fidesys
В статье рассматривается статический расчёт узла болтового соединения, состоящего из двух стальных уголков. Целью расчёта является анализ передачи усилий через болт и контактные поверхности, возникающих в элементах соединения при заданном воздействии.
Геометрическая модель включает два уголка с соосными отверстиями, в которых установлен болт. Моделирование болта выполнено с учетом шляпки, обеспечивающей передачу нагрузки на опорную поверхность обоих уголков. Контакт между нижней поверхностью болта и ответной поверхностью уголка задан в виде связанных контактов, что позволяет корректно учитывать передачу усилий без относительных перемещений в зоне контакта.
Контактное взаимодействие между двумя уголками задано как контакт без трения. Такое допущение позволяет исключить влияние касательных сил и сфокусироваться на анализе нормальных контактных реакций и перераспределения нагрузок через болтовое соединение. Данная постановка является типовой при исследовании несущей способности соединений и анализе силового пути в конструкции.
Построение геометрической модели
Создайте круговой цилиндр с радиусом 0.012 и высотой 0.048. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объём, Действие - Создать. Из списка геометрических примитивов выберите Цилиндр. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Создайте два круговых цилиндра с радиусом 0.018 и высотой 0.015. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объём, Действие - Создать. Из списка геометрических примитивов выберите Цилиндр. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить. Проделайте все тоже самое еще раз. В результате получаем два совмещенных цилиндра.
Переместите второй объём по оси Z на расстояние 0.0315. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объём, Действие - Преобразовать. Из списка геометрических примитивов выберите Переместить. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Переместите третий объём по оси Z на расстояние -0.0315. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объём, Действие - Преобразовать. Из списка геометрических примитивов выберите Переместить. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Отпечатайте и срастите первый и второй объёмы. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объём, Действие - Отпечатать/срастить. Из списка геометрических примитивов выберите Отпечатать и срастить. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Проделайте то же самое для объёмов с ID: 1 3.
Создайте четыре идентичных параллелепипеда. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объём, Действие - Создать. Из списка геометрических примитивов выберите Параллелепипед. Задайте необходимые параметры: X (ширина) 0.1, Y (высота) 0.1, Z (глубина) 0.024. Нажмите Применить.
Проделайте все тоже самое еще 3 раза.
Переместите четвертый объём по оси Z на расстояние 0.012. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объём, Действие - Преобразовать. Из списка геометрических примитивов выберите Переместить. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Переместите пятый объём по оси Z на расстояние -0.012. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объём, Действие - Преобразовать. Из списка геометрических примитивов выберите Переместить. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Поверните два объёма на угол 90, по оси X. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объём, Действие - Преобразовать. Из списка геометрических примитивов выберите Повернуть. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Переместите шестой объём. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объём, Действие - Преобразовать. Из списка геометрических примитивов выберите Переместить. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Переместите седьмой объём. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объём, Действие - Преобразовать. Из списка геометрических примитивов выберите Переместить. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Отпечатайте и срастите четвёртый и шестой объёмы. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объём, Действие - Отпечатать/срастить. Из списка геометрических примитивов выберите Отпечатать и срастить. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Проделайте то же самое для объёмов с ID: 5 7.
Сделайте разрез сохранив оригинал. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объём, Действие - Разрез. Из списка геометрических примитивов выберите Объём. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Проделайте то же самое для объёмов с ID: 5 1.
Удалите лишние объёмы. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объём, Действие - Удалить. Задайте необходимые ID объёмов: 4 5 8 10. Нажмите Применить.
Построение конечно-элементной сетки
Создайте сетку на объёмах. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Объёмная, Действие - Интервалы. Из выплывающего списка выберите Задать размер и укажите необходимые параметры. Нажмите на Применить, Построить сетку.
Задание материала и свойств блока
Создайте материал. На панели команд выберите Режим - Материал, Объект - Управление материалами. В открывшемся виджете Управление материалами перетащите материал Углеродистая сталь в поле Материал. В виджете Управление материалами нажмите Применить.
Создайте два блока. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Добавить сущность в блок. Задайте необходимые параметры и нажмите Применить.
Проделайте то же самое для ID объектов: 1 2 3.
Задайте параметры для блоков. На панели команд выберите модуль задания свойств материала Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Свойства/параметры блока. Задайте материал Углеродистая сталь. Задайте необходимые параметры и нажмите Применить.
Задание граничных условий
Задайте два контакта без трения. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Контакт, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры и нажмите Применить.
Проделайте то же самое для ID объектов: 28 и 36.
Задайте два связанных контакта. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Контакт, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры и нажмите Применить.
Проделайте то же самое для ID объектов: 13 и 58.
Жёстко закрепите уголок модели по всем степеням свободы. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Перемещение, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры и нажмите Применить.
Приложите перемещение по оси Z на второй уголок модели. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Перемещение, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры и нажмите Применить.
Создайте два набора узлов. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Перемещение, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры и нажмите Применить.
Проделайте то же самое для поверхности с ID: 13.
Запуск расчёта
Для запуска на расчет в CAE Fidesys выберите на панели команд Режим - Расчёт, Расчёт - Статический, Статический - Общие. Задайте необходимые параметры и нажмите Применить.
