- •Воронеж 2017
- •Редакционная коллегия
- •Введение
- •В.И. Ряжских, а.В Ряжских, в.А. Рябцев о некоторых особенностях функционалов для плоских задач теплопроводности
- •Е.И. Иохвидов формулы обращения и некоторые их приложения
- •Д.В. Хван, а.А. Воропаев, ю.Б. Рукин повышение несущей способности пресса для осадки с кручением
- •В.А. Трубецкой, с.Л. Добрынин математическое описание учебного робота рс-121
- •В.И. Ряжских, а.В. Ряжских, в.А. Рябцев моделирование методом конечных элементов температурного поля тонкой пластины с отверствиями
- •В.А. Шаруда задача о сдвиговом воздействии на нелинейное упругое полупространство
- •М.Ф. Томилов, ф.Х. Томилов, с.А. Толстов оценка возможности бездефектного производства деталей из листовых заготовок
- •В.В. Елисеев, а.М. Гольцев, с.С. Безгин, к.А. Устинов экспериментальное определение параметров модели многопереходной листовой штамповки
- •В.В. Елисеев, а.М. Гольцев, а.А. Гольцев, а.В. Струкова, ю.Б. Рукин экспериментальное построение диаграммы деформирования материалов в условиях сложного напряженного состояния
- •Ю.Б. Рукин, р.А. Жилин, е.Ю. Чернышова дискретное моделирование механизма очистки решет очистителя зерна стационарного
- •Постановка задачи и конечно-элементная модель
- •Результаты конечно-элементного моделирования
- •Выводы и рекомендации
- •В.В. Елисеев, а.М. Гольцев, а.А. Гольцев, ю.Б. Рукин, л.В. Хливненко определение параметров кинематического упрочнения для создания баз данных сапр листовой штамповки
- •А.П. Бырдин, в.И Кузнецова, в.С. Прач, а.А Сидоренко о распространении плоских термоупругих волн в наследственно-упругой среде
- •В.И. Ряжских, а.В. Ряжских, в.А. Рябцев об одном способе дискретизации областей при решении краевых задач вариационными методами
- •В.А. Трубецкой, а.К. Муконин преобразование координат m-фазной машины. Структуры контура регулирования фазных токов
- •Т.И. Костина, ю.И. Сапронов нелокальный анализ периодических колебаний математического маятника
- •Заключение
- •Содержание
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
- •394006 Воронеж, 20-летия Октября, 84
Постановка задачи и конечно-элементная модель
Дискретное моделирование проведено методом конечных элементов /1,2/.
Постановка задачи предусматривает исследование линейно-упругой пространственной конструкции, нагруженной активными силами, силами сопротивления, а также силами инерции при наиболее неблагоприятном сочетании силовых факторов. Нижний вал и верхние рассчитываются отдельно, так как имеют конструктивные отличия и подвержены различному силовому воздействию. Валы изготовлены из стального прутка (сталь 35, предел прочности 54 МПа, предел текучести 32 МПа).
При формировании конечно-элементной модели использованы объемные элементы в форме пентаэдра с шестью узлами, обладающими тремя степенями свободы, элементы в форме тетраэдров в местах изгибов валов с четырьмя узлами, имеющими также по три линейных степени свободы. Для моделирования рычагов валов использованы пластинчатые конечные элементы треугольной формы с узлами в углах, имеющие по шесть степеней свободы, соответствующих суперпозиции изгибного и мембранного напряженных состояний.
Для общности при формировании глобальной матрицы жесткости конструкции всем узлам присваивается по шесть степеней свободы.
Результаты конечно-элементного моделирования
Результаты расчета, проведенные для валов I и II, позволили выявить наиболее напряженные зоны. Деформированное состояние вала I показано на рис.6. Наибольшее перемещение имеют точки первого вала в месте соединения рычага с рамкой, и его значение достигает 4.55 мм.
Рис. 6. Деформированное состояние вала I
Второй вал оказался наиболее деформирован в зоне соединения рычага с рамкой и его полное перемещение составило 8.5 мм (составляющие перемещения вдоль осей X,Y и Z глобальной системы отсчета представлены на рис.7).
Рис. 7. Деформированное состояние вала II
Эквивалентные напряжения, возникающие в вале I, показаны на рис.8. На этом же рисунке выделены зоны с наибольшим уровнем напряжений.
Напряжения изгибного типа представлены на рис.9. Из представленной эпюры видно, что наибольший вклад в величину эквивалентных напряжений вносят именно они.
Напряженное состояние вала II является более интенсивным в средней части. Здесь наблюдаются зоны с уровнем эквивалентных напряжений, достигающим 156 МПа (рис.10).
Напряжения, возникающие при изгибе вала, представлены на рис.11. В непосредственной близости от мест сопряжения вала с рычагами наблюдается концентрация напряжений.
Рис. 8. Эквивалентные напряжения вала I
Рис. 9. Напряжения изгибного типа (x) вала I
Рис. 10. Эквивалентные напряжения вала II
Рис. 11. Напряжения изгибного типа (x) вала II
Большая неравномерность распределения и высокий уровень напряжений может привести к усталостному разрушению валов при работе механизма.
Выводы и рекомендации
1.В результате дискретного моделирования напряженно-деформированных состояний пространственных конструкций валов привода рамок крепления щеток механизма очистки решет, выявлены зоны концентрации напряжений вблизи мест соединения рычагов в средней части валов.
2.Для устранения разрушений валов при циклическом приложении нагрузки рекомендуется провести усиление средней части валов.
3.Рекомендуется ввести конструктивные изменения звеньев, соединяющих валы, обеспечивающие возможность их взаимного поворота в плоскости их движения для компенсации неточностей изготовления и сборки.
Литература
1. Зенкевич О.С. Метод конечных элементов в технике. – М.: Мир, 1975. – 541 с.
2. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. – М.: Мир, 1984, – 428 с.
Воронежский государственный технический университет
УДК 539.389.2