Методическое пособие по расчету сварных соединений в CAE-системе Femap

Глава 3.
Методическое пособие по расчету сварных соединений в CAE-системе Femap

Расчет напряженно-деформированного состояния типового
сварного соединения в упругой стадии работы с помощью
системы инженерного анализа Femap 10.1.

Постановка задачи:

Выполнить расчет типового сварного соединения применяемого в конструкции кожухотрубчатого теплообменника.
Возьмем один из наиболее часто применяемых типоразмеров сварных соединений: d – 100(5 мм, t – 65 мм, b – 1 мм, где d – внутренний диаметр трубки, h – толщина трубки, t – шаг отверстий на трубной решетке, b – зазор между трубкой и трубной решеткой.
Длина трубки выбрана таким образом, чтобы на напряжения в сварном шве не влияли краевые эффекты от приложения силы к концу трубы. Конструктивная схема с указанием всех размеров представлена на Рис. 1.
Конструкционный материал - Сталь Х18Н10Т. Механические характеристики материала: модуль упругости E = 2*105 МПа, модуль сдвига G = 0,77*105 МПа, коэффициент Пуассона 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 = 0,3, предел текучести 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 = 250 МПа, предел прочности 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 = 450 МПа.
Конструкция нагружена внутренним давлением q = 10 МПа. При воздействии внутреннего давления на незакрепленную трубку возникает еще одна нагрузка - осевое усилие. Для каждого значения давления вычисляется соответствующее значение осевого усилия по формуле:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
В данном случае Р = 4906, 3 Н 78500
Расчетная схема сварного соединения представлена на Рис.2.
Для исследования напряженно-деформированного состояния достаточно, используя осевую симметрию конструкции, рассмотреть 1/360 часть сварного соединения.
В  рассматриваемой задаче используем  основные  единицы  измерения: размеры – в  миллиметрах  (мм), усилия – в ньютонах (Н), давление и напряжения – в МПа (Н/мм2). Обратите  внимание  на  то, что  MSC/NASTRAN  предполагает  использование  согласованной  системы  единиц  измерения. Поэтому  необходимо  следить  за  тем, чтобы  при решении задачи  не  происходило  смешение единиц измерения (например, использование  миллиметров и сантиметров  в  одной  задачи  недопустимо).
  
13 EMBED Visio.Drawing.11 1415
Рис.1. Конструктивная схема с указанием всех размеров
13 EMBED Visio.Drawing.11 1415
Рис.2. Расчетная схема сварного соединения


Выполнить:
Расчет напряженно-деформированного состояния сварного соединения методом конечных элементов с помощью САЕ-системы Femap 10.1.

Порядок расчета сварного соединения с помощью
САЕ-системы FEMAP 10.1.

Формирование геометрической  модели

Запускаем программу FEMAP 10.1. На экране появится главное окно программы.
Формирование  новой  модели начинаем, выбрав  последовательность  команд  File  (файл)  New  (новый). Затем выбираем File | Save As, выбираем каталог для размещения файла модели сварного соединения и задаем имя файла, например, Svarka_01.

Определение рабочей плоскости

Методы графического выбора требуют установить способ перехода от трехмерного пространства модели к двумерному пространству экрана. Программа FEMAP использует определение рабочей плоскости {Workplane), как размещение двумерной зоны выбора в трехмерном пространстве. Рабочая плоскость - это плоскость, которую мы произвольно размещаем в трехмерном пространстве. С рабочей плоскостью связана система координат, следовательно, определено начало координат (Origin) и направление осей X и Y рабочей плоскости.
Выполнив последовательность команд Tools | Workplane, на экране появится диалоговое окно управления рабочей плоскостью, представленное на Рис. 1. Для того, чтобы разместить рабочую плоскость в пространстве модели нажимаем «Global Plane».


Рис.3. Управление рабочей плоскостью

Полагаем, что ось Z является направляющей, а 2D эскиз мы будем строить в осях XY. Выбираем «ZX Plane».


Рис.4. Выбор системы координат

Поворачиваем рабочую плоскость выбрав «ZX Front», выполнив последовательность команд View | Rotate.

