Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

(национальный исследовательский университет)»

(МГТУ им. Н.Э. Баумана)

Факультет «Специальное машиностроение»

Кафедра СМ-9 «Многоцелевые гусеничные машины и мобильные роботы»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

по дисциплине

«Строительная механика транспортных средств»

Выполнил: Новиков Артем

Группа: СМ9-61

Проверил: Сулегин Дмитрий Андреевич

Москва, 2023

Содержание

1 Расчёт форм и частот собственных колебаний кронштейна двигателя МКЭ 4

1.1 Подготовка конечно-элементной модели кронштейна 4

1.2 Задание граничных условий модели кронштейна 5

1.3 Результат расчёта в ПК ANSYS Workbench кронштейна 6

1.4 Анализ полученных частот и форм колебаний кронштейна 6

1.5 Сравнение полученных собственных частот и форм колебаний кронштейна 7

1.6 Вывод по анализу кронштейна 7

2 Расчет форм и частот собственных колебаний рамы грузового автомобиля 8

2.1 Подготовка конечно-элементной модели рамы 8

2.2 Задание граничных условий модели рамы 8

2.3 Результат расчёта в ПК ANSYS Workbench рамы 10

2.4 Анализ полученных частот и форм колебаний рамы 12

2.5 Сравнение полученных собственных частот и форм колебаний рамы 13

2.6 Вывод по анализу рамы 13

3 Заключение 14

4 Список использованной литературы 15

Введение.

Отправной точкой для исследования возникновения резонанса в сооружениях послужило разрушение моста в г. Анже в 1850 году, когда, при переходе по мосту строем, рота солдат маршировала с частотой, совпавшей с собственной частотой моста, в результате чего произошло разрушение. С того времени, в связи с развитием промышленности динамическое воздействие на различные конструкции значительно возросли. Расчет конструкции на колебания позволяет не допустить явление резонанса, при котором происходит равенство или кратность возникающих в ней вынужденных и собственных колебаний. Возрастание амплитуды колебаний способно привести к разрушению конструкции. Испытания и расчёт конструкций на колебания с целью их уменьшения – неотъемлемая составная часть проектирования строительных конструкций.

Именно для этого используется модальный анализ, который позволяет установить параметры колебаний конструкции: с его помощью определяются собственные частоты и формы колебаний. Кроме того, он используется как отправная точка для других, более подробных динамических расчётов, таких, как нестационарный динамический анализ или отклик системы на гармоническое воздействие.

При исследовании колебаний конструкций допустимо принимать следующие допущения: системы линейно-деформируемы; колебания малы в сравнении с размерами сооружения; материал подчиняется закону Гука; влияние внутреннего неупругого сопротивления материала не учитывается; местное изменение жесткости в соединениях, сопряжениях и стыках не учитывается; жесткость стержней постоянна или ступенчато-переменна; опорные устройства и шарниры идеальны.

Цель работы – Провести модальный расчет кронштейна двигателя и рамы грузового автомобиля, оценить полученные собственные частоты системы и сделать вывод об их возможном воздействии на человека.

Задачи:

1. В программном комплексе ANSYS Workbench построить расчетные модели для определения их собственных частот.

2. Вывести картину результатов модального анализа по модам. Сравнить, проанализировать и сделать выводы.

Условия и исходные данные:

В данной работе рассматривается кронштейн двигателя и рама транспортного средства

1 Расчёт форм и частот собственных колебаний кронштейна двигателя мкэ

1.1 Подготовка конечно-элементной модели кронштейна

При разбиении сетки в свойствах “Mesh” был установлен следующий параметр:

ElementSize (Размер элемента) = 5 мм.

После установления этого параметра был выбран следующий тип конечных элементов:

HexDominant (преимущественно гексаэдры) – по возможности создавать параллелепипеды, там, где это невозможно, использовать пирамиды и тетраэдры.

Рисунок 1 - Сетка разбиения кронштейна на элементы HEX

(Элементов: 14762; Узлов: 51556)

1.2 Задание граничных условий модели кронштейна

Граничные условия – заделка на двух привалочных поверхностях кронштейна

Рисунок 2 - Схема закрепления кронштейна

1.3 Результат расчёта в пк ansys Workbench кронштейна

Посредством расчета определяются деформации для различных мод (Номер после Total Deformation соответствует номеру моды). Результаты расчетов представлены на рисунках 3 и 4.

Рисунок 3 – Картина деформированного состояния кронштейна, вид сбоку

Рисунок 4 – Картина деформированного состояния кронштейна, вид спереди

1.4 Анализ полученных частот и форм колебаний кронштейна

Первой моде соответствует первая изгибная форма колебаний вдоль продольной оси. Частота колебаний составляет 302,25 Гц. Эта форма имеет наименьшую собственную частоту, наиболее близкую к частотам колебания кронштейна. Поэтому первая форма представляет наибольший интерес с точки зрения исследования возможности возникновения резонанса.

В результате обработки экспериментальных данных было установлено, что частота основной гармоники опрокидывающего момента лежим в пределах 36,7...151,7 Гц. Собственная частота кронштейна много превосходит эти значения, следовательно, возникновение резонанса маловероятно.

Второй моде соответствует первая крутильная форма колебаний вдоль поперечной оси. Частота колебаний составляет 516,49 Гц.

Третьей моде соответствует вторая крутильная форма колебаний кронштейна. Частота колебаний составляет 882,19 Гц.

Четвертой моде соответствует вторая изгибная форма колебаний кронштейна вдоль продольной оси. Частота колебаний составляет 1439,7 Гц.

1.5 Сравнение полученных собственных частот и форм колебаний кронштейна

Таблица 1 -Собственные частоты и формы колебаний кронштейна

№ формы	Частоты, Гц	Характер колебаний (указаны характерные колебания, соответствующие определенным частотам)
1	302,25	Первая изгибная форма колебаний кронштейна вдоль продольной оси
2	516,79	Первая крутильная форма колебаний кронштейна
3	882,19	Вторая крутильная форма колебаний кронштейна
4	1439,7	Вторая изгибная форма колебаний кронштейна вдоль продольной оси

1.6 Вывод по анализу кронштейна

Анализ результатов полученных собственных форм и частот, представленный в таблице 1, позволяет отметить, что собственные частоты кронштейна достаточно высоки и находятся в диапазоне от 300 до 1500 Гц. Диапазон частоты опрокидывающего момента основной гармоники коленчатого вала лежит в пределах 36,7...151,7 Гц. Возбуждение колебаний коленчатого вала, возникающих при работе двигателя не является опасным при дальнейшей эксплуатации кронштейна и не требует дальнейших расчетных исследований.