Повышение точности расчетов силовых гидроцилиндров методом конечных элементов

© Г.Д. Буялич, В.В Воеводин, К.Г. Буялич, 2012

Г.Д. Буялич, В.В Воеводин, К.Г. Буялич

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ РАСЧЕТОВ СИЛОВЫХ ГИДРОЦИЛИНДРОВ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Приведена методика разбиения модели манжетного уплотнения на регулярную сетку конечных элементов.

Ключевые слова: силовой гидроцилиндр, метод конечных элементов, моделирование, точность расчетов.

Исследование поведения под нагрузкой силовых гидроцилиндров и уплотняющих элементов обычно производится с помощью метода конечных элементов, который является наиболее универсальным и позволяет рассчитывать напряжённо-деформированное состояние деталей сложной конфигурации с различными моделями поведения материалов.

В качестве модели для вычисления напряжённо-деформированного состояния рабочих цилиндров гидростоек с приемлемой точностью вычислений рекомендуется использовать плоские модели с линейными осесимметричными элементами [1].

При всех прочих равных условиях наибольшая точность получаемого результата достигается при разбиении исследуемой модели на регулярную сетку, при которой конечные элементы имеют правильную форму.

Для получения регулярной сетки (рис. 1) геометрическая поверхность конечно-элементной модели, подвергаемая разбиению, должна соответствовать следующим условиям [2]:

• ограничена тремя или четырьмя линиями;

• противоположные стороны должны содержать равное количество делений на элементы, либо соответствовать одному из требований:

• количество делений на противоположных сторонах одной пары должно быть равным, а разность числа делений на противоположных сторонах другой пары должна быть чётной;

• разности делений на противоположных сторонах одной и второй пар должны быть равными;

• при ограничении поверхности тремя линиями общее количество делений на элементы должно быть чётным.

Рис. 2. Геометрическая модель цилиндра

Осесимметричная модель рабочего цилиндра характеризуется следующими параметрами (рис. 2): внутренним диаметром (diB), длиной цилиндра (/ц), раздвижностью (1р), толщиной стенки цилиндра (S), толщиной днища (Эд), а также давлением рабочей жидкости (p) и свойствами материала.

Для построения регулярной конечно элементной сетки модели цилиндра необходимо последовательно разделить геометрическую модель на четырёхугольные площади в соответствии с областью приложения давления и конфигурацией поперечного сечения. Например, для силового цилиндра, подобного гидростойке крепи М130, схема разбиения модели на четырёхугольные площади приведена на рис. 2.

Рис. 3. Порядок построения геометрической модели цилиндра

Рис. 4. Регулярная сетка конечных элементов рабочего цилиндра в области опоры и днища

Рассмотренный подход построения конечно-элементной модели позволяет получить регулярную сетку, которая уменьшает погрешность вычислений при расчётах напряжённо-деформированного состояния силового гидроцилиндра.

Далее, в соответствии с приведёнными рекомендациями, противоположные линии площадей делятся на равные части таким образом, чтобы длины отрезков получились примерно одинаковыми, после чего задаются тип элемента и свойства его материала.

На заключительном этапе создается регулярная сетка конечных элементов, на основе созданной карты размеров. Конечно-элементная модель цилиндра гидростойки механизированной крепи М130 представлена на рис. 4.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Буялич Г.Д. Влияние размерности модели на расчёт параметров цилиндров гидростоек // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2005. — № 5. — С. 42—44.

2. Чигарев, A.B. ANSYS для инженеров : Справочное пособие [Текст] / А. В. Чигарев, А. С. Кравчук, А. Ф. Смалюк. — М.: Машиностроение-1, 2004. — 512 с. НЗШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Буялич Геннадий Даниилович — доктор технических наук, профессор Кузбасского государственного технического университета, профессор Юргин-ского технологического института Томского политехнического университета, gdb@kuzstu.ru,

Воеводин Владимир Васильевич — кандидат технических наук, доцент, Буялич Константин Геннадьевич — инженер Кузбасского государственного технического университета, e-mail: bkg@kuzstu.ru.