно свойств материала.

В окне Material Type выберите тип материала - сталь «Steel». В окне Material Name марку стали – легированная сталь «Alloy Steel», в нижней части окна будут указаны свойства выбранной вами стали. При необходимости эти свойства можно откорректировать, если известна конкретная марка стали и ее характеристики. Нажмите кнопку «ОК».




Р
азбиваем диск на конечные элементы, для этого нажмите кнопку «Mesh» на главной панели инструментов или выберите «Cosmos/Works», «Mesh», «Create» и у Вас появится следующие диалоговое окно:
В этом окне можно регулировать с помощью ползунка и левой клавиши мыши основные осредненные размеры конечных элементов, на которые будет разбита модель диска. Оставьте ползунок в среднем положении и нажмите кнопку «ОК». Подождите, пока закончится процесс разбиения модели на конечные элементы, это может занять несколько минут. Дождитесь, пока на экране не появится окно «Solid Mesh completed», в нем нажмите кнопку «ОК».

Результаты разбиения можно увидеть, если нажать кнопку «Show/Hide» в главной панели инструментов CosmosWorks (Рис 4.). Повторное нажатие кнопки «Show/Hide» возвращает первоначальный вид модели.


Рис. 4. Модель диска, разбитая на конечные элементы.
Обратите внимание на то, что расчетная сетка элементов сгущается в местах с резкими изменениями геометрии, в районе отверстий. Это необходимо для более точного расчета напряженного состояния и деформаций.


Задание условий расчета
Теперь необходимо задать граничные условия, то есть установить способы крепления диска, его взаимодействие с другими деталями и силы, которые на него действуют. Для этого:

  1. Укажите на внутреннюю цилиндрическую (посадочную) поверхность диска и нажмите левую клавишу мыши, данная поверхность выделится зеленым цветом. Нажмите кнопку «Restraints» (ограничения, защемления) на нагрузочной панели инструментов или выберите «Cosmos/Works», «Insert», «Restraints». У вас появится соответствующее диалоговое окно. В появившемся окне выберите «On Cylindrical Face», «Axial», «Circumferential». В графах «Axial» и «Circumferential» укажите 0 мм и 0 Deg соответственно. Это означает, что выбранная цилиндрическая поверхность не может перемещаться в осевом направлении и вращаться относительно оси диска. Нажмите кнопку «ОК». Обратите внимание, что другие степени свободы для данной поверхности не запрещены, например, она может увеличиваться в радиальном направлении. Небольшие зеленые стрелки указывают установленные ограничения. Их можно удалить с экрана, для этого в панели CosmosWorks Manager укажите мышью на «Restraint-1» и нажмите правую клавишу мыши, после чего в появившемся меню выберите «Hide».

  2. На тело диска при вращении действует центробежная сила. Для того, чтобы указать это, в «дереве конструирования» SolidWorks выберите вспомогательную ось - ось вращения диска, которую мы создавали при построении модели. Ось появиться в графической области в виде зеленой штрихпунктирной линии. В нагрузочной панели инструментов нажмите кнопку «Centrifugal force» (Центробежная сила). В появившемся окне укажите частоту вращения «Angular Velocity» равную 50 Гц. Нажмите кнопку «ОК».

  3. На диск действуют также силы со стороны лопаток - центробежные силы и крутящий момент. Эти силы в нашей модели необходимо приложить к поверхностям 1,2,3,4 (Рис.5), которыми мы заменили сложные профили канавок для крепления лопаток. На рисунке 5 показана увеличенная периферийная часть обода модели диска. Центробежные силы со стороны лопаток действуют в радиальном направлении F. В общем случае, со стороны лопаток действуют также изгибающие силы. Но для нашего случая ими можно пренебречь, так как перепады давления на рабочие лопатки регулирующей ступени очень малы, из-за малой степени реактивности такой ступени.


Рис. 5. Поверхности приложения сил со стороны лопаток.


  1. Для того чтобы определить величину центробежных сил лопаток, необходимо знать массу m каждой лопатки, радиус ее центра масс r и количество лопаток. Тогда центробежная сила, приходящаяся на одну лопатку:


Fл = mu2/r (1)
здесь : u = ?dnокружная скорость центра масс лопатки.

