Transcript - MSC.Software
Slide 1
Российская конференция пользователей систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Анализ долговечности тележки вагона метро с
применением программных продуктов MSC
Е.К. Рыбников, А.В. Карюкин (ЗАО “ВКМ Инжиниринг”),
М.Н. Закс (ОАО “НИИВагоностроения”), С.А. Сергиевский (MSC.Software Corporation)
Slide 2
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Железнодорожный подвижной состав
должен быть
• Комфортабельным
2
Slide 3
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Железнодорожный подвижной состав
должен быть
• Комфортабельным
• Безопасным
3
Slide 4
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Железнодорожный подвижной состав
должен быть
• Комфортабельным
• Безопасным
•…
4
Slide 5
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Железнодорожный подвижной состав
должен быть
• Комфортабельным
• Безопасным
•…
• Долговечным
5
Slide 6
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Анализ длительного динамического
нагружения
• Колебания и вибрации –
неотъемлемые условия работы
самых разных изделий
• Усталостное разрушение –
разрушение от действия
повторяющихся или иных
переменных нагрузок, которые
никогда не превышают уровня,
достаточного для разрушения при
одиночном нагружении
• Методы анализа: испытания и/или
расчёт
• Fatigue – специализированный
инструмент компьютерного
углубленного исследования
усталостного разрушения
A partnership for
excellence in
durability technology
6
Slide 7
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Интегрированный процесс анализа
усталостного разрушения
• Большое число факторов, влияющих на результат
• Без сопоставления результатов расчета с экспериментом, корректно учесть
CAE-модель
Прототип
Расчёт
долговечности
Нагрузки
Сбор и
обработка
данных
Нагрузки
Анализ на соответствие ТЗ
все факторы крайне сложно
• Наибольшая эффективность достигается при совместном применении
расчетов и экспериментов
Параметры
материала и
техпроцесса
Корреляция
Тест на
долговечность
7
Slide 8
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Геометрическая и КЭ модель рамы
тележки вагона метро
Solid Works
Patran
• Свыше 1 млн. узлов
• Свыше 630 тыс.
элементов TET10
8
Slide 9
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Нагружение расчётной модели
• Расчёт НДС в полной динамической постановке
• Расчёт НДС в квазистатической постановке
• Применим, если f1 ≥ fнагружения * 3
• Учитывается совместное действие нагрузок
• Нагружающие факторы
• Гравитация (константа)
Зависимость от времени отношения
действительной нагрузки к
статической расчётной нагрузке
1 .6
1 .5
1 .4
1 .2
1
• Вертикальная нагрузка
1
1
1
0 .8
0 .6
0 .5
0 .4
0 .2
0
• Горизонтальная
поперечная нагрузка
0
0 .0 2
0 .0 4
0 .0 6
0 .0 8
0 .1
0 .1 2
0 .1 4
0 .1
0 .1 2
0 .1 4
0 .1 6
1 .5
1
0 .9 1 1 4 2 8 5 7 1
0 .5
0
0
0
0
0 .0 2
0 .0 4
0 .0 6
0 .0 8
0
0 .1 6
-0 .5
-1
-1 .2 2 5 7 1 4 2 8 6
-1 .5
9
Slide 10
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Учёт усталостных характеристик
материала
• Методы расчёта долговечности в Fatigue:
• Метод номинальных напряжений;
• Метод номинальных деформаций;
• Метод моделирования роста трещины.