Задать настройки решателя. На панели команд выберите Режим - Расчёт, Расчёт - Статический, Статический - Решатель. Задайте требуемые параметры и нажмите Применить.
Задать настройки полей вывода. На панели команд выберите Режим - Расчёт, Расчёт - Статический, Статический - Поля вывода. Задайте требуемые параметры и нажмите Применить, Начать расчет.
Анализ результатов
Для анализа результатов расчёта используется фильтр Суммарная сила и момент. С его помощью выполняется оценка:
реакционных сил и моментов в зоне жесткой заделки закрепленного уголка;
суммарных усилий, возникающих в элементах болтового соединения.
Дополнительно анализируются узловые силы, возникающие в связанных контактах в узлах болта, в частности в зоне контакта шляпки болта с поверхностью уголка. Эти силы позволяют количественно оценить нагрузку, передаваемую через болт, а также определить характер перераспределения усилий между элементами соединения при заданном перемещении. Узловые усилия необходимы для проверки болта на прочность и несущую способность. Зная силы, передаваемые через контакт в узлах болта, можно корректно определить осевую нагрузку, изгибающие эффекты и потенциальные зоны концентрации напряжений.
Откройте файл с результатами. Это можно сделать тремя способами:
Нажмите Ctrl+E;
В главном меню выберите Расчёт - Результаты. Нажмите Открыть Результаты;
На панели команд выберите Режим - Результаты, Результаты - Открыть Результаты.
Появится окно Fidesys Viewer, в котором вы сможете ознакомиться с результатами расчёта.
Отобразите деформированное состояние. В стандартной строке выберите Фильтр → Алфавитный указатель → Деформировать по вектору. Задайте необходимые параметры и нажмите Применить. В результате отобразится следующая картинка
Далее посмотрим реакционные силы и моменты в зоне жесткой заделки закрепленного уголка. При помощи инструмента Сквозной выбор точек (g) выделим заделку:
В стандартной строке выберите Фильтр → Алфавитный указатель → Суммарная сила и момент. В Свойствах установите необходимые параметры и нажмите Применить. Затем в качестве полей для отображения на графике выберите Суммарная сила реакции (вычисленная) Сумма.
Далее посмотрим суммарные усилия возникающие в элементах болтового соединения. Выберите второй набор узлов в фильтре Суммарная сила и момент. В Свойствах установите необходимые параметры и нажмите Применить. Затем в качестве полей для отображения на графике выберите Суммарная узловая сила (вычисленная) Сумма.
Использование консольного интерфейса
Построение геометрии, генерацию сетки, задание граничных условий и материалов можно выполнить с использованием консольного интерфейса. Ниже приведён код программы, позволяющий выполнить шаги описанного выше руководства, необходимо только самостоятельно указать полный путь и название сохраняемого файла.
reset create Cylinder height 0.048 radius 0.012 create Cylinder height 0.015 radius 0.018 create Cylinder height 0.015 radius 0.018 move Volume 2 z 0.0315 include_merged move Volume 3 z -0.0315 include_merged imprint volume 1 2 merge volume 1 2 imprint volume 1 3 merge volume 1 3 brick x 0.1 y 0.1 z 0.024 brick x 0.1 y 0.1 z 0.024 brick x 0.1 y 0.1 z 0.024 brick x 0.1 y 0.1 z 0.024 move Volume 4 z 0.012 include_merged move Volume 5 z -0.012 include_merged rotate Volume 6 7 angle 90 about X include_merged move Volume 6 y -0.062 z 0.05 include_merged move Volume 7 y -0.062 z -0.05 include_merged imprint volume 4 6 merge volume 4 6 imprint volume 5 7 merge volume 5 7 chop volume 4 with volume 1 keep chop volume 5 with volume 1 keep delete volume 4 5 8 10 volume all size 0.006 mesh volume all create material 1 from 'Углеродистая сталь' block 1 add volume 6 7 9 11 block 2 add volume 1 2 3 block 'Block 1' material 1 cs 1 category solid order 1 block 'Block 2' material 1 cs 1 category solid order 1 create contact master surface 49 slave surface 59 type general friction 0.0 ignore_overlap off offset 0.0 tolerance 0.0005 method penalty normal_stiffness 0.148 tangent_stiffness 0.5 thermal_stiffness 1 create contact master surface 28 slave surface 36 type general friction 0.0 ignore_overlap off offset 0.0 tolerance 0.0005 method penalty normal_stiffness 0.148 tangent_stiffness 0.5 thermal_stiffness 1 create contact master surface 11 slave surface 50 type tied tolerance 0.0005 method penalty normal_stiffness 0.01 tangent_stiffness 0.5 thermal_stiffness 1 create contact master surface 13 slave surface 58 type tied tolerance 0.0005 method penalty normal_stiffness 0.01 tangent_stiffness 0.5 thermal_stiffness 1 create displacement on surface 30 modify displacement 1 dof all value 0 create displacement on surface 34 modify displacement 2 dof 3 value -0.002 nodeset 1 add surface 11 nodeset 2 add surface 13 analysis type static elasticity findefs dim3 solver method direct use_uzawa auto try_other off static results everysubstep 1 output nodalforce on energy on midresults on record3d off material on without_smoothing off fullperiodic off