Для нашего случая: масса лопатки первого ряда m1= 0.17 кг, второго ряда m2= 0.19 кг, радиусы центров масс соответственно r1= 0.472 м и r2 = 0.475 м, окружные скорости u1= 148 м/с и u2= 149 м/с. Число лопаток по рядам: z1= 95, z2= 97. Тогда, в соответствии с (1), центробежные силы, приходящиеся на все лопатки первого и второго ряда (см. Рис.4):

Fл1= (F1 + F2)*z1= 749455 Н (2)

Fл2= (F3 + F4)*z2= 861398 Н (3)


  1. В «дереве конструирования» укажите на вспомогательную «Ось1» и, удерживая нажатой клавишу «Ctrl» выделите поверхность 1 (см. Рис.5). Нажмите кнопку «Force» в нагрузочной панели инструментов, в появившемся окне укажите: «Apply Force/Moment», «Uniform», «Units»=SI, «Radial» = 749455 / 2 = 374727 Н (будем считать, что нагрузка на поверхности 1 и 2 одинакова). Проверьте, что в поле «Selected Reference» указана «Ось1»! Нажмите кнопку «ОК».

  2. Проделайте п.5 также для поверхностей 2,3,4. В графах «Radial» укажите силы для этих поверхностей соответственно: 374727 Н, 430699 Н, 430699 Н (см. формулы (2) и (3)). Таким образом, мы задали все центробежные (радиальные) силы, которые обозначены в «дереве конструирования» как «Force-1» «Force-2» и т.п.

  3. Зададим крутящий момент, создаваемый лопатками, в виде тангенциальных сил к поверхностям 1,2,3,4 (Рис.5). Величина этих сил может быть найдена, если известна мощность, вырабатываемая на лопатках. Если она не известна, найдем тангенциальные силы из условия, что, как правило, они создают напряжения в 1.5…2.5 раза большие, чем соответствующие радиальные силы. Примем, что тангенциальные силы в 2 раза больше радиальных сил. В «дереве конструирования» «FeatureManager CosmosWorks» выберите силу «Force-1» и нажмите правую клавишу мыши. Вы увидите окно «Force», которое заполняли в п.5,6. Отметьте пункт «Circumferential» и в его поле укажите тангенциальную силу 749455 Н. Нажмите кнопку «ОК».

  4. Проделайте п.7 также для поверхностей 2,3,4. В графах «Circumferential» укажите силы для этих поверхностей соответственно: 749455 Н, 861398 Н, 861398 Н. Мы задали тангенциальные силы.

  5. На диск действует еще одна сила – сила посадки диска 1 на ступицу 2 (Рис.1). Эта сила сжимает ступицу, и при работе турбины предотвращает ослабление посадки диска на вал. Сила нормальна к внутренней цилиндрической посадочной поверхности диска и направлена к оси. Величина напряжения такой посадки обычно составляет ?п = -5…-15 МПа. Примем для нашего случая ?п = – 10 МПа.

  6. Чтобы найти величину этой силы, необходимо найти площадь посадочной поверхности диска. Для этого выделите эту поверхность в графической области на модели и в главном меню выберете «Инструменты», «Измерить». В появившемся окне указаны основные геометрические характеристики выбранной поверхности, в том числе и площадь S= 142157 мм2. Тогда величина силы посадки: Fп= S * ?п = 1421570 Н.

  7. Нажмите кнопку «Force» в нагрузочной панели инструментов, в появившемся окне укажите: «Apply Normal Force», «Uniform», «Units»=SI. В графе «Force» укажите силу Fп = 1421570 Н. Нажмите кнопку «ОК».



Выполнение расчета и просмотр результатов
Нажмите кнопку Run на главной панели инструментов или выберите «CosmosWorks», «Run». В процессе счета программа выводит информационное окно, в котором отображается текущая стадия расчета, количество конечных элементов участвующих в расчете и другая справочная информация. Дождитесь окончания расчета – на экране появиться окно «Static Analysis Completed». Нажмите кнопку «ОК». Программа добавит 5 папок в «дерево конструирования». В этих папках находятся результаты расчета:


  1. Stress (напряжения)

  2. Displacement (смещение)

  3. Strain (деформированное состояние)

  4. Deformation (деформация)

  5. Design Check (проверка конструкции)


В каждой из этих папок может быть указано несколько способов визуализации указанных величин.