• Усталостная характеристика материала
• Экспериментальная;
• Расчётная (на базе E, σв, σт и μ)
Сталь 09 Г2С
10
Slide 11
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Расчёт долговечности рамы
• Цель исследования:
• Практическая демонстрация
возможностей расчётного
определения зон образования
усталостных трещин и количества
циклов нагружения до их появления
• Оценка эффективного
коэффициента концентрации
напряжений для последующего
использования при расчётном
анализе долговечности близких по
конструкции изделий
Расчёт
долговечности
Kf
Корреляция
Тест на
долговечность
Характерного размера элементов КЭ сетки (3 варианта)
Точности моделирования конструкции рамы (2 варианта)
Точности моделирования закрепления рамы на испытательном стенде
(2 варианта)
Точность воспроизведения нагрузочного режима (2 варианта)
• Исследовано влияние
•
•
•
•
11
Slide 12
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Результаты расчёта НДС рамы
MSC Nastran
•Гравитационная
нагрузка
•Горизонтальная
поперечная
нагрузка
•Вертикальная
статическая
нагрузка
12
Slide 13
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Расчётная долговечность рамы
Fatigue
14,27 млн. циклов
95,11 млн. циклов
11,73 млн. циклов
13
Slide 14
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Расчётная долговечность рамы
• Эффективный коэффициент концентрации
Fatigue
напряжений
Kf ≈ 1,6
Экспериментальная
долговечность – около
8,1 млн. циклов
14
Slide 15
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Выводы
• Проведёна расчётная оценка долговечности рамы тележки вагона
метро при стендовых усталостных испытаниях
• Результаты расчётного определения долговечности хорошо
согласуются с результатами стендовых испытаний натурного
образца
• Определено значение важного параметра, применяемого при
расчётном анализе долговечности – значение эффективного
коэффициента концентрации напряжений Kf ≈ 1,6. Полученное
значение целесообразно использовать при расчётном анализе
близких по конструкции изделий, уточняя его по мере накопления
экспериментальных и расчётных результатов
• Установлена весьма сильная зависимость результатов расчётной
оценки долговечности от точности моделирования конструктивных
особенностей изделия, условий закрепления и нагружения расчётной
модели
• Программные системы MSC.Software – эффективный инструмент
инженерного анализа долговечности разрабатываемых конструкций
15
Slide 16
Российская конференция пользователей систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Спасибо за внимание!
Российская конференция пользователей систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Анализ долговечности тележки вагона метро с
применением программных продуктов MSC
Е.К. Рыбников, А.В. Карюкин (ЗАО “ВКМ Инжиниринг”),
М.Н. Закс (ОАО “НИИВагоностроения”), С.А. Сергиевский (MSC.Software Corporation)
Slide 2
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Железнодорожный подвижной состав
должен быть
• Комфортабельным
2
Slide 3
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Железнодорожный подвижной состав
должен быть
• Комфортабельным
• Безопасным
3
Slide 4
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Железнодорожный подвижной состав
должен быть
• Комфортабельным
• Безопасным
•…
4
Slide 5
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Железнодорожный подвижной состав
должен быть
• Комфортабельным
• Безопасным
•…
• Долговечным
5
Slide 6
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Анализ длительного динамического
нагружения
• Колебания и вибрации –
неотъемлемые условия работы
самых разных изделий
• Усталостное разрушение –
разрушение от действия
повторяющихся или иных
переменных нагрузок, которые
никогда не превышают уровня,
достаточного для разрушения при
одиночном нагружении
• Методы анализа: испытания и/или
расчёт
• Fatigue – специализированный
инструмент компьютерного
углубленного исследования
усталостного разрушения
A partnership for
excellence in
durability technology
6
Slide 7
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Интегрированный процесс анализа
усталостного разрушения
• Большое число факторов, влияющих на результат
• Без сопоставления результатов расчета с экспериментом, корректно учесть
CAE-модель
Прототип
Расчёт
долговечности
Нагрузки
Сбор и
обработка
данных
Нагрузки
Анализ на соответствие ТЗ
все факторы крайне сложно
• Наибольшая эффективность достигается при совместном применении
расчетов и экспериментов
Параметры
материала и
техпроцесса
Корреляция
Тест на
долговечность
7
Slide 8
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Геометрическая и КЭ модель рамы
тележки вагона метро
Solid Works
Patran
• Свыше 1 млн. узлов
• Свыше 630 тыс.
