XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Введение

Данная задача решается для моделирования взаимодействия инструмента с породой, что не обходимо для буровых проходческих и отчисных машин в горном деле. В данном случай рассматривается конусный инструмент.

Мы показали постепенное усложнение решения используя метод конечных элементов МКЭ вначале без управления сеткой, а затем с управлением на основе меню Ansys, а также внедряя линии с заданным шагом разбиения.

Ранее на форуме такие задачи решались в 2018г, мы обобщили решение и улычшили его и пояснили как можно его использовать в дальнейшем.

Ansys, начинавшийся как система для внутреннего использования фирмы Westinghouse Eleсtric, проник из своей «материнской» области, ядерной энергетики, во все области промышленности. Препроцессор Ansys позволяет не только создавать геометрические модели собственными средствами, но импортировать уже готовые, созданные средствами CAD-систем. Геометрическая модель в дальнейшем может быть модифицирована любым образом, поскольку при импорте осуществляется перетрансляция данных в геометрический формат Ansys и деталь не подменяется «неприкасаемой» конечно-элементной сеткой. Пользователь может удалять несущественные мелкие подробности, достраивать определенные детали, проводить сгущение/разрежение сетки и другие важнейшие операции, без которых дальнейшее решение может быть совершенно некорректно или вообще окажется недостижимым. Построение поверхностей, твердотельной и каркасной геометрии и внесение изменений осуществляются средствами собственного геометрического моделлера.

Ansys позволяет решать проблемы прочности, теплофизики, гидрогазодинамики, электромагнетизма совместно с расчетом усталостных характеристик и процедурами оптимизации. Единая система команд и единая база данных полностью исключают проблемы интеграции и взаимного обмена между указанными сферами. Более того, в программе использованы специализированные конечные элементы, имеющие, помимо перемещений и поворотов в узлах, степени свободы по температуре, напряжению и др., а также переключения типа элемента, например электромагнитного на прочностной. Благодаря этому в программе реализованы уникальные возможности проведения связанного анализа. Оптимизация конструкции, таким образом, может вестись с учетом всего многообразия физических воздействий на нее.

Часть 1

Первый метод без управления сеткой.

1. Имя файла «CON4». Создаем блок породы, вставляем конус Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Box построение по оси координат командой by dimension.

Рисунок 1.

2. Команда Plot > Lines, показать по линиям

Рисунок 2.

3. Склеиваем – команда Modeling > Operate > Glue > Volumes > All, склеивание объемов конус и блока

Рисунок 3.

4. Выбираем блок, с помощью меню SubtractVolumes, для того чтобы вычитать с блока породы конус выполняем команду.

Рисунок 4.

5. Выбрали конус, с помощью меню SubtractVolumesи вычел его обьем из блока.

Рисунок5.

6. Выходимспрепроцессораивходимв Solution, закрепляемпородупобоковойчастикоманда Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Areas

Рисунок 6.

7. Выбираем площадь №9 и закрепляем по всем осям All DOF.

Рисунок 7.

8. С помощью команды Solution > Apply > Structural > Pressure > On Areas выделяем площадь №1 (основание конуса) для того чтобы дать на нее нагрузку.

Рисунок8.

9. Даемнагрузку 3000 кНкомандой Solution > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On Areas

Рисунок9.

10. Показананагрузка

Рисунок 10.

11. Далее запускаем решатель, Solution > Solve > Current LS и получаем решение.

Рисунок11.

12. Для получение результата запускаем GeneralPostproc для того чтобы увидеть результаты. General Postproc > Plot Results > Deformed Shape выбираем Def + undeformed. Чтобы получить картину деформации.

Рисунок 12.

13. На рисунке показана деформация блока

Рисунок13.

14. Виды деформации General Postproc > Plot Results > Nodal Solution > DOF Solution выбираемпоосиХ

Рисунок13.

15. Максимальноедавление General Postproc > Plot Results > Nodal Solution > Stress поосиХ, макс. Давление равно 482351

Рисунок 14.

Часть 2

Упрвляемая сетка

Использование меню пакета ограничено в основном равномерными сетками, при этом часто возникает ситуация, когда сетка имеет затруднения при построении, что связано с особенностями теории, вложенной в сеточный процессор, кроме того мелкую сетку надо строить в пластическом ядре окружающем инструмент и на стадии разрушения она имеет форму инструмета, соответсвенно лучше строить сетку в форме близкой к пластическому ядру.

Для уточнения задачи, размельчим сетку разработав свой прием.

Вставляем конус с диаметром больше предыдущего в 2-3 раза.

Удаляем только что вставленный конус командой из меню которая удалив объём оставляет линии конуса

Восстанавливаем команды из сохраненного файла 1.log

Вычисляем номера этих линий используя меню выделения линий

Разбиваем командой lesize эти линии мелким шагом

И строим сетки по прежней программе из файла block

Есть линия 28 27 26 25 29 30 линии большого конуса

Рисунок 15.

16. Здесь удаляем малый конус выбрав команду Modeling > Delete > Volumes Only, то есть с помощью это команды можно удалить объемы, но линии и точки остаются.

Рисунок 16.

17. С помощью команды Preprocessor > Meshing > SizeCntrls > Manual Size > Lines > Picked Lines и обозначаем номера линий конуса

 

Рисунок 17.

18. Запускаем на разбиение сетки с помощью команды Preprocessor > Meshing > Mesh > Volumes > Free

Рисунок18.

19. Выбираемтипанализа Static, спомощьюкоманды Solution > Analysis Type > New Analysi

Рисунок19.

20. Входимв Solution, закрепляемпородуповерхнейчастикоманда Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Areas, выбираемплощадь №7 изакрепляемповсемосям All DOF

21. Спомощьюкоманды Solution > Apply > Structural > Pressure > On Areas выделяемплощадь №1 (конус)

22. Даем нагрузку 3000 кН

23. ЗапускаемрешательSolution > Solve > Current LS

24. Задача выполнена верно

25. Запускаем GeneralPostproc для того чтобы увидеть результаты. General Postproc > Plot Results > Deformed Shape выбираем Def + undeformed

26. General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu > Stress, показывает максимальное давление по оси х

27. Виды линии после нагрузки. General Postproc > Plot Results > Nodal Solution > Stress выбираем по оси Х

28. Вид конуса при приближении под нагрузкой по оси Х

29. Вид конуса при приближении под нагрузкой по оси Y

Заключение.

При закреплении блока сбоку происходит сдвиг по оси Х, максимальное давление 482351, при закреплении блока породы с верхней части, максимальное давление 369856 происходит полное обрушение породы прилагаемая нагрузка в расчете было 3000 кН. В целом полученная картина распределения напряжений подробнее, чем было получено на нашей секции в 2018 г.

Рассматривая совокупность таких задач при разных глубинах внедрения инструмента, оцениваем НДС в зонах, где начинается трещина (3 зоны: две симметричные относительно оси инструмента, где трещины распространяются от инструмента к поверхности керна и одна на поверхности на линии пересечения проведенной из центра сечения конуса нормально к боковой поверхности керна ближней к инструменту). Анализ покажет, для каких глубин и каких пластических зон будет достигнуто разрушающее напряжение. При этом можно сделать и выводы о силовых параметрах и параметрах геометрии инструмента

Код для цитирования: Скопировать