Например, откройте папку «Stress» и укажите на «Plot1». Нажмите правую клавишу мыши и укажите «Show». Модель диска будет окрашена в разные цвета в соответствии с уровнем напряжений, возникающих при приложении указанных сил и граничных условий. В левом верхнем углу графической области указаны единицы измерения отображаемой в данный момент на модели переменной и ее тип (напряжение). Справа – шкала соответствия численного значения отображаемой величины и цвета (Рис.6).


Рис. 6. Результаты расчетов полей напряжений в диске.

Вы видите, что модель диска изображена несколько деформированной под действием указанных сил. Величина этой деформации на изображении утрирована – увеличена в сотни раз по сравнению с действительной величиной. Такое представление полезно для того, чтобы понять, как же происходит деформация детали. Масштаб увеличения может быть изменен в настройках.

Сам процесс деформации можно визуализировать, для этого укажите на «Plot1», нажмите правую клавишу мыши и укажите «Animatе…». Появиться окно анимации, в котором можно задать количество кадров «Frames» будущего фильма и скорость его просмотра «Speed». Нажмите в окне кнопку с изображением треугольника, через некоторое время картинка в графической области «оживет». Для того чтобы остановить анимацию нажмите кнопку с изображением квадрата.

Наибольший уровень напряжений наблюдается в районе посадочной поверхности диска. Хорошо видно, что пароразгрузочные отверстия и отверстия под штифты являются концентраторами напряжения. Наибольшие напряжения, около 230 МПа, наблюдаем в районе отверстий под штифты.

Режимы и способы отображения, единицы измерений величин и другие установки, можно настроить, если указать на «Plot1», нажать правую клавишу мыши и указать «. Например, в закладке «Display» появившегося окна можно выбрать, какую составляющую напряжений отображать - нормальные или касательные напряжения, отображать ли их в виде изолиний, линий одного цвета, плавного перехода цветов и т.д.

Аналогично можно визуализировать и все другие результаты расчета.

Очень полезным для разработчика является папка Design Check (проверка конструкции), которая позволяет визуализировать такие величины как запасы прочности, наиболее нагруженные и проблемные места конструкции. Здесь также можно проводить анализ конструкции по различным критериям.

Например, если мы хотим узнать, какие участки диска имеют запас прочности по суммарным напряжениям менее трех, необходимо выполнить следующее. Откройте папку «Design Check», укажите на «Plot1», нажмите правую клавишу мыши и укажите «Edit Definition». В появившемся окне «Design Check Wizard» можно выбрать различные критерии для анализа, которые отображаются в виде формул в поле «Design Goal». Выберите «Maximum von Mises stress», затем два раза нажмите кнопку «Next». Выберите «Areas below factor of safety» и введите в этом поле число 3. Нажмите кнопку «Finish».

Те области диска, в которых запас прочности менее 3 окрасятся в красный цвет, это самые нагруженные участки диска. Остальная часть диска будет окрашена синим цветом.

При визуализации результатов расчетов можно использовать все функции просмотра SolidWorks, то есть поворачивать, увеличивать, уменьшать модель или ее отдельные части. Эти функции работают даже в режиме анимации.

Таким образом, проведен анализ некоторых прочностных свойств насадного диска регулирующей ступени паровой турбины.

Оформление результатов работы
По окончании работы необходимо сохранить полученную модель и результаты расчетов в виде файла. Для этого выберете в главном меню «Файл», «Сохранить как…», и в появившемся окне укажите имя файла, это имя должно содержать Вашу фамилию и шифр группы, например: Диск_Петров_ТСД101.sldprt. Данный файл предъявляется на проверку преподавателю при защите лабораторной работы.
Используемое оборудование:

  1. Персональный компьютер - конфигурация не ниже: Pentium II, 128 МB RAM, монитор – 17'', видео-карта с поддержкой Open GL.

  2. Программное обеспечение:

Литература

  1. Жинов А.А. Построение модели рабочей лопатки паровой турбины в среде SolidWorks. – М., МГТУ, 2002.

  2. Документация, поставляемая вместе с SolidWorks 2001 RU.

  3. Документация, поставляемая вместе с Cosmos Works 6.0.




Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации