Расчёт на прочность в SolidWorks

13 декабря

На сайте установлен Orphus. Если вы обнаружили ошибку,то выделите её и нажмите CTRL+ENTER

Расчёт рейки на прочность в SolidWorks

Требуемое ПО: Solid Works, Simulation

Прежде чем что-то расчитывать необходимо провести ряд предварительных подготовок:

  • изготовить рейку;
  • определить характеристики материала;
  • произвести расчёт;
  • провести эксперимент.

Определение материала

Первое было уже сделано, поэтому, сразу начнём расчитывать характеристики материала, из которого она изготовлена.

Карбоновая рейка изготовлена из углеволокна (ровинга) Tenax® STS40 F13 24K 1600tex и эпоксидной смолы LR 285. Объемное содержание смолы и ровинга 50/50. После Изготовления рейка прошла термостатирование при температуре 60оС в течении 12 часов. Геометрические размеры рейки 12*3,5*500 (с «гулянием» по толщине»). Рейка с одной стороны жёстко закреплена, нагрузка действует на противоположную заделке сторону.

Механические и физические характеристики смолы и волокна указаны в таблицах ниже.

Потому как рейка не является 100% или смолой, или волокном, то необходимо пересчитать характеристики для готовой рейки. Модуль упругости и предел прочности однонаправленного композита вдоль направления армирования (укладки волокон) может быть рассчитан по правилу смеси:

где Ef – модуль волокна; Em – модуль связующего; Vf , Vm – относительное объемное содержание волокон и связующего, соответственно. Получаем следующие данные.

Проведение расчёта в SolidWorks

Считаем, что 3D модель у нас уже есть. Она простая, в принципе :) .

Расчёт детали сводится к:

  • настройке материала;
  • установки способов крепления;
  • определении сил;
  • создании сетки;
  • запуску расчёта.

В настройках материала необходимо создать свой новый материал и применить расчитанные ранее характеристики материала.

Потом создаём новое исследование (статическое).

Выбираем способ крепления детали. В данном случае – жёсткое крепление с одной стороны.

Силы. Первое, что необходимо учитывать – это всемирное тяготение. Выбираем направление силы тяжести, а также нагрузку, которая будет действовать на рейку.

Строим сетку.

Осталось нажать запуск для расчёта.

Собственно, на этом расчёт в SolidWorks закончен. Необходимо проанализаровать полученный результат и сравнить с реальными испытаниями.

Анализ результатов.

Опыт первый. Масса груза 0,159 кг. Картинки ниже – реальное смещение крайней точки и расчётное.

Без нагрузки

С нагрузкой 0,159 кг. (перемещение составило 13,5 мм). При расчёте с аналогичной нагрузкой смещение получено 13,4 мм.

С нагрузкой 0,244 кг. (перемещение составило 20,5 мм). При расчёте с аналогичной нагрузкой смещение получено 20 мм.

Таким образом, полученные погрешности считаю неточностью считывания показаний со средств измерения. Эксперименты можно продолжать :)

Система Orphus


Уникальных посетителей темы: 178

комментарии (14)

    Дмитрий 13 декабря 2011, 14:05

    Здравствуйте Сергей. Приятно ощющается Ваш восторг от полученного опыта.Но Ваш пост, это предложение скинуть этот инструмент или Вы готовы
    посчитать что либо? Я вот имею SKAD кракнутый, могу поделится,но сам его никак не освою , то ли туплю ,то ли там чегото не хватает , правда он (SKAD)строительный и там конструкции и т.д.
    Ну а по поводу расчётов ,не обольщайтесь.Вы расчитали статическую нагрузку
    в одной оси простой балки в жесткой заделке. А если нагрузка динамическая и не постоянная,и меняется ось воздействия? Так что интерполируйте и коэффициентик надёжности 0.8 и будет Вам счастье.
    А вообще молодец.
    С уважением Дмитрий.