элементов TET10
8
Slide 9
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Нагружение расчётной модели
• Расчёт НДС в полной динамической постановке
• Расчёт НДС в квазистатической постановке
• Применим, если f1 ≥ fнагружения * 3
• Учитывается совместное действие нагрузок
• Нагружающие факторы
• Гравитация (константа)
Зависимость от времени отношения
действительной нагрузки к
статической расчётной нагрузке
1 .6
1 .5
1 .4
1 .2
1
• Вертикальная нагрузка
1
1
1
0 .8
0 .6
0 .5
0 .4
0 .2
0
• Горизонтальная
поперечная нагрузка
0
0 .0 2
0 .0 4
0 .0 6
0 .0 8
0 .1
0 .1 2
0 .1 4
0 .1
0 .1 2
0 .1 4
0 .1 6
1 .5
1
0 .9 1 1 4 2 8 5 7 1
0 .5
0
0
0
0
0 .0 2
0 .0 4
0 .0 6
0 .0 8
0
0 .1 6
-0 .5
-1
-1 .2 2 5 7 1 4 2 8 6
-1 .5
9
Slide 10
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Учёт усталостных характеристик
материала
• Методы расчёта долговечности в Fatigue:
• Метод номинальных напряжений;
• Метод номинальных деформаций;
• Метод моделирования роста трещины.
• Усталостная характеристика материала
• Экспериментальная;
• Расчётная (на базе E, σв, σт и μ)
Сталь 09 Г2С
10
Slide 11
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Расчёт долговечности рамы
• Цель исследования:
• Практическая демонстрация
возможностей расчётного
определения зон образования
усталостных трещин и количества
циклов нагружения до их появления
• Оценка эффективного
коэффициента концентрации
напряжений для последующего
использования при расчётном
анализе долговечности близких по
конструкции изделий
Расчёт
долговечности
Kf
Корреляция
Тест на
долговечность
Характерного размера элементов КЭ сетки (3 варианта)
Точности моделирования конструкции рамы (2 варианта)
Точности моделирования закрепления рамы на испытательном стенде
(2 варианта)
Точность воспроизведения нагрузочного режима (2 варианта)
• Исследовано влияние
•
•
•
•
11
Slide 12
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Результаты расчёта НДС рамы
MSC Nastran
•Гравитационная
нагрузка
•Горизонтальная
поперечная
нагрузка
•Вертикальная
статическая
нагрузка
12
Slide 13
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Расчётная долговечность рамы
Fatigue
14,27 млн. циклов
95,11 млн. циклов
11,73 млн. циклов
13
Slide 14
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Расчётная долговечность рамы
• Эффективный коэффициент концентрации
Fatigue
напряжений
Kf ≈ 1,6
Экспериментальная
долговечность – около
8,1 млн. циклов
14
Slide 15
Российская конференция пользователей
MSC Confidential
систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Выводы
• Проведёна расчётная оценка долговечности рамы тележки вагона
метро при стендовых усталостных испытаниях
• Результаты расчётного определения долговечности хорошо
согласуются с результатами стендовых испытаний натурного
образца
• Определено значение важного параметра, применяемого при
расчётном анализе долговечности – значение эффективного
коэффициента концентрации напряжений Kf ≈ 1,6. Полученное
значение целесообразно использовать при расчётном анализе
близких по конструкции изделий, уточняя его по мере накопления
экспериментальных и расчётных результатов
• Установлена весьма сильная зависимость результатов расчётной
оценки долговечности от точности моделирования конструктивных
особенностей изделия, условий закрепления и нагружения расчётной
модели
• Программные системы MSC.Software – эффективный инструмент
инженерного анализа долговечности разрабатываемых конструкций
15
Slide 16
Российская конференция пользователей систем MSC | 25-26 октября 2006 г. | Москва
Спасибо за внимание!