Google
Harta Site (RO)

Site Map (EN)
Acasa

Cariera

Proiectare 3D
                 

Lectii
SolidWorks


Proiectare 2D

Galerie foto

Galerie video

Download

Servicii

Link-uri

Contact
Data lansare /
Release date
April 20, 2008

Acasa | Cariera | Proiectare 3D | Lectii SolidWorks  | Proiectare 2D

Galerie foto | Galerie video | Download | Servicii | Link-uri | Contact

Copyright 2015 Florin Ababei. All rights reserved.
Back to top  |  Back to Lectii SolidWorks  |  Trimite feedback  |  Feedback-uri primite

Lectii SolidWorks - LECTIA II.3 nivel INTERMEDIAR
Optimizarea cu COSMOSXpress. Consola incarcata cu o forta concentrata la extremitatea ei.

L2.3.1 Notiuni introductive si calcule de dimensionare preliminara

In aceasta lectie imi propun sa va prezint pasii necesari ce trebuie sa ii parcurgeti pentru a realiza un studiu in ceea ce priveste lungimea si sageata maxima a unei grinzi de sectiune circulara incastrata la un capat avand o forta concentrata aplicata in plan vertical la extremitatea barei de valoare F=200N (~20 kg) - spre exemplu poate fi cazul unui suport de lampadar.
Reprezentarea schematica si diagramele de eforturi ce apar in grinda ne arata ca apare o forta taietoare de valoare constanta pe toata lungimea ei si un moment incovoietor avand valoarea maxima in incastrare si valoare zero la capatul liber al ei.
Parerea ta conteaza!
Va invit sa trimiteti idei si sugestii legate de aceste lectii. Lectiile sunt pe placul tau? Pentru ca aceste materiale sa fie mai bogate in informatii utile, trebuie ca si voi, cititorilor, sa contribuiti cu ceva! Spune-mi sugestiile tale referitoare la continutul lor, daca ti se pare util sau nu, daca merita tot acest efort sau nu, sau chesti de genul asta.
Te rog sa folosesti link-ul de mai jos pentru a-mi trimite feedback.

Pentru a afla noutati si a fi curent cu actualizarea paginii,
da LIKE florinababei.eu pe Facebook! Multumesc!

Este cazul unei incovoieri simple (axa barei deformate ramane in planul fortelor transversale si, pe langa tensiunile normale σ ce apar in sectiunile transversale, apar si forte taietoare iar momentul incovoietor este variabil de-a lunbul barei) iar in bara apar urmatoarele stari de tensiuni: intindere simpla si compresiune simpla in punctele mai indepartate de axa neutra pe o parte si alta, forfecare in punctele de pe axa neutra precum si stari plane de tensiuni. In mod simplificator, intrucat tensiunile tangentiale maxime sunt mult mai mici decat cele normale maxime si in plus actioneaza in puncte diferite ale sectiunii sau in sectiuni diferite, la barele solicitate la incovoiere, tensiunile tangentiale sunt neglijate.
Dimensionarea barei se va face avand ca si termeni cunoscuti momentul incovoietor si rezistenta admisibila a materialului iar necunoscuta fiind modulul de rezistenta necesar.
Diametrul sectiunii se alege astfel incat modulul de rezistenta efectiv sa fie mai mare sau cel putin egal cu modulul de rezistenta necesar:
Adoptam diametrul d=20 [mm] si cu acesta calculam sageata maxima (care este unul din parametrii practici ai deformarii barei sub actiunea fortei F). Aceasta reprezinta deplasarea pe directie normala la axa barei a centrului de greutate al sectiunii din imediata vecinatate a capatului barei.
In relatia sagetii maxime, produsul EI este numit si factor de rigiditatela incovoiere. Se observa ca sageata depinde atat de rigiditatea materialului (prin modulul de elasticitate E) cat si de rigiditatea formei sectiunii (prin momentul de inertie I al suprafetei sectiunii in raport cu axa neutra).
L2.3.2 Realizarea modelului

Schitati pe planul Right un cerc pozitionat in origine si avand diametrul de 20 mm. Extruded Boss/Base pe lungime de 500 mm.
Atribuiti modelului un material: Plain Carbon Steel. Acesta este un otel (numit uneori si "Mild Steel") al carui principal element de aliere este carbonul (0.16-0.29%). Pretul acestuie este relativ scazut iar proprietatile acestuia sunt acceptabile pentru multe aplicatii. Are o rezistenta relativ scazuta la tractiune dar este maleabil si duritatea suprafetei poate fi crescuta printr-un tratament de carburare. Proprietatile acestuia (asa cum sunt in baza de date a SolidWorks) le gasiti mai jos.
Consideratii teoretice:

