Gróza Márton, Lévai Mátyás, Oroszváry László Pollák Csilla, Szabó Gyula BME Gép- és Terméktervezés Tanszék ANSYS a mesterképzésben: esettanulmányok

Átírás

1 Gróza Márton, Lévai Mátyás, Oroszváry László Pollák Csilla, Szabó Gyula BME Gép- és Terméktervezés Tanszék ANSYS a mesterképzésben: esettanulmányok XIV. ANSYS Konferencia econ Felhasználói Találkozó április 23., Budaörs

2 A tantárgy célkitűzése: gépészeti szerkezetek megismerése és optimális megtervezése a geometriai modellezés és elemzés eszközeinek felhasználásával; Ipari feladatok megoldása: termékismeret megszerzése (titoktartási megállapodás), konstrukciós módosítások megtervezése, szerkezeti analízis elkészítése; Iparvállalatnál tevékenykedő mérnökök alkalmazása gyakorlatvezetőként; A szerkezeti analízis eszköze: ANSYS, célként megjelölve az ANSYS Workbench és/vagy Classic alkalmazása; Módszer: Training on the Job, más szóval irány a mélyvíz ; Oktatási forma: kiscsoportos (3 ~ 4 hallgató kiscsoportonként); A két szemeszter (Projekt A és B) optimális esetben egymásra épül. 2 2

3 Csapó B. - Gáspárdy K. - Pollák Cs. - Tóth M. Fékkonzol feszültséggyűjtő helyeinek vizsgálata Konzulensek: Dr. Oroszváry László és Dr. Váradi Károly BME Gépészmérnöki Kar Gép- és Terméktervezés Tanszék

4 Az ANSYS segítségével egy kompakt tárcsafék egység felfüggesztő konzoljának szilárdsági ellenőrzését végeztük el; A feszültség csúcsok meghatározása két lépésben történt: Egy durva végeselem háló alkalmazásával megkerestük az alkatrész feszültséggyűjtő tartományait. A submodel technika segítségével megbecsültük a kritikus zónák feszültségcsúcsait; A submodel-ekben meghatározott feszültségmezőkből a Solution Combination opcióval kiszámítottuk a középfeszültségek és a feszültség amplitúdók eloszlását; A középfeszültségek és a feszültség amplitúdók alapján elemeztük az egyes zónák kifáradási tulajdonságait. 4 4

5 5 5

6 Geometriai egyszerűsítések; Virtual Topology Fékrendszer elemzése: működés, rendszerhatárok, erőfolyamok és igénybevételek meghatározása Analízis beállítások Anyagtulajdonságok Kontaktok Ragasztott Súrlódó Peremfeltételek: metró jellegű üzemmód adatok a rendelkezésünkre bocsátott dokumentációból 6 6

7 Hálózás Előzetes feszültségértékek 7 7

8 1. Submodel 2. Submodel 3. Submodel 8 8

9 σ HMH [MPa] Submodel Csomópontok száma 9 9

10 Bödecs B. Mezei T. Szabó Gy. Szabó T. Mérlegszelep alkatrészek képlékeny teherbírásának számítása Konzulensek: Dr. Oroszváry László és Dr. Váradi Károly BME Gépészmérnöki Kar Gép- és Terméktervezés Tanszék

11 A mérlegszelep vasúti teherkocsi súlyát (súlyerejét) méri terhelésfüggő fékhengernyomás beállításához (rakott kocsi / üres kocsi) A feladat: mérlegszelep alkatrészek (rugótányér és dugattyú) statikus teherbírásának meghatározása, rugalmas és képlékeny határterhelések kiszámítása. Kritikus keresztmetszetek elemzése. Rugótányér Szelepemelő csap Dugattyú Rugógyűrű 11 11

12 Szektorszimmetria és szimmetria* Súrlódásos és súrlódásmentes kontaktok A határterhelések értékét a súrlódás alig befolyásolta (súrlódási tényező=0,1) Rugalmassági határ: N Képlékenységi határ: N Határigénybevételi szám: K p = 3,

13 Tengelyszimmetria felhasználása: 2D modell Hálósűrítés a kritikus zónában és a terhelések környezetében A modell elemet tartalmaz, az elmozdulásmező kvadratikus közelítésével Az ekvivalens képlékeny nyúlás eloszlása az alkatrész egy keresztmetszetében a képlékenységi határnál ( N). Kritikus keresztmetszet Alkatrész esetében: K p = 3,63 Kritikus keresztmetszet: K p = 1,

14 Geometria, peremfeltételek és terhelés a dugattyú modellje alapján K p =2,81 a teljes keresztmetszetre vonatkozóan (dugattyú: 3,63) K p = 1,6 a kritikus keresztmetszetben (a dugattyú: 1,73) A vastag lemez ekvivalens képlékeny nyúlásának eloszlása képlékeny határállapotban 14 14

15 A csoport részletesen megismerhette az ANSYS környezetet; Freeze-Unfreeze technika alkalmazása a virtuális geometria létrehozására és a felületek módosításához; Hálófinomítás él, illetve felület mentén; Szabályos háló kialakítása a Mapped Face Meshing felhasználásával Contact-Target felületek megkülönböztetésének elvei Path műveletek kritikus zóna eredményeinek ábrázolásához; Megjelenítés Ansys Classic-ban (pl. feszültségeloszlás Path mentén) 15 15