      Иванов Сергей 13 декабря 2011, 14:17

      Здравствуйте, Дмитрий. До написания статьи мне самому было интресено проверить возможности SolidWorks ну и свои :) . Когда получились вполне одинаковые результаты, то и решил поделиться с народом, так сказать. Расчитывал именно статическую нагрузку статическую нагрузку в одной оси простой балки в жесткой заделке т.к. это наиболее доступно мне было для проверки. Можно было бы использовать разные виды заделки и нагрузки. Ещё интересно то, что расчётов использовал не изотропный материал (например, сталь, стекло и т.п.) а ортотропный (дерево, углепластик и т.п.). Единственное, что для такоего материала не определить запас прочности, потому как нет однозначного критерия прочности, ну, или я его не знаю :D

      Так что интерполируйте и коэффициентик надёжности 0.8 и будет Вам счастье.

      это как ?

    Kalibry 14 декабря 2011, 16:03

    Материал полезный, с точки зрения проверки корректности солида. По поводу коэффициента надежности, если мне не изменяет память, в сопромате принято для расчета сечения балки, ее прочность в данном направлении брать с 10 кратным запасом. Или 20%, как предлагает Дмитрий. Это, в расчетах, применяем предел прочности материала в заданном направлении меньшим в n раз, тем самым обеспечивая запас. Ну и нагрузка на балку редко бывает сконцентрирована в одной точке, чаще, все же, распределенная (применительно к моделизму). d3838d

      Иванов Сергей 14 декабря 2011, 16:12

      Так это и есть запас прочности. Для дюраля, например, критерием определением запаса прочности является предел текучести (это то макксимальное «усилие» при котором материал после действия силы возвратится в
      своё первоначальное положение). Собственно, на модели в процессе прасчёта определяется максимальное напряжение, исходя из этого и расчитывается предел прочности.

      предел прочности=предел текучести/максимальное напряжение.

      Это один из критериев определения предела прочности ( он так и называется: по максимальному напряжению). В солиде их несколько. Для композитных изделий критерии свои, для хрупких изделий тоже свои.

    Kalibry 14 декабря 2011, 16:58

    Да, так и есть. Только:
    расчетный предел прочности = Изгибающий момент / Момент сопротивления и он должен быть
    Момент сопротивления = Изгибающий момент / [предел пр.] ну, а далее находим сечение, необходимое и достаточное.
    Данный расчет для статических систем. Динамика немного отличается.

    Kalibry 14 декабря 2011, 17:02

    Половина сообщения пропала… «должен быть меньше [предел пр.] равный предел прочности в данном направлении (справочный) / коэффициент запаса. Следовательно: Момент сопротивления = ….»

    постоянный подписчик МУРЗИЛКА 22 января 2012, 19:22

    Хватит заниматься ерундой!!! Иди делай цоколь у кухни!!!

    Laa911 27 января 2013, 23:06

    Вопрос.
    Можно ли сделать модель
    Шезлонги-качалки из коробна с целью уменьшения веса до <1кг.

    А то решение прикольное, но вес 9 кг, убивает, удобство мобильности и транспортировки, что скажете?

    http://www.znaikak.ru/design/pic/visred/kacalka.jpg

    Иванов Сергей:

    Тяжёлая какая-то. Там же несколько труб и тряпка натянута.

    Laa911 27 января 2013, 23:08

    Если такое чудо карбон не выдержит, может быть можно сделать что то подобное
    http://mebli.od.ua/wp-content/uploads/2011/02/0114.jpg

    Что думаете?

    Иванов Сергей:

    Можно сделать, только форма понадобится для выклейки всего этого дела.

    Сергей 16 октября 2013, 10:00

    а как по графику понять что перемещение составило 20,5 мм?
    С уважением Konuzelev@mail.ru

    Иванов Сергей 22 октября 2013, 08:05

    Так там слева есть индикатор (цветная шкала). Красным помечено самое большое перемещение и цифра напротив.

    Сергей 28 октября 2013, 13:07

    Извините я невежу 20,5 мм
    А вижу 1,995 е+001
    Это надо как то считать?
    Что такое е? что за +001
    Спасибо!!!!!!!

      Иванов Сергей 28 октября 2013, 13:59

      считать это надо так:
      1,995 е+001 = 1,995 * 10(в степени 001) = 1,995*10= 19,95 мм

    Сергей 06 ноября 2013, 05:42

    Спасибо за разъяснения!!!!!!!!
    Спасибо за Статью!!!!!!!