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 2015. április 23., Budaörs
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
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
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
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
Hálózás Előzetes feszültségértékek 7 7
1. Submodel 2. Submodel 3. Submodel 8 8
σ HMH [MPa] 265 275 1. 2. 3. Submodel 260 260 255 270 250 255 245 265 240 250 235 245 260 230 225 240 220 255 235 215 210 230 250 3975 2197 2381 4711 2968 6654 10280 303111352 5802 9363 32709 14392 9325 78015 31998 21257 132981 53366 576868 60860 85970 96675487469 216453 245803 Csomópontok száma 9 9
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
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
Szektorszimmetria és szimmetria* Súrlódásos és súrlódásmentes kontaktok A határterhelések értékét a súrlódás alig befolyásolta (súrlódási tényező=0,1) Rugalmassági határ: 106 656 N Képlékenységi határ: 357 000 N Határigénybevételi szám: K p = 3,34 12 12
Tengelyszimmetria felhasználása: 2D modell Hálósűrítés a kritikus zónában és a terhelések környezetében A modell 30 000 elemet tartalmaz, az elmozdulásmező kvadratikus közelítésével Az ekvivalens képlékeny nyúlás eloszlása az alkatrész egy keresztmetszetében a képlékenységi határnál (258 750 N). Kritikus keresztmetszet Alkatrész esetében: K p = 3,63 Kritikus keresztmetszet: K p = 1,73 13 13
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
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
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
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. 17 17
Hőterhelés: 20 perc fékezés, 480 perc lehűlés; Eredmény: hőmérsékletmező és annak időbeli lefutása; Hőmérsékletmező átvitele rugalmas-képlékeny szilárdsági vizsgálathoz. 18 18
Rugalmas-képlékeny számítás, izotróp felkeményedés, hőmérsékletfüggő anyagtulajdonságok; Terhelés: a hőáramlás vizsgálatból kapott időfüggő hőmérsékletmező; Mértékadó eredmény: maradó feszültségmező a kihűlt kerékben 19 19
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. 20 20
K I és K IC [MPa*m 0,5 ] Törési szívósság Adott : kerékgeometria, anyagtulajdonság és peremfeltétel-rendszer 21 21
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
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. 23 23
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. 24 24
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
Kritikus keresztirányú erő keresése Fokozatos közeledés a nyomkarima felé 26 26
Féktuskó rögzítő (egyszerűsített) modellezése rugóelemmel Merevség számítása Új érintkezési felületek Eredmények változása: (pl.: súrlódási nyomaték) Elcsúszás, majd felütközés az oldalsó felületen 27 27
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. 28 28
Köszönjük a figyelmet!