16 Ács B. Lévai M. Vasúti tömbkerék tartós fékezésből származó hőterhelése Konzulensek: Dr. Oroszváry László és Dr. Váradi Károly BME Gépészmérnöki Kar Gép- és Terméktervezés Tanszék

17 Tuskós fék futófelület fékezése; Tartós (sebességtartó) fékezés kerék egyenlőtlen felmelegedése hőfeszültségek a tömbkerék anyag (hőmérsékletfüggő) folyáshatárának túllépése maradó alakváltozás keletkezése lehűlés után maradó húzófeszültségek a kerékkoszorúban repedés a kerékkoszorúban instabil repedésterjedés katasztrofális tönkremenetel; Az analízis célja: a kerék hőterhelési határának becslése; Forgásszimmetrikus modell, csatolt analízis, nemlineáris hőmérsékletfüggő anyagtulajdonságok; Instabil repedésterjedés vizsgálata helyettesítő rúdmodellen; Erőforrás analízis: jól konvergáló, de PC-n is számítható méretű modell létrehozása

18 Hőterhelés: 20 perc fékezés, 480 perc lehűlés; Eredmény: hőmérsékletmező és annak időbeli lefutása; Hőmérsékletmező átvitele rugalmas-képlékeny szilárdsági vizsgálathoz

19 Rugalmas-képlékeny számítás, izotróp felkeményedés, hőmérsékletfüggő anyagtulajdonságok; Terhelés: a hőáramlás vizsgálatból kapott időfüggő hőmérsékletmező; Mértékadó eredmény: maradó feszültségmező a kihűlt kerékben 19 19

20 Lineáris feszültségmegoszlás helyettesítő húzott-hajlított rúdmodell felépítése; Kerék tengelyével egy síkba eső félelliptikus repedések, 15 különböző geometria; Feszültségintenzitási tényező (K I ) és törési szívósság (K IC ) összehasonlítása

21 K I és K IC [MPa*m 0,5 ] Törési szívósság Adott : kerékgeometria, anyagtulajdonság és peremfeltétel-rendszer 21 21

22 Gróza M. - Balázs Z. - Ferenczy L. - Rokonay Á. Vasúti kerék és féktuskó kölcsönhatásának vizsgálata Konzulensek: Dr. Oroszváry László és Dr. Váradi Károly BME Gépészmérnöki Kar Gép- és Terméktervezés Tanszék

23 Féktuskótartó Féktuskó Féktuskó rögzítő rugó Vasúti kerék Vasúti (tömb-) kerék és fékblokk kölcsönhatásának vizsgálatára fékezési folyamatban; A fékezési folyamat modellezése: a féktuskót megadott erővel a keréknek szorítjuk, majd a kereket néhány fokkal elfordítjuk; Az analízis célja a féktuskó és kerék relatív (keresztirányú)helyzetének függvényében 1.) a féktuskó és kerék közötti nyomáseloszlás, 2.) a féktuskótartóra ható keresztirányú erők, 3.) és a fékező nyomaték kiszámítása

24 A féktuskótartót és a féktuskót egy előfeszített rögzítő rugó szorítja össze. Modellezés: ragasztott kapcsolat, rögzítő rugó egyszerűsített modellezés + féktuskó és féktuskótartó között súrlódásos kapcsolat. A fékezés során a féktuskó a kerékhez nyomódik, miközben a kerék forog. Modellezés: féktuskóerő fokozatos növelése a maximum eléréséig, súrlódásos kontakt kerék és féktuskó között (súrlódási tényező=0,4), elfordulási kényszer a kerék forgástengelyében. A féktuskó keresztirányban eltolódhat a kerékhez képest. Modellezés: a kerék rögzített helyzetű, féktuskó keresztirányban változó helyzetű. A féktuskó súrlódó felülete a kopás miatt változik. Modellezés: új állapot, közepesen majd teljesen összekopott állapot

25 Egyszerűsítések Féktuskó és féktuskótartó között ragasztott kapcsolat, Kerék és féktuskó között súrlódó kontakt (teljes rendszermátrix!) Time Step 1 maximális féktuskóerő Time Step 2 maximális féktuskóerő + kerék elfordulása 25 25

26 Kritikus keresztirányú erő keresése Fokozatos közeledés a nyomkarima felé 26 26

27 Féktuskó rögzítő (egyszerűsített) modellezése rugóelemmel Merevség számítása Új érintkezési felületek Eredmények változása: (pl.: súrlódási nyomaték) Elcsúszás, majd felütközés az oldalsó felületen 27 27

28 A hallgatók egy közbenső és egy záró prezentációt tartottak, amelyben meggyőzően kellett bemutatni elért eredményeiket ( manager-like szemlélet); Az elvégzett munkáról készült jelentés tartalmazta a projektterv Gantt diagramját terv-tény összehasonlítással és az eltérések indoklását; Az ANSYS alkalmazását tekintve a következő részterületekre fókuszáltunk: Submodeling megismerése és alkalmazása, hőáramlás modellezése összekapcsolva hőfeszültség analízissel, rugalmas-képlékeny anyagmodellek alkalmazása hőmérsékletfüggés figyelembevételével is, kontaktmechanikai opciók megismerése, begyakorlása és repedések modellezése

29 Köszönjük a figyelmet!