Сравнительный анализ результатов расчета методом сопротивления материалов и методом конечных элементов.

В результате расчета, постпроцессор выдает эпюру эквивалентных напряжений по элементам /узлам (элементам) по критерию фон Мизеса (4 теория прочности).

Но так как были рассчитаны напряжения детали, которые так же сравнивались с допускаемым пределом текучести материала, то для возможности корректного сопоставления результатов расчётов различными методами и программами, введем такую характеристику, как коэффициент запаса прочности.

Для обеспечения прочности элементов конструкций необходимо так выбрать их размеры и материал, чтобы возникающие в них при эксплуатационных нагрузках напряжения были меньше предельных. Конечно, если наибольшие рабочие напряжения в детали близки к предельным (хотя и меньше их), прочность детали гарантировать нельзя, так как действующие нагрузки, а следовательно, и напряжения практически никогда не могут быть установлены совершенно точно; в ряде случаев расчетные напряжения вообще могут быть определены лишь приближенно, возможны отклонения действительных механических характеристик применяемого материала от принятых при расчете.

Значение коэффициента запаса прочности должно быть больше единицы, иначе прочность конструкции будет нарушена. Таким образом, чем больше коэффициент запаса прочности, тем прочнее конструкция, тем большим запасом она обладает. В то же время очень большие запасы прочности приводят к перерасходу материала, делают конструкцию тяжелой, неэкономичной.

Ниже приведены таблицы зависимости значений максимального напряжения от прикладываемого к внутренней стороне секции магистрального трубопровода давления. В таблице 7 представлены результаты исследований в программах UGS NX Nastran, в SolidWorks Simulation и в Компас-3D V16(APM FEM).

 

Таблица 7 - Зависимость напряжения от внутреннего давления

Давление, МПа	12,65	9	5	2,5	1,2
Напряжение в Компас-3D V16(APM FEM), МПа	45,5	32,27	17,93	8,96	4,31
Напряжение в SolidWorks Simulation, МПа	20,49	14,58	8,1	4,49	1,94
Напряжение в UGS NX Nastran, МПа	26,99	22,61	8,47	4,24	2,04
Напряжение по методу сопромата, МПа	32	22,7	12,6	6,3	3,03

 

Из данных программ, а так же по рассчитанным методом сопротивления материалов величинам находим коэффициент запаса прочности. Результаты представлены в таблице 8 и на диаграмме (Рисунок 14)

 

Таблица 8 - Зависимость коэффициента запаса прочности от прилагаемой нагрузки

Давление, МПа	12,65	9	5	2,5	1,2
в Компас-3D V16(APM FEM), МПа	0,6	1,08	1,95	3,9	8,12
в SolidWorks Simulation, МПа	1,71	2,4	4,32	7,79	18,04
в UGS NX Nastran, МПа	1,3	1,55	4,31	8,25	17,15
по методу сопромата, МПа	1,09	1,54	2,78	5,56	11,55

 

Рисунок 14 – Диаграмма зависимости коэффициента запаса прочности секции магистрального трубопровода от прилагаемой нагрузки

 

Из полученных зависимостей видно, что наиболее приближены к значениям, полученным методом сопротивления материалов значения, выдаваемые решателем APM FEM (КОМПАС). Так же выяснилось, что при максимальном значении силы, найденным решателем APM FEM (КОМПАС) значение коэффициента запаса прочности меньше единицы, что необходимо учесть при расчете конструкции.

Результаты проведенной работы опубликованы в журнале "Сварочное Производство"   (№3 2018). [Приложение Л].

Библиографический список

 

1. Гончаров П.С., Ельцов М.Ю., Коршиков С.Б., Лаптев И. В., Осиюк В.А. NX для конструктора машиностроителя. – М.: Изд-во ДМК. 2010 г. 504 с.

2.  Норенков И.П., Кузьмин П.К. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-технологии. – М.: Изд-во МГТУ им Н.Э Баумана. 2002 г. 320 с.

3.  Г.А.Николаев. Расчет сварных соединений и прочность сварных конструкций. Издательство «Высшая школа». Москва – 1965

4. В.К. Манжосов. Расчет стержня при растяжении – сжатии: Методические указания.-Ульяновск: УлГТУ, 2001.-20с.

5. Трубы и детали трубопроводов на давление свыше 100 до 320 МПа. Нормы и методы расчета на прочность. ОАО "ИркутскНИИхиммаш". Москва. Стандартинформ. 2011

6.  Котельников А. А. Компьютерное моделирование в сварочном производстве/ Котельников А. А., Абышев К. И., Алпеева Е. В., Брусенцев А.А.; Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2013. 228 с.:ил.258, Библиогр.: с 222-223.

7.  Котельников А. А. Компьютерные технологии в науке, образовании и производстве: /А. А. Котельников; Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2011. 436 с.:табл.13, ил.127, прилож.21. Библиогр.: с. 349.

8.  Алпеева Т. В. Роботизированная сварка многосортаментных трубчатых элементов: монография / Т.В. Алпеева, В.М. Емельянов, А.А. Котельников; Юзг-Зап. гос. ун-т. Курск, 2011. 128 с.:ил.50, табл.2. Библиогр.: с. 117-127. 9. Конечно-элементный анализ в SolidWorks Simulation{calregion. ru. CAD/CAM/CAE проектирование в САПР. 10. Современные технологии автоматизации: Журнал. – Россия: СТА – Пресс, 4/2002.

9. Котельников А. А. Применение метода конечных элементов в расчетах сварных конструкций: монография/ А. А. Котельников, К. И. Абышев, Е. В. Алпеева; Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2014. 128 с.: ил.99, табл.25,. Библиогр.:с. 126.

10.  Иосилевич Г.Б., Строганов Г.Б., Шарловский Ю.В. Затяжка и стопорение резьбовых соединений. Справочник. Изд.2, перераб. и доп. 1985. 224 с.

Приложение А

Сборочный чертеж консоли

Приложение Б