Построение геометрической модели сварного соединения

Начинаем построение геометрической модели конструкции. Выполняем построение линий (определяем образующую конструкции). Для этого сначала необходимо установить все точки, находящиеся в основных узлах нашей конструкции, для последующего построения отрезков прямых, определяющих образующую конструкции, заданием их координат. С этой целью выполняем команду Geometry | Point. В появившемся диалоговом окне Locate – Enter Coordinates or Select with Cursor назначаем координату первой точки: x = 50, y = 0, z =0 и нажимаем OK.


Рис.5. Первая точка

Точка появится в графическом окне, и диалоговое окно возникнет снова для ввода координат следующей точки. Таким образом введем координаты всех необходимых точек.


Рис.6. Вторая точка


Рис.7. Третья точка


Рис.8. Четвертая точка


Рис.9. Пятая точка


Рис.10. Шестая точка

Рис.11. Седьмая точка


Рис.12. Восьмая точка


Рис.13. Девятая точка


Рис.14. Десятая точка


Рис.15. Одиннадцатая точка

Для прекращения ввода точек необходимо нажать кнопку Cancel.
На экране будет следующая картина (Рис.16.).


Рис.16. Опорные точки геометрической модели конструкции

Следующим шагом необходимо соединить все созданные точки отрезками прямых в определенном порядке, чтобы получить каркас нужной конструкции. С этой целью выполняем команду Geometry | Curve-Line | Points. В появившемся диалоговом окне Create Line from Points вводим номера точек 1 и 2 и нажимаем OK.


Рис.17 Создание первой линии по точкам


Рис.18 Создание второй линии по точкам


Рис.19 Создание третьей линии по точкам


Рис.20 Создание четвертой линии по точкам


Рис.21 Создание пятой линии по точкам


Рис.22 Создание шестой линии по точкам


Рис.23 Создание седьмой линии по точкам


Рис.24 Создание восьмой линии по точкам


Рис.25 Создание девятой линии по точкам


Рис.26 Создание десятой линии по точкам


Рис.27 Создание одиннадцатой линии по точкам


Рис.28 Создание двенадцатой линии по точкам


Рис.29 Создание тринадцатой линии по точкам

В результате мы построили геометрическую модель нашей конструкции. На Рис.30. представлена полученная геометрическая модель, где также указаны номера всех образующих конструкцию линий.


Рис. 30. Геометрическая модель сварного соединения

Помещаем изображение в центр экрана, выполнив команду View | AutoScale | All (клавиша Shift +F7).

Определение свойств конструкционного материала

       Теперь, когда  основные  геометрические  характеристики  модели  введены, можно  приступить  к  определению  её  других  свойств. В первую очередь  определим  свойства  конструкционного материала. С этой целью выбираем  последовательность  команд  Model  (модель)  Material  (материал), после  чего  активизируется  диалоговое  окно  «Define  Material - ISOTROPIC»  (задание  изотропного  материала), в  котором  можно  задать  необходимый  набор  физико-механических  свойств  материала.
Обязательным является задание следующих параметров:
Young Modulus, E - модуль Юнга или модуль упругости Е > 0 ;
Shear Modulus, G - модуль сдвига G > 0 (модулем сдвига, называется отношение касательного напряжения к сдвиговой деформации, он описывает отклик материала на сдвиговую нагрузку);
Poisson's Ratio, nu - коэффициент Пуассона -1 < v < 0.5.
В секции Termal (тепловые) задаем:
Expansion Coeff, a - коэффициент температурного расширения а;
В секции Limit Stress задаем предельные напряжения для материала:
Tension - растяжения;
Compression - сжатия;
Shear - сдвига;
Зададим также одну из общих характеристик материала:
Mass Density - плотность р ; Плотность материала используется при вычислении объемных нагрузок, действующих на конструкцию, и при вычислении матрицы масс, необходимой в динамических видах анализа.



Рис.31. Задание свойств изотропного материала

Определение  свойств  конечных  элементов

       Следующий  шаг – назначение  свойств  конечных  элементов, которые  будут  использованы  в  модели. Выполнив  команды  Model  (модель)  Property  (свойства), входим  в  диалоговое  окно  «Define  Property – Plate  Element  Type» (задание  свойств  для  плоских  оболочечных  элементов). По  умолчанию  система  предлагает  определять  свойства  для  элементов  именно  такого  типа. 


