Analiza structurală la flambaj În acest laborator sunt atinse următoarele aspecte: modalitatea de analiză la flambaj a elementelor 2D crearea mai multor soluții pentru un singur model păstrarea unor caracteristici definite în soluțiile precedente Se consideră ansamblul structural din fig.8-1. Lonjeronul în discuție este realizat din tablă de OL de 1.5 mm. Structura va fi supusă, mai întâi, unor solicitări în lungul direcției Y, după care, modelul va fi testat și pentru solicitări în lungul axei Z. Fig.8-1 Schița modelului simplificat pentru un lonjeron auto Analiza la flambaj se va realiza utilizând soluția SOL 105 Linear Buckling din mediul NX Nastran. Ca rezultat al analizei se vor putea obține valorile indicatorilor Eigen, dar și modurile de flambare a structurii. Pentru a solicita o structură la flambaj se poate utiliza fie o încărcătură (kgf) din mediul de lucru, fie o unitate de forță. Când se aplică o încărcătură reală, se consideră că structura a suferit starea de flambaj sub acea încărcătură dacă valorile indicatorilor Eigen sunt subunitare. Când se aplică o unitate de forță, structura suferă starea de flambaj la tensiuni egale cu valorile indicatorilor Eigen. Realizarea modelului grafic 1. Se realizează un fișier nou cu denumirea LONJERON_2D.prt 1
2. Se modelează reperul conform fig.8-1, în cadrul aplicației MODEL, după care se salvează fișierul. Crearea rețelelor discretizate Realizarea fișierelor pentru analiză și soluție 1. Se execută aplicația Advanced Simulation și se realizează fișierele FEM, SIM și Solution conform aplicațiilor precedente 2. Click dreapta pe fișierul LONJERON din fereastra Simulation File View și se alege New FEM and Simulation 3. Se demarchează Create Idealized Part, după care se apasă butonul OK 4. Se configurează fereastra Solution unde se alege SOL 105 Linear Buckling din lista Solution > Solution Type, după care se apasă butonul OK. Realizarea rețelelor 2D și conectarea acestora 1. Dublu click pe LONJERON_fem1 2. Click pe meniul Insert > Mesh Collector și se alege 2D din lista desfășurabilă Element Family din zona Element Topology 3. Se introduce denumirea lonjeron în căsuța Name și se apasă butonul Create Physical... 4. Se alege Steel în căsuța Material 1, după care se întroduce grosimea de 1.5 în căsuța Default Thickness Fig.8-2 Modelul finit al structurii de analizat 6. Click pe meniul Insert > Mesh > 2D Mesh 7. Se resetează fereastra de dialog, după care se alege CQUAD4 din lista desfășurabilă Type din zona Element Properties 8. Se introduce nr. 10 în căsuța Element Size, după care se demarchează opțiunea Automatic Creation din zona Destination Collector, iar din lista Mesh Collector se alege lonjeron (fig.8-2) 2
9. Se aleg toate suprafețele structurii de analizat și se apasă butonul OK Având în vedere faptul că suprafețele structurii au fost create separat, acestea nu împart aceleași muchii. De asemenea, nodurile de pe fiecare muchie trebuie să fie singulare. Așadar, etapa următoare presupune unirea acestor muchii. 1. Click pe meniul Insert > Mesh > 1D Connection 2. Se alege Edge to Face din lista desfășurabilă Type 3. Elementul sursă va fi muchia clinului, iar ținta va fi baza structurii, după care se apasă butonul Apply (fig.8-3) Fig.8-3 Realizarea conexiunilor 1D între muchii, dar și între suprafețe și muchii 4. Se procedează simular pentru toate muchiile rămase neconectate 5. Se alege Edge to Edge din lista desfășurabilă Type, după care se aleg, pe rând, muchiile neconectate ale întregii structuri, două câte două 6. Se apasă butonul Apply, după care se salvează fișierul Configurarea condițiilor limită 1. Dublu click pe fișierul LONJERON_sim1 2. Click pe opțiunea Constraint Type > Fixed Constraint, după care se selectează cele două muchii de la baza structurii 3. Click pe opțiunea Load Type > Gravity și se face asigurarea că vectorul accelerației gravitaționale este corespunzător, apoi se apasă butonul OK (fig.8-4) Fig.8-4 Realizarea fixării și implementarea accelerației gravitaționale 3