- Elastic Modulus - modulul de elasticitate longitudinal (modulul lui Young), principala caracteristica referitoare la deformabilitatea (rigiditatea) unui material. Dintre doua piese identice solicitate la fel identice, cel mai mult se va deforma piesa al carei material are modulul de elasticitate longitudinal mai mic (un material este cu atāt mai rigid cu cāt are modulul de elasticitate longitudinal E de valoare mai mare).
- Poisson Ratio - coeficient de contractie laterala. Pentru o piesa supusa unei forte, acesta exprima raportul dintre deformatia pe directia perpendiculara efortului si alungirea unitara in directia acestuia.
- Shear Modulus - modulul de elasticitate transversal si este o constanta de material si descrie raspunsul materialului la solicitarile de forfecare.
- Density - densitatea - este folosita pentru a calcula masa la finalul raportului.
- Yield Strenght - efortul la care deformarile trec din domeniul elastic in cel plastic (materialul incepe sa se deformeze plastic). Este folosit pentru a calcula factorul de siguranta.

L2.3.3 Verificarea modelului cu COSMOSXpress
Lansati modulul COSMOSXpress in tabul Evaluate din CommandManager.
Fereastra de intampinare a wizard-ului ne da posibilitatea alegerii unitatii de masura precum si a calea in care acesta salveaza fisierele specifice.
Observatie:
In fiecare tab, odata realizat acel task cu succes apare o bifa ce confirma aceasta. In cazul schimbarii unor parametri, bifa este inlocuita cu un semn de exclamare pe fond rosu. Va trebui sa treceti in ca o data (cu noile date) prin acea etapa.
In tabul Material putem schimba materialul ales initial (cu implicatii si in model, desigur).
In tabul Restraint aveti posibilitatea sa definiti constrangeri pentru a materializa conditiile reale de simulare.
Selectati fata circulara de pe planul Right. Puteti adauga mai multe constrangeri pentru acelasi model.
In tabul Load aveti posibilitatea sa definiti incarcarile de pe model.
Acestea pot fi: forte sau presiuni (forte distribuite pe o suprafata). Cand o forta este aplicata pe un corp, acesta incearca sa absoarba efectele ei dezvoltand forte interne care in general difera de la un punct la altul. Efortul este de fapt intensitatea acestor forte interne si are unitatea de masura forta pe unitatea de suprafata.
In mod implicit, forta este normala la suprafata selectata insa o dorim actionand in plan vertical (normala la planul Top). Sensul il schimbam eventual bifand Flip direction.
Observatie:
- Retineti un aspect: aveti posibilitatea sa selectati doua fete diferite pe care sa aplicati forta (din pacate nu este cazul nostru) in cadrul aceluiasi pas. Programul aplica fortele specificate pe fiecare fata a setului si deci per total de fapt aplicati asupra modelului o forta multiplicata cu numarul de fete al setului respectiv.
- De fiecare data asigurativa (folosind preview) ca fortele au directiile dorite.
Avand definiti toti parametrii necesari, ajungem la analiza modelului.
In final am ajuns la rezultatele analizei.
Primul rezultat: valoarea factorului de siguranta (FOS - Factor of Safety).
FOS = 1.73736 1
Considerente teoretice:
SolidWorks calculeaza acest factor de siguranta prin impartirea rezistentei admisibile a materialului (Yield Strenght) la rezistenta echivalenta in acel punct (von Mises stres sau equivalent tensile stres).
- FOS < 1 intr-un punct inseamna ca in acel punct materialul se deformeza plastic (curge), si cu siguranta vor aparea probleme.
- FOS = 1 intr-un anumit punct indica faptul ca in acel punct materialul materialul incepe sa se deformeze;
- FOS > 1 inseamna ca daca in acel punct aplicam forte suplimentare, ajungem la limita de curgere pentru valori ale acestor fortei suplimentare egale cu valoarea curenta multiplicata cu factorul de siguranta.
Pe model putem vizualiza zonele unde apar probleme introducand diferite valori ale FOS (zonele cu albastru sunt pentru FOS > 1 si rosii pentru FOS = 1).

In inginerie este recomandat sa folositi FOS > 1.5
Vom vizualiza toate rezultatele apoi vom optimiza modelul.
Intr-o ultima fereastra avem mai multe tipuri de rezultate pe care le putem vizualiza:
Rezistenta echivalenta (von Mises) in cel mai defavorabil punct este reprezentat cu culoare rosie si are valoarea egala cu 127 [N/mm2] (puteti observa ca 220.6 / 127 = 1.73 = FOS).
Aveti posibilitatea sa vizualizati evolutia eforturilor in bara si sa salvati in format .AVI aceasta evolutie.