Рис.32. Окно задания свойств конечных элементов

В этом окне нажимаем кнопку Elem/Property Type и входим в диалоговое окно Elem/Property Type (типы  свойств  элементов)
В нашем случае определяем свойства для объемных элементов. И выбираем тип конечного элемента – Axisymmetric (Осесимметричный). Этот элемент, используется для моделирования объемных тел вращения при условии осевой симметрии нагрузок и закреплений. Изображается как двумерный элемент, но в действительности является осесимметричным кольцом.


Рис.33. Выбор типа свойств конечных элементов

В разделе Volume Elements выбираем пункт Axisymmetric и нажимаем OK. На запрос системы «ОК то show Axisymmetric Axis in all Views» отвечаем Yes.
В появившемся диалоговом окне Define Property – AXISYMMETRIC Element Type вводим в поле Title наименование конечного элемента «axim», выбираем из раскрывающегося списка материал – сталь 1Х18Н10Т и нажимаем OK.


Рис.34. Задание свойств конечных элементов
На повторный запрос нажимаем Cancel .
Генерация конечно-элементной сетки

После  определения  свойств  конечных  элементов  переходим  к  генерации  конечно-элементной  сетки.
В данной задаче для нас особый интерес представляет непосредственно сам сварной шов и место контакта шва с трубчатым элементом. Поэтому данную конструкцию можно разбить на элементы неравномерно, т.е. в сварном шве сделать сгущение сетки, а трубку и трубную решетку разбить на более крупные элементы. Разобьем конструкцию сварного соединения вручную, путем задания определенного количества элементов по каждой из кривых контура модели.

При  помощи  команд  Mesh  (сетка) | Mesh  Control  (управление  сеткой) | Size Along Curve (размер вдоль кривой): выбираем нужные кривые в появившемся диалоговом окне (Рис.35.) и задаем число элементов и размещение узлов вдоль выбранных кривых в следующем диалоговом окне (Рис. 36.).
Рассмотрим пример разбиения конструкции, когда по каждой из граней сварного шва задается число элементов n=10, а трубка и трубная решетка разбивается в соответствии с этим условием, но так, чтобы расчет оказался наиболее точным и при этом наименее трудоемким для компьютера.

Разобьем кривую 1 на 40 элементов:

Рис.35. Окно выбора кривых замкнутого контура (выбираем кривую 1)


Рис.36. Диалоговое окно задания параметров разбиения кривой 1

В секции Mesh Size (размер сетки) выбираем опцию Number of Elements (число элементов ). При этом задается число элементов, на которое должны разбиваться кривые. В данном случае n = 40.

Разобьем кривые 2, 6 и 7 на 2 элемента каждую:

Рис.37. Окно выбора кривых замкнутого контура (выбираем кривые 2, 6 и 7)


Рис.38. Диалоговое окно задания параметров разбиения кривых 2, 6 и 7
Разобьем кривую 3 на 7 элементов:

Рис.39. Окно выбора кривых замкнутого контура (выбираем кривую 3)


Рис.40. Диалоговое окно задания параметров разбиения кривой 3

Разобьем кривую 5 на 23 элемента:

Рис.41. Окно выбора кривых замкнутого контура (выбираем кривую 5)


Рис.42. Диалоговое окно задания параметров разбиения кривой 5

Разобьем кривые 10, 11 и 12 на 30 элементов каждую:

Рис.43. Окно выбора кривых замкнутого контура (выбираем кривые 10, 11 и 12)


Рис.44. Диалоговое окно задания параметров разбиения кривых 10, 11 и 12

Разобьем кривую 8 на 8 элементов:

Рис.45. Окно выбора кривых замкнутого контура (выбираем кривую 8)


Рис.46. Диалоговое окно задания параметров разбиения кривой 8

Разобьем кривую 9 на 20 элементов:

Рис.47. Окно выбора кривых замкнутого контура (выбираем кривую 9)


Рис.48. Диалоговое окно задания параметров разбиения кривой 9

Разобьем кривые 4 и 13 на 10 элементов каждую:

Рис.49. Окно выбора кривых замкнутого контура (выбираем кривые 4 и 13)


Рис.50. Диалоговое окно задания параметров разбиения кривых 4 и 13

В результате выполненного разбиения получилась модель, представленная на Рис. 51.