4. Click pe opțiunea Load Type > Force și se stabilește 10000N pentru muchiile frontale ale structurii (fig.8-5), în direcție longitudinală. Fig.8-5 Atribuirea solicitării axiale Rularea analizei și afișarea rezultatelor Pentru rularea corespunzătoare a calculelor și pentru extragerea datelor necesare interpretării rezultatelor obținute în urma analizei, în cazul analizei la flambaj, se procedează la configurarea modurilor de flambaj (buckling modes) 1. Click pe meniul Insert > Modeling Objects 2. Se selectează Real Eigenvalue - Lanzos 1 din fereastra Modeling Object Manager, după care se apasă butonul Edit 3. Se introduce nr.5 în căsuța Number of Desired Modes din fereastra Real Eigenvalue - Lanzos 1, după care se apasă butonul OK, apoi se închide fereastra de dialog (fig.8-6) Fig.8-6 Definirea nr. de moduri de flambaj 4. Click dreapta pe Solution 1, se alege opțiunea Model Setup Check 4
5. După îndreptarea eventualelor erori apărute în modelul constructiv, se apasă click dreapta pe Solution 1 și se alege opțiunea Solve din meniul desfășurabil. 6. Dublu click pe Solution 1 > Results, după care se extinde fișierul Subcase Buckling Loads și se execută Stress Elemental (fig.8-7) Fig.8-7 Tensiunile Von-Mises Tensiunea maximă obținută în structură analizată este de 113 MPa. Pentru a compara această valoare cu tensiunile admisibile, trebuie știută limita de curgere a materialului utilizat. 1. Click pe meniul Tools > Materials > Manage Materials 2. Se alege Local Materials > Steel din lista desfășurabilă, după care se apasă butonul Inspect Material 3. Se selectează Strength din fereastra Isotropic Material, după care click pe lacătul de culoare galbenă din dreptul opțiunii Yield Strength 4. Se alege Plot(XY), după care se dă click pe zona grafică (fig.8-8) Fig.8-8 Inspectarea caracteristicilor mecanice ale materialului utilizat în analiză 5
5. Se poate alege, de asemenea, opțiunea Info după click pe lacătul de culoare galbenă și astfel se invocă fereastra Table Field de unde se poate observa faptul că limita de curgere a materialului utilizat este 137 MPa (fig.8-9) Fig.8-9 Fereastra Table Field de unde se extrage limita de curgere a materialului utilizat în analiză Structura analizată nu depășește limita de curgere a materialului, dacă aceasta este solicitată sub o încărcătură de 10000 N în direcție longitudinală. Totuși, informațiile acestea nu relevă nimic concret referitor la posibilitatea de a intra în starea de flambaj a structurii analizate. Astfel, după desfășurarea fișierului Subcase Buckling Method sistemul afișează cele cinci moduri de flambaj care s-au cerut în configurarea soluției (fig. 8-10). Fig.8-10 Patru dintre cele cinci moduri de flambaj obținute în urma analizei 6
Valorile indicatorilor Eigen sunt Mode 1 8.45, Mode 1 9.07, Mode 1 9.30, Mode 1 9.92, Mode 1 10.07. Se poate concluziona, așadar, că structura nu ajunge în starea de flambaj sub o sarcină longitudinală de 10000N și nici nu trece în domeniul plastic, având în vedere faptul că tensiunile normale nu depășesc limita de curgere. Analiza la flambaj pentru o sarcină normală Pentru a putea analiza aceeași structură, dar sub o altă încărcare, trebuie creată o nouă soluție în același fișier _sim. 1. Click dreapta pe LONJERON_sim1.sim din Simulation Navigator și se alege opțiunea New Solution (fig.8-11) Fig.8-11 Configurarea unei noi soluții 2. În căsuța Name se introduce TEST încărcare pe Z 3. Se alege SOL 105 Linear Buckling ca modalitate de calcul după care se apasă butonul OK 4. Se trage constrângerea Fixed din fișierul Constraints din soluția anterioară peste fișierul cu același nume din noua soluție creată 5. Se generează o nouă constrăngere Fixed pe linia centrală a suportului structurii (fig.8-12) Fig.8-12 Realizarea unei noi constrângeri 7
6. Se aplică 10000N pe muchia frontal-superioară a lonjeronului (fig.8-13), cu direcția -ZC. Fig.8-13 Aplicarea forței pe direcția -ZC Se execută rularea analizei și se obțin rezultatele. Se poate concluziona că încărcarea cu 10000N NU poate induce starea de flambaj în structura analizată indiferent de orinetare. Trebuie remarcat faptul că într-o solicitare reală, structura poate fi deformată iremediabil mai întâi pe direcție normală, deoarece indicatorii Eigen sunt mai apropiați valoric de 1, în această situație. Fig.8-14 prezintă patru dintre modurile de flambaj corespunzătoare solicitării normale. Fig.8-14 Patru dintre cele cinci moduri de flambaj obținute în urma celei de-a doua analize 8