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
1. 2. Submodel 3. 265 275 260 260 255 270
σHMH HMH [MPa]
250 255 245 265 250 240 235 245 260 230 240 225 255 220 235 215 210 230 250 2197 2968 3975 2381 4711
303111352 6654 10280
5802 9363 32709
9325 14392
21257 132981 53366 216453 78015 31998 576868 60860 85970 96675487469 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: Kp= 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: Kp= 3,63 • Kritikus keresztmetszet: Kp= 1,73
13 13
Geometria, peremfeltételek és terhelés a dugattyú modellje alapján • Kp=2,81 a teljes keresztmetszetre vonatkozóan (dugattyú: 3,63) • Kp= 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 (KI) és törési szívósság (KIC) összehasonlítása.
20 20
KI és KIC [MPa*m0,5]
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
• 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;
Féktuskó
Féktuskó rögzítő rugó
Vasúti kerék
• 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!