Рис. 51. Схема разбиения контура сварного соединения

Разбиваем выделенную область (сварное соединение) на конечные элементы. Для этого сначала выполняем команду Geometry | Boundary Surface | From Curves. В появившемся диалоговом окне Entity Selection – Select Curve(s) on Closed Boundary (выбрать кривые замкнутого контура), а т.к. у нас получилось 3 замкнутых контура, то выполним:


Рис.52. Окно выбора кривых первого замкнутого контура


Рис.53. Окно выбора кривых второго замкнутого контура


Рис.54. Окно выбора кривых третьего замкнутого контура

Для выхода из команды нажимаем Cancel.

В результате получилась модель конструкции, состоящая из трех замкнутых контуров (Рис.55.)


Рис. 55. Модель из трех замкнутых контуров

Затем выполняем команду Mesh | Geometry | Surface. В появившемся диалоговом окне Entity Selection – Select Surfaces to Mesh назначаем ID = 1 (первый контур) и нажимаем OK.


Рис.56. Окно выбора метода поверхности разбиения первого контура

В следующем диалоговом окне Automesh Surfaces выбираем из раскрывающегося списка Property – axim, в разделе Mesher выбираем Tri (треугольные элементы) и жмем OK.

Рис.57. Окно выбора конечных элементов первого контура

Затем снова выполняем команду Mesh | Geometry | Surface. В появившемся диалоговом окне Entity Selection – Select Surfaces to Mesh назначаем ID = 2 (второй контур) и нажимаем OK.

Рис.58. Окно выбора метода поверхности разбиения второго контура

В следующем диалоговом окне Automesh Surfaces выбираем из раскрывающегося списка Property – Axisymmetric Element, в разделе Mesher выбираем Tri (треугольные элементы) и жмем OK.


Рис.59. Окно выбора конечных элементов второго контура

И снова выполняем команду Mesh | Geometry | Surface. В появившемся диалоговом окне Entity Selection – Select Surfaces to Mesh назначаем ID = 3 (третий контур) и нажимаем OK.

Рис.60. Окно выбора метода поверхности разбиения третьего контура

В следующем диалоговом окне Automesh Surfaces выбираем из раскрывающегося списка Property – Axisymmetric Element, в разделе Mesher выбираем Tri (треугольные элементы) и жмем OK.

Рис.61. Окно выбора конечных элементов третьего контура

После нажатия кнопки OK выполняется процесс  автоматической  генерации конечно-элементной сетки, который  может  занять  несколько секунд  в  зависимости  от  быстродействия  компьютера. После  окончания процесса конструкция будет  разбита на 2158 элементов с количеством узлов - 1178.
На экране монитора получаем схему разбиения конструкции на конечные элементы (Рис.62.).


Рис.62. Конечно-элементная модель конструкции

Общее число элементов –2158.
Общее число узлов – 1178.

5. Формирование  граничных  условий

       Теперь  необходимо  сформировать  граничные  условия. С  этой  целью выполняем команду меню Model | Constraint | Create/Manage Set
В  появившемся  окне «Constraint Set Manager»  нажимаем кнопку «New Constraint Set».


Рис.63. Окно задания заголовка для закрепления

Появляется окно «New Constraint Set», в  поле  Title  которого  вводим  заголовок  для  данного  варианта  модели, например, Granichnoe uslovie и нажимаем  OK. Возвратившись затем в окно «Constraint Set Manager», нажимаем кнопку Done.
Затем  входим в  меню  Model  (модель)  Constraint  (граничные  условия)  Nodal  (в  узлах). На  экране  появится  диалоговое  окно  «Entity  Selection – Enter Node(s) to Select»  с  запросом  номеров  узлов, для  которых  будут  задаваться  граничные  условия:


Рис.64. Окно выбора номеров узлов

Теперь нужно ввести  номера узлов модели, находящихся на краю трубной решетки.
Один  из  простых  способов  выполнить  эту операцию  состоит  в  использовании  метода On Curve. На  экране  появится  диалоговое  окно  «Entity  Selection – Enter Node(s) to Select»  с  запросом  кривой, для  которой  будут  задаваться  граничные  условия. Выбираем кривую, находящуюся на краю трубной решетки:


Рис.65. Кривая для задания граничных условий

Нажимаем OK, и на экране появляется появляется диалоговое окно «Create Nodal Constraint/DOF» (создание  узловых  граничных  условий).
Ставим птичку в окошке TZ (запрещаем перемещения по оси Z). В поле Title вводим «Ограничение по Z». Нажимаем OK.


