Analiza statica a subansamblului unei biele cu rulment radial cu ace

Analiza statica a subansamblului unei biele cu rulment radial cu ace

1 Introducere

2 Scopul aplicatiei

Modulele de programe Generative Structural Analysis ale mediului CAD/CAE/CAM  CATIA permite simularea comportarii mecanice a subansamblelor care contin rulmenti radiali

In fig. 1 se prezinta schema unui subansamblu al unei biele compus din Corp biela, Capac biela, rulment radial cu ace si cuzineti. Muchiile interioare ale corpului bielei sunt cu racordari. Capacul bielei este asamblat de corpul bielei printr-un set de patru suruburi M=

In aceasta aplicatie se prezinta algoritmul de analiza cu elemente finite a subansamblului bielei solicitat la tractiune de forta P=3000N in zona rulmentului radial cu ace si a semicuzinetului capacului bielei. Pentru inceput se prezinta succesiunule de obtinere a modelelor solide asociate Corpului bielei si Capacului bielei precum si modelul ansamblului considerand a=8 mm, M=8 mm, raza de racordare r=3 .

3 Intocmirea modelului de analiza

In vederea intocmirii modelului de analiza cu elemente se urmareste identificarea formei si dimensiunilor geometrice, a restrictiilor induse de legaturile cu elementele adiacente, a incarcarilor interioare si exterioare precum si a caracteristicilor materialului. In fig. 2 se prezinta modelul de analiza al subansamblului bielei din fig. 1. In acest model se evidentiaza forma geometrica si dimensiunile asociate ale partilor componente la nivel de detaliu (muchiile interioare sunt racordate cu r=3 mm, gaura de fixare a capacului bielei are diametrul 8 mm);

Simularea legaturii capacului bielei cu fusul maneton al arborelui cotit prin intermediul semicuzinetului, avand in vedere rigiditatea marita a acestor elemente, se realizeaza prin anularea celor trei translatii posibile

Incarcarea externa se realizeaza prin intermediul unor forte distribuite dupa o lege sinusoidala care simuleaza contactul dintre boltul pistonului motorului si alezajul cilindric al bielei prin intermediul unui rulment radial cu ace.

Elementele subansamblului analizat sunt realizate din otel cu urmatoarele caracteristici mecanice: modulul de elasticitate longitudinala, E = 2,157.10⁶ N/mm², si coeficientul contractiei transversale (Poisson),

4 Preprocesarea modelului de analiza

4.1 Modelarea geometrica a elementelor componente

In tabelul 1 se prezinta succesiunea comenzilor de obtinere a modelului solid asociat corpului bielei.

In tabelul 2 se prezinta etapele de obtinere a alezajului rulmentului si a gaurilor suruburilor de fixare.

Obtinerea nervurii associate semimodelului solid obtinut se realizeaza in doi pasi: obtinerea unei schite reprezentand linia asociata conturului nervurii si generarea nervurii propiu-zise utilizand schita, Sketch.2 obtinuta la pasul anterior (tab. 4). Cealalta nervura a semimodelului se obtine prin simetrie (tab. 4)

In tab. A.5.4 se prezinta sucesiunea comenzilor de obtinere a racordarilor tehnologice practicate pe corpul bielei. Modelul solid al corpului bielei se obtine prin simetrie (tab. 5)

In tabelul 7 se prezinta succesiunea comenzilor de obtinere a modelului solid asociat capacului bielei.

4.2.Modelarea caracteristicilor   materialelor

Introducerea valorilor caracteristicilor materialului necesare pentru analiza cu elemente finite se face utilizandu-se biblioteca de materiale a mediului CATIA din care se alege material metalic din grupa otelurilor (Steel) pentru care se modifica valorile modulului de elasticitate si coeficientului Poisson tinand cont de valorile indicate ca date de intrare (tab. 6). Se introduc aceleasi caracteristici pentru cele doua elemente constructive.

4.3 Modelarea ansamblului

In tab. 8 si 5.9 se prezinta succesiunile de incarcare a fisierelor cu modelele solidelor asociate corpului bielei si capacului bielei si respectiv de generare a constrangerilor geometrice de asamblare.

4.4 Modelarea cu elemente finite

Pentru generarea modelului cu elemente finite se lanseaza pachetul CATIA Analysis & Simulation din care, in continuare, se selecteaza modulul Generative Structural Analysis si apoi optiunea Static Analysis din fereastra New Analysis Case (11) care presupune analiza statica a structurii in conditiile unor constrangeri impuse si a unor incarcari independente de timp.

In tab. 5.11 se prezinta succesiunea de obtinere a modelarii cu elemente finite a legaturilor de tip asamblare cu suruburi montate cu prestrangere

4.5 Modelarea constrangerilor de tip depasare

In tabelul 12 se prezinta succesiunea comenzilor de introducere a constrangerilor de tip anulare a mobilitatilor punctelor suprafetei cilindrice interioare ale capacului bielei.

4.6 Modelarea incarcarilor

In tab. 13 se prezinta succesiunea comenzilor de introducere a fortelor distribuite pe suprafata de apasare a rulmentului radial asupra bielei. In casetele X, Y, Z se introduc valorile fortei concentrate rezultante.

5 Rezolvarea modelului

In tabelul 14 se prezinta succesiunea de lansare a solver-lui.

6 Postprocesarea rezultatelor

Vizualizarea starii deformate si animarea procesului de deformarea se face actvand comenenzile mentionate in tabelul 15. Modificarea factorului de scara asociat se realizeaza prin activarea icon-ului .

In tab. 16 se prezinta comanda de vizualizare a campului de deplasari suprapus peste structura deformata. In plus, in acest tabel se prezinta si legenda culorilor asociata.

In tabelul 17 se prezinta comanda de vizualizare a campului de tensiuni echivalente (Von Mises) suprapus peste structura nedeformata.

7 Concluzii