Моделирование и расчет мостового крана
в системе ИСПА.
Александр
Александрович Мухин
В данной статье речь пойдет о создании конечно-элементной
модели и расчете мостового крана. Модель
будем генерировать с помощью нового генератора объемных конечно-элементных
сеток КРОТ3DU в системе ИСПА.
Данный генератор позволяет задействовать все физические ядра процессора.
Решение будем проводить на компьютере с процессором Intel I7 – 6900, 128 Гб оперативной памяти. Операционная система WINDOWS 10 (64 разряда).
Геометрическая модель мостового крана представлена на
рис. 1 - 3.
Рис 1.
Рис 2.
Рис 3.
На рис. 4 показан подшипник, который нам нужно будет
моделировать в конечно-элементной модели.
Рис 4.
В данной геометрической модели много деталей, которые не
нужны для прочностного расчета. Один из вариантов это удалить
лишни детали из геометрической модели. Но это очень долго в данном случае. В
ИСПА реализован второй вариант.
Реализована возможность переноса нужных деталей в новую модель.
Воспользуемся этой возможностью и через геометрический буфер перенесем нужные
для расчета элементы конструкции в отдельную модель рис. 5 - 6. Расчеты будем
проводить для одной четвертой части конструкции.
Количество ребер в геометрической модели – 1855,
количество граней – 667.
Рис 5.
Рис 6.
Сгенерируем модель из
10-ти узловых тетраэдров. Время
генерации на 8-ми ядрах – 8 сек. Все расчеты будем проводить в размерности КГС,
ММ.
Конечно-элементная модель представлена на рис. 7. Модель
содержит 396 227 узлов и 197 715 элементов (1 176 535 уравнений).
Рис 7.
Подшипник будем моделировать стержнями рис 8 - 9.
Рис 8.
Рис 9.
Нагрузка задана в виде давления по оси. Суммарная сила
1 250 кгс рис 10. И задана нагрузка собственным весом .
Рис 10.
Закрепление показано на рис 11. Также заданы условия
симметрии для плоскостей симметрии рис 12.
Рис 11.
Рис 12.
Время решения статической линейной задачи – 19 сек.
Время полной численной факторизации матрицы жесткости
составляет - 2.3 сек.
Энергия
деформации = 1.847368e+04 (КГ*ММ)
Деформированное состояние показано рис 13.
Максимальные напряжения в конструкции = 19.8 кгс/мм**2 рис 14-15.
Рис 13.
Рис 14.
Рис 15.
Теперь сгенерируем более мелкую сетку из 10-ти узловых
тетраэдров. Время генерации на 8-ми ядрах – 12 сек.
Конечно-элементная
модель представлена на рис. 16. Модель содержит
622 447 узлов и 310 497 элементов (1 842
560 уравнений).
Рис 16.
Время решения статической линейной задачи – 35 сек.
Время полной численной факторизации матрицы жесткости
составляет - 3.5 сек.
Энергия
деформации = 1.858376e+04 (КГ*ММ)
Максимальные напряжения в конструкции = 22. кгс/мм**2 рис 17-18.
Рис 17.
Рис 18.
Сгенерируем мелкую сетку из 4-х узловых тетраэдров. Время генерации на 8-ми ядрах – 50 сек.
Конечно-элементная
модель представлена на рис. 19. Модель содержит
889 814 узлов и 2 745 910 элементов (2 626 554 уравнений).
Рис 19.
Время решения статической линейной задачи – 48 сек.
Время полной численной факторизации матрицы жесткости
составляет - 3.7 сек.
Энергия деформации = 1.797977e+04 (КГ*ММ).
Максимальные напряжения в конструкции = 22. кгс/мм**2 рис 20-21.
Рис 20.
Рис 21.
При моделировании данной конструкции можно использовать и
4-х узловые и 10-ти узловые тетраэдры. Нужно только добиться сходимости по
энергии деформации. При моделировании 10-ти узловыми тетраэдрами время
генерации мостового крана в системе ИСПА составляет 8 сек,
время решения линейной статической задачи – 19 сек. Это позволяет очень быстро
проводить многовариантные, оптимизационные расчеты.
В данных конечно-элементных моделях нег ручного труда.
Для создания КЭМ использовался новый многоядерный автоматический генератор
КРОТ3DU с определенными параметрами генерации
Апрель