Рис.66. Окно создания  узловых  граничных  условий

Для выхода из команды нажимаем Cancel.
Возвращаемся к предыдущему масштабу изображения, выполнив команду View | AutoScale | All (Shift +F7). На экране монитора видим около символов опорных закреплений узлов числа 3. Это означает, что на узлы наложена 1 линейная связь (запрещено линейное перемещение вдоль оси z).


Рис.67. Схема граничных условий

6. Формирование внешних  нагрузок

Формирование нагрузок заканчивает формирование  конечно-элементной  модели. В  нашем  случае  нагрузка  представляет собой  давление  q = 10 МПа, приложенное  к  внутренней  поверхности трубки теплообменника и осевое усилие Р = 4906, 3 Н/мм, возникающее при воздействии внутреннего давления на незакрепленную трубку.
Сначала приложим элементную нагрузку – внутреннее давление (Pressure).
Выполняем команду Model | Load | Create/Manage Set В  появившемся  окне «Load Set Manager»  нажимаем кнопку «New Load Set».
Появляется окно «New Load Set», в  поле  Title  которого  вводим  заголовок  для  заданной  нагрузки, например, Int Press (внутреннее давление)  и  нажимаем  OK.


Рис.68. Окно задания заголовка для нагрузки

Возвратившись затем в окно «Load Set Manager», нажимаем кнопку Done.
Входим  в  меню  Model  (модель)  Load  (нагрузка)  Elemental  (на  элементы). В появившемся диалоговом окне «Entity Selection – Enter Element(s) to Select» выбираем кнопку  Select  All  (выбрать  всe), а  затем  жмем OK.


Рис.69. Окно выбора элементов для нагрузки

В появившемся диалоговом окне «Create Loads on Elements» вводим в поле Title заголовок  для  заданной  нагрузки «Внутреннее давление», затем в разделе Load вводим число 10 в поле «Pressure  Value» (величина  давления) и  нажимаем  OK..


Рис.70. Окно задания нагрузки

В появившемся диалоговом окне «Face Selection» (выбор грани) в разделе Method выбираем Adjacent Faces (no соседним граням) - выбор по указанному элементу. Критерием является угол между нормалью к грани этого элемента и нормалью к граням выбираемых элементов. Он не должен превышать указанной в поле Tolerance величины, куда вводим число 85.
Далее кликаем мышью в поле Face, а затем кликаем мышью на грань одного из конечных элементов на внутренней поверхности трубки. После этого в поле Element будет показан номер этого элемента, например, 50, а в поле Face – номер грани этого элемента (например, 5), к которой будет приложено давление. Нажимаем OK.


Рис.71. Окно выбора грани для нагрузки

Система генерирует нагрузку – внутреннее давление, приложенное к соответствующим конечным элементам. Для выхода нажимаем Cancel. Затем выполняем команду View | AutoScale | All (Ctrl+F7). На экране монитора мы увидим модель конструкции с приложенным ко внутренней стенке трубки внутренним давлением (Рис.72).


Рис.72. Модель сварного сосуда с приложенным давлением

Теперь приложим узловую нагрузку – осевое усилие (Force), приложенную  к крайней линии трубки.
Выполняем команду Model | Load | Create/Manage Set В  появившемся  окне «Load Set Manager»  нажимаем кнопку «New Load Set».
Появляется окно «New Load Set», в  поле  Title  которого  вводим  заголовок  для  заданной  нагрузки, например, Force (сила)  и  нажимаем  OK.


