Моделирование и расчет мостового крана

в системе ИСПА.

 

Александр Николаевич Мухин

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 2023 г.