L2.3.3.2 Deformatiile din model
Trebuie sa aveti in vedere faptul ca aceasta deformatie este exagerata ca si reprezentare pentru a fi vizibila (uneori) sau chiar sugestiva. Scara este indicata in zona grafica.

L2.3.3.4 Generarea unui raport in format HTML
In aceasta ultima fereastra avem mai multe optiuni:

L2.3.3.1 Distributia eforturilor in model
Aceste sunt maxime pe capatul bare, valoarea sagetii fiind v = 5.047 [mm] foarte apropiata de valoarea calculata de mine la inceputul acestei lectii (conform teoriei).
Si aici aveti posibilitatea sa vizualizati evolutia deformarilor in bara si sa salvati in format .AVI aceasta evolutie.

L2.3.3.3 Vizualizarea modelului deformat
L2.3.3.5 Generarea unui fisier eDrawings cu rezultatul studiului
COSMOSXpress creaza un fisier lectia_ii_3-1-COSMOSXpressStudy.analysis.eprt ce contine distributia eforturilor (von Mises stress), distributia deformatiilor in  model, modelul deformat, si FOS.

La final salvati datele studiului. COSMOSXpress genereaza un fiser lectia_ii_3-1-COSMOSXpressStudy.CWR cu rezultatele analizei. Materialele, constrangerile si incarcarile sunt insa salvate in part.
L2.3.4 Optimizarea modelului cu COSMOSXpress

Functie de conditiile concrete din procesul de proiectare, putem interveni asupra dimensiunilor modelului. Presupun ca materialul l-am dat deja la aprovizionare (deci nu il pot schimba) sa fac astfel incat sa reduc cantitatea de material fara ca rezistenta acestuia sa aiba de suferit, dimpotriva, voi cauta sa am un factor de siguranta FOS > 2 si sageata maxima sub actiunea fortei F sa fie de maxim v < 1.5 [mm]. Gandul va duce desigur la micsorarea lungimii in consola. Corect! Dar acum vine intrebarea ... cat sa micsoram?
Sa ne intoarcem in tabul Optimize in care gasim mai multe criterii: FOS, Maximum Stress si Maximum displacement. In dreptul lor, intre paranteze unghiulare (<>) gasiti valorile curente.
Click pe FOS si introduceti valoarea 2, apoi click pe Maximum displacement si introduceti valoarea 1.5.
In urmatoarea fereastra ne cere sa precizam asupra carei dimensiuni vrem sa intervenim. Click pe lungimea barei (apare in campul rosu) si ne sunt infatisate: valoarea curenta, limita inferioara si cea superioara.Setam limita superioara 350 si la cea inferioara introducem 300 dupa care putem incepe procesul de optimizare.
SolidWorks realizeaza cateva bucle schimband dimensiunile modelului si refacand calculele pentru ca in final sa avem rezultatul.
Conform acestuia, reducerea lungimii barei la 300 mm are ca efect o reducere cu 40% a greutatii modelului fata de versiunea initiala. Cu noua valoare a dimensiunii (deja modificata) mergeti in tabul Analize, cu bifa pe Yes (recommended) rulati si va este infatisat factorul de siguranta FOS = 2.996.
In tabul Results, la Show me the displacement distribution in the model, vedem ca sageata la cpatul liber al barei este v = 1.09 [mm]. Este bine.
Observatie:
- Daca in procesul de optimizare va este afisat un mesaj de eroare ca cel de mai jos, reveniti in fereastra cu valorile limitelor inferioara si superioara a dimensiunii de modificat si introduceti valori in concordanta cu cele reale.
- Daca doriti sa vedeti rezultatele studiului unui model si apare mesajul de mai jos, mergeti in tabul Analize si rulati procesul. Aceasta se intampla de regula dupa inchiderea si redeschiderea modelului.
Concluzii:
- Exemplul prezentat este unul simplist si are drept scop descrierea pasilor necesari efectuarii unui studiu cu COSMOSExpress;
- COSMOSXpress este un modul ce permite calculul static al pieselor prin metoda elementului finit si va poate oferi informatii pretioase in ceea ce priveste comportarea lor sub actiunea diverselor solicitari inca dintr-o faza incipienta a ciclului de proiectare a unui produs evitand astfel posibile probleme. Dar aceasta analiza trebuie coroborata cu experienta practica si/sau cu alte metode de simulare inainte de a lua o decizie.

lectia_ii_3-1.zip
Vizualizati raportul studiului in format HTML si fisierul eDrawings salvate la finalul lectiei.
Toate intr-o arhiva .zip
Click pe icon-ul alaturat.