Рис.73. Окно задания заголовка для нагрузки

Возвратившись затем в окно «Load Set Manager», нажимаем кнопку Done.
Входим  в  меню  Model  (модель)  Load  (нагрузка)  Nodal и используем метод On Curve  (на элементы, находящиеся на кривой ). В появившемся диалоговом окне «Entity Selection – Enter Node(s) to Select (On Curve)» выбираем грань 6, а  затем  жмем OK.


Рис.74. Выбор кривой, к которой будет приложена нагрузка

На экране появляется диалоговое окно «Create Loads on Nodes» для задания  нагрузок. В поле Title вводим заголовок «Осевое усилие». Затем выбираем строку Force (сила) и вводим число 4906, 3 в поле «Magnitude  Value» (величина  нагрузки). Далее в поле Direction выбираем Vector и задаем его направление (направление действия силы) нажав кнопку Specify. Появится окно Specify Load Direction.


Рис 75. Диалоговое окно задания нагрузки


Рис.76. Задание направления вектора нагрузки

Задаем отрицательное направление для вектора по оси Z, т.к. сила действует на оболочку сверху вниз.
Система генерирует нагрузку – осевое усилие, приложенное к соответствующим конечным элементам. Для выхода нажимаем Cancel. Затем выполняем команду View | AutoScale | All (Ctrl+F7). В результате получим на экране следующее изображение:


Рис.77. Модель сварного сосуда с приложенным осевым усилием

Теперь выведем на экран все приложенные нагрузки и граничные условия. На экране монитора увидим сформированную конечно-элементную модель конструкции (Рис.72).

Рис.78 Конечно-элементная модель конструкции с приложенной нагрузкой
и граничными условиями

Теперь, когда мы получили конечно-элементную модель можно приступить к выполнению численного анализа.

7. Выполнение  конечно-элементного  анализа

Выполняем команду Model | Analysis На экране появляется диалоговое окно «Analysis Set Manager».  
Нажимаем кнопку «New ». Появляется окно «Analysis Set», в  поле  Title  которого  вводим  заголовок «Analiz» и нажимаем OK.
Появляется окно «Analysis Set Manager», в котором можно задать ряд опций для выполнения конечно-элементного анализа.
Соглашаемся с предложенными системой установками для выполнения конечно-элементного анализа, нажав кнопку Done.
Запускаем процесс  выполнения  конечно-элементного  анализа, выполнив команду File | Analyse . Время  выполнения  анализа зависит от  быстродействия  компьютера. После выполнения данного процесса система выведет окно Message Review, где будет сказано обнаружены ли ошибки в конечно-элементной модели.


Рис. 79. Диалоговое окно Message Review

Если ошибки не найдены, то приступаем к обработке результатов.

8. Постпроцессорная обработка результатов конечно-элементного анализа

Для вывода информации о напряженно-деформированном состоянии сварного соединения входим в меню View  (вид)  Select  (выбор) (F5). В  разделе  «Model  Style»  (способ  отображения  модели) отмечаем  строку  Quick  Hidden  Line  (быстрое  удаление  невидимых  линий).  В разделе  «Deformed  Style»  (деформированное  состояние) включаем  отображение  деформированного  состояния, отметив параметр Deform. В разделе  «Contour  Style»  (стиль  изолиний) выбираем параметр Contour.


Рис.80. Выбор вида отображаемой модели

Далее нажимаем  кнопку  Deformed  and  Contour  Data  (данные  для  отображения) и входим в диалоговое окно «Select PostProcessing Data» (выбор постпроцессорных данных).


Рис. 90. Диалоговое окно выбора результатов для отображения

В этом диалоговом окне выбираем следующие значения параметров:
В разделе Data Selection параметр Category = Any  Output, параметр Type = Value or Magnitude.
В разделе Output  Set выбираем параметр NX/NASTRAN  Case 1.
В разделе Output Vectors выбираем параметр Deformation = Total Translation, а параметр Contour = Axisym Von Mises Stress (интенсивность напряжений по Мизесу).
Затем нажимаем  OK  в  текущем  окне, и  ещё  раз  OK  в  предыдущем окне  «View  Select». В результате выполненных операций на экране появится  следующее  изображение (рис.41).


