Моделювання податливої грані клину складної форми за критеріями деформації та міцності

Abstract

Метою даного дослідження є розробка комплексного підходу до розрахунків клинів з податливою робочою гранню різних конструкцій за критеріями міцності та податливості на основі методу скінченних елементів з використанням некомерційного програмного забезпечення Code_Aster. Було розглянуто конструкцію клину з податливою робочою гранню, яка забезпечує одночасну балкову і подвійну консольну деформації. За результатами обчислювальних експериментів були визначені розподіли еквівалентних напружень за Мізесом та деформацій по поверхні грані клину. Отримано оптимальні геометричні параметри робочої грані при врахуванні габаритних обмежень клину в замковій системі в’язального механізму, умов статичної міцності та максимального допустимого прогину. Отримані результати збільшують якість та ефективність проектування клинів з податливою робочою гранню, а саме – для майбутнього дослідження консолей трапецеїдальної форми з рівномірним прогином.

The study aims to develop a complex approach to cams calculations with a flexible working facet of different designs by strength and flexibility criteria based on the finite element method using the non-commercial Code_Aster software (Analysis of Structures and Thermo mechanics of Studies and Research), as an alternative licensed software package ANSYS Structures, NASTRAN, ABAQUS etc. The cam with a flexible working facet, which provides simultaneous beam and double cantilever deformations, is considered. А flexible working facet is a statically indeterminate spatial construction with two rigid seals. Analytical research is sophisticated in calculations and at the same time a little informative in the final result. So we used computer simulation. Two contradictory requirements were considered: the simultaneous provision of strength and required pliability at the same time. The direct task of calculating the geometric parameters of a flexible working facet was to meet the requirements of compliance, and the strength requirements were met with the required margin. A parametric model of a flexible working facet was constructed as an ordered grid of finite elements of the same size without the use of elongated and flat elements. The Salome pre-processor was used. The characteristics of the stress-strain state of the object of study were determined by varying the geometric parameters of the cams, taking into account the constraints of the cam space in the knitting system, the conditions of static strength and the maximum allowable deflection. Based on the results of the computational experiments, the distributions of equivalent stresses on Mises and deformations on the surface of the cam facet were determined. It is established that the use of a flexible working facet cam with the calculated geometric parameters provides the rigidity at the level of C = 4,51 • 104 N / m, which leads to a decrease of the vertical dynamic component load by 1.87 times compared with the cam of classical execution without elastic base. The analysis of the results confirmed the feasibility of using this complex in the problems of modelling the details of complex shapes, in particular pliable cam faces. The stress distribution along the length of the cantilever beams suggests that it is advisable to use trapezoidal cantilevers in the future to provide uniform flexural resistance, which will minimize cam sizes.