Laboratoare Catia

1.1 Introducere

Structurile mecanice de tip cornier – grindă sunt caracterizate prin rigiditate mărită, deformaţiile elastice ale acestora fiind reduse. Identificarea câmpurilor de tensiuni şi deformaţii pentru astfel de structuri se poate realiza fie prin realizarea modelului cu elemente finite pentru întreaga structură, fie prin întocmirea modelului cu elemente finite pentru elementele componente ale structurii şi determinarea pentru fiecare componentă, a câmpurilor de tensiuni şi deformaţii.

1.2 Scopul aplicaţiei

Modulele de programe Generative Structural Analysis ale mediului CAD/CAE/CAM CATIA permit simularea comportării mecanice a structurilor mecanice atât ca o singură entitate cît şi ca ansamble de părţi.

În figura 1.1 se prezintă schema unui sistem mecanic de susţinere compus din două piese de rezemare numite Suport şi dintr-o grindă de care se atârnă o greutate P. Muchiile interioare ale pieselor componente sunt cu racordări. Elementele Suport sunt fixate de cei doi pereţi prin cîte un set de două şuruburi Md; de asemenea, elementul Grindă se fixează de ce doi suporţi prin alte seturi de şuruburi Md.

În această aplicaţie se prezintă studiul elementelor constructive ale unui sistem mecanic considerate ca entităţi independente. Pentru început se prezintă algoritmul de analiză pentru elementului numit Suport (a=10 mm, d=8 mm, P=24000N, raza de racordare r=0,2a ) în vederea determinării câmpurilor de deplasări şi de tensiuni.

1.3 Întocmirea modelului de analiză

În vederea întocmirii modelului de analiză cu elemente se urmăreşte identificarea formei şi dimensiunilor geometrice, a restricţiilor induse de legăturile cu elementele adiacente, a încărcărilor interioare şi exterioare precum şi a caracteristicilor materialului. În figura 1.2 se prezintă modelul de analiză al elementului Suport din figura 1.1. În acest model se evidenţiază forma geometrică la nivel de detaliu şi dimensiunile asociate (muchiile drepte interioare sunt racordate cu r=0,2a). Simularea fixării de perete a elementului Suport se realizează prin încastrare (anularea celor şase grade posibile) a punctelor de pe suprafaţa de aşezarea a capului şurubului şi de pe muchia de rezemare de la partea inferioară; încărcarea externă se realizează prin intermediul unor forţe distribuite pe suprafeţele de aşezare a capetelor şuruburilor de fixare Suport-Grindă. Elementul analizat este realizat din oţel OL37 cu următoarele caracteristici mecanice: modulul de elasticitate longitudinală, E = 2,1.106 N/mm2, şi coeficientul contracţiei transversale (Poisson), ν = 0,3.

1.4 Preprocesarea modelului de analiză

1.4.1 Modelarea geometrică

În tabelul 1.1 se prezintă succesiunea acţiunilor de obţinere a schiţei de referinţă a corpului elementului de analizat prin intermediul modulului Sketcher.

Tabelul 1.1

Obţinerea schiţei de referinţă a corpului

Start Mechanical Design Part Design (Sketcher) xy plane (Profile) [se desenează conturul inchis al secţiunii frontale] (Constraint) [se introduc succesiv cotele prin selectarea linie urmată de cea a icon-lui] (Exit Workbench).

În tabelul 1.2 se prezintă etapele de obţinere a solidului asociat corpului de analizat prin extrudare pornind de la schiţa (Sketch.1) obţinută anterior.

Tabelul 1.2

Obţinerea corpului prin extrudare

(Pad) Pad Definition Length: 25, Selection: Sketch.1, ◙ Mirrored extent, OK.

Obţinerea nervurii associate modelului solid obţinut se realizează în doi paşi: obţinerea unei schiţe reprezentând linia asociată conturului nervurii (tabelul 1.3) şi generarea nervurii propiu-zise utilizând schiţa, Sketch.2 obţinută în etapa anterioară (tabelul 1.4).

Obţinerea unei găuri cu lamaj practicată în solidul generat anterior se obţin parcurgând prima succesiune din tabelul 1.5 care constă în selectarea feţei pe care se aplică gaura, poziţionarea acesteia faţă de muchiile adiacente, selectarea tipului găurii şi introducerea dimensiunilor. Având în vedere simetria solidului faţă de planul xy se generează pentru început cele două găuri de aceaşi parte a nervurii urmată apoi de generarea prin simetrie a celorlalte două urmând cea de-a doua succesiune din tabelul 1.5.

În tabelul 1.6 se prezintă succesiunea de comenzi de obţinere a racordărilor zonelor interioare având la bază comanda Edge Fillet.

1.4.2. Modelarea materialului

Introducerea valorilor caracteristicilor materialului necesare pentru analiza cu elemente finite se face utilizându-se biblioteca de materiale a mediului CATIA din care se alege material metalic din grupa oţelurilor (Steel) pentru care se modifică valorile modulului de elasticitate şi coeficientului Poisson ţinând seama de valorile indicate ca date de intrare (tabelul 1.7).