Построение модели зашитого шпангоута

Курсовой проект по автоматизации проектирования

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИЛОВЫХ ШПАНГОУТОВ

 

Вариант 4

 

 

Выполнил студент гр. 1303:
Шишова М.И.
Проверил: Болдырев В.А.
Майнсков В.Н.

Кузнецов А.С.

 

 

Задание

Постановка проектной задачи: имеется консольная круговая цилиндрическая каркасированная оболочка длиной L = D, нагруженная на свободном торце.

 

 

 

 

Используется материал со следующими характеристиками:

· модуль упругости, E = 70000 МПа,

· коэффициент Пуассона, nu = 0.3,

· допускаемое напряжение, [σ] = 300 МПа,

· плотность 2700 кг/м³.

 

Случай нагружения фюзеляжа представлен на рисунке:

 

 

Исходные данные:

· Р = 1000000 Н,

· b = 1500 мм,

· R = 3000 мм

· L = 6000 мм.

 

Требуется найти рациональную конструкцию силового шпангоута. Задача решается с использованием системы NASTRAN.

 

Реферат

 

Курсовой проект: 26 с., 24 рис.

 

СИЛОВОЙ ШПАНГОУТ, ПОТОКИ ГЛАВНЫХ УСИЛИЙ, ОПТИМИЗА­ЦИЯ, ЦЕЛЕВАЯ ФУНКЦИЯ, КОНЕЧНОЭЛЕМЕНТНАЯ МОДЕЛЬ, ТОНКОСТЕННАЯ КОНСТРУКЦИЯ, ОПТИМАЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ, ЖЕСТКОСТЬ, СИЛОВОЙ ФАКТОР

 

Целью данной курсовой работы является практическое освоение технологии автоматизированного проектирования силовых конструкций.

Главная задача курсовой работы - поиск наилучшей силовой схемы шпангоута для соответствующего случая нагружения.

 

 

Содержание

 

Введение. 6

1. Построение модели зашитого шпангоута. 7

2. Построение интуитивного варианта конструкции шпангоута. 14

3. Построение рациональной модели шпангоута. 17

4. Построение модели традиционного шпангоута. 20

5. Сравнение результатов. 29

Заключение. 30

Список использованных источников. 31

 

Введение

 

Универсальность пакета NASTRAN обеспечивается, прежде всего, методом конечных элементов, который используется в качестве основного метода для расчета оптимизируемых характеристик или характеристик конструкции, на которые наложены ограничения. Именно метод конечных элементов позволяет рассчитывать произвольные пространственные конструкции на широкий спектр воздействий и определять их прочностные, деформационные и динамические характеристики.

В проекте используются одномерный элемент FEMAP – ROD (стержень)и двумерный элемент MEMBRANE (мембрана).

 

ROD - одноосный элемент, работающий на растяжение, сжатие и кручение, передача сдвига и изгиба невозможна.

 

MEMBRANE – элемент, воспринимающий нормальные и касательные усилия, действующие только в плоскости этого элемента.

 

Построение модели зашитого шпангоута

 

Для первоначального анализа строим простейшую модель в виде цилиндра заданного радиуса R = 3000 и длины L=6000 мм. Модель строится с помощью геометрических приложений пакета программ NASTRAN.

Задаются параметры материалов, из которых изготавливаются соответствующие части модели.

Строится сетка конечных элементов, которые по возможности должны быть представлены четырехугольниками, приближенными к правильной форме.

К модели прикладываются заданные нагрузки P, а также указываются необходимые закрепления.

Проводится анализ модели, в результате которого выявляются зоны шпангоута с наибольшей концентрацией напряжений, распределение толщин материала, потоки главных усилий, а также разброс значений этих величин.

Проводится оптимизация модели численными методами с помощью пакета программ NASTRAN. После этого фиксируются значения силового фактора и объема материала, которые будут использоваться в качестве критериев сравнения других вариантов конструкции шпангоута с теоретически оптимальной конструкцией.

На рисунке 1 изображен вид спереди простейшей модели шпангоута - цилиндра радиуса R = 6000мм с приложенными нагрузками P = 1000000 кН. На рисунке 2 изображена изометрия простейшей модели шпангоута.

Рис. 1 - Модель шпангоута, вид спереди

Рис. 2 – Модель шпангоута, изометрия

 

Далее проводится статический анализ, в результате которого получается картина распределения напряжений (рис. 3).

 

Рис. 3 – Картина распределения главных напряжений

 

Полученные напряжения нельзя назвать приемлемыми. Для уменьшения напряжений делается оптимизация конструкции по условиям прочности.

После оптимизации напряжения выравниваются, картина их распределения меняется. Распределение напряжений указано на рисунке 4.

 

 

Рис. 4 – Распределение напряжений после оптимизации

После оптимизации изменилось и распределение материала в конструкции (рис 5).

Рис. 5 – Картина распределение толщин материала

 

Видно, что в тех местах, где до оптимизации были большие напряжения, толщина шпангоута увеличилась, что привело к уменьшению напряжения.

Также было получено распределение потоков главных усилий (рис. 6).

 

Рис. 6 – Распределение ПГУ (потоков главных усилий)

 

По полученным данным видно, что наибольшая толщина и наибольшее скопление главных усилий наблюдается в местах приложения силы, а по мере удаления от этих мест сводятся к минимуму. На основе этого разрабатывается рациональная модель конструкции.

.

.

 

Рис. 7 – Изменение силового фактора от числа итераций

 

 

.2. Построение интуитивного варианта конструкции шпангоута

 

На основании анализа модели шпангоута с «глухой» стенкой строится модель, которая должна быть интуитивно лучшей, чем предыдущая. Главными критериями сравнения, как уже указывалось выше, должны стать значение силового фактора и масса конструкции (объем материала).

Построение модели интуитивного шпангоута проводится в том же порядке, что и для модели с «глухой» стенкой.

Фиксируются значения силового фактора и объема материала.

Модель шпангоута, в которой толщина обшивки 1 мм, толщина стенки, где приложены силы, 1 мм.

Далее проводится статический анализ, в результате которого получается картина распределения напряжений (рис. 8).

 

Рис. 8 – Картина распределения главных напряжений

 

3. Построение рациональной модели шпангоута

Основываясь на результатах анализа интуитивной модели шпангоута, в конструкцию последнего вносятся необходимые коррективы, направленные на уменьшение значения силового фактора, а также количества материала конструкции - таким образом, строится наиболее рациональная модель конструкции шпангоута.

Далее проводится статический анализ, в результате которого получается картина распределения напряжений (рис. 9).

Рис. 9 – Картина распределения главных напряжений