Рис.100. Напряженно-деформированное состояние сварного соединения



Рис.101. Распределение напряжений в сварном соединении

Так как нас интересует непосредственно сварной шов, увеличим картинку и рассмотрим его подробнее. Результат можно увидеть на Рис.102. Здесь показано полученное распределение напряжений в сварном шве нашей конструкции. Этот результат свидетельствует о том, что материал шва испытывает сложное напряженное состояние, причем напряжения по сечению распределяются неравномерно. Исследования, произведенные методами теории упругости и подтвержденные экспериментально, показали, что в углах шва имеет место высокая концентрация напряжений.


Рис. 102. Распределение напряжений в сварном шве


Рис. 103. Распределение напряжений в сварном шве по элементам
Для вывода результатов расчета воспользуемся командой Lisp – Output – Results to Data Table. Выведем результаты расчета эквивалентных напряжений внутри сварного шва. В появившемся окне Sends Result to Data Table выбираем во вкладке Output Selection значение Elemental и жмем ОК. Далее появляется диалоговое окно с «векторами результатов». В нем кликаем на необходимые векторы:
- Axisym VonMises Stress (эквивалентные напряжения по гипотезе Мизеса в осесимметричных элементах)
- Axisym Radial Stress (радиальные напряжения, 13 EMBED Equation.3 1415)
- Axisym Azimuth Stress (угловые напряжения, 13 EMBED Equation.3 1415)
- Axisym Axial Stress (осевые напряжения, 13 EMBED Equation.3 1415)
Дaлее вводим в появившемся окне Entity Selection –Select Element(s) to Report (On Surfaces) номера нужных нам элементов. Для этого выбираем все элементы в сварном шве и нажимаем ОК.


Рис.104. Выбор всех элементов поверхности сварного шва


Рис.105. Диалоговое окно выбора элементов поверхности сварного шва

А также выведем основные перемещения узлов в сварном шве. В появившемся окне Sends Result to Data Table выбираем во вкладке Output Selection значение Nodal и жмем ОК. Далее появляется диалоговое окно с «векторами результатов». В нем кликаем на необходимые векторы:
- Total Translation (суммарное перемещение)
- T1 Translation (Перемещение вдоль оси X)
- T2 Translation (Перемещение вдоль оси Y)
- T3 Translation (Перемещение вдоль оси Z)
После чего вводим в появившемся окне Entity Selection –Select Node(s) to Report (On Surfaces) номера нужных нам узлов. Для этого выбираем все узлы в сварном шве и нажимаем ОК.


Рис.106. Выбор всех узлов поверхности сварного шва

Рис.107. Диалоговое окно выбора узлов поверхности сварного шва

Табл.1. Величины деформаций (по узлам) в сварном шве
ID
1..NX NASTRAN Case 1, 1..Total Translation
1..NX NASTRAN Case 1, 2..T1 Translation
1..NX NASTRAN Case 1, 3..T2 Translation
1..NX NASTRAN Case 1, 4..T3 Translation

36
0,03005949
-0,01343765
0
-0,0268887

35
0,02978602
-0,01323348
0
-0,02668487

34
0,02954247
-0,01292706
0
-0,02656405

33
0,02930462
-0,01253911
0
-0,02648644

1142
0,02914238
-0,01304748
0
-0,02605843

1133
0,02912015
-0,0132352
0
-0,02593864

32
0,02907661
-0,01210407
0
-0,02643749

31
0,02885762
-0,01163293
0
-0,02640903

1150
0,02883061
-0,0125963
0
-0,02593333

30
0,02865605
-0,01113818
0
-0,02640285

1157
0,02855876
-0,01214831
0
-0,0258461

29
0,02848298
-0,01062401
0
-0,02642746

28
0,0283554
-0,01008224
0
-0,0265024

1141
0,02833375
-0,01262903
0
-0,02536353

26
0,02832839
-0,008822166
0
-0,02691964

1163
0,0283068
-0,01167374
0
-0,02578757

27
0,02829614
-0,009469241
0
-0,02666467

1132
0,02822875
-0,01296597
0
-0,02507481

1168
0,02807613
-0,01118806
0
-0,02575066

1149
0,02800186
-0,01219306
0
-0,0252078

1172
0,02787254
-0,01069878
0
-0,02573742

1175
0,02770898
-0,01021023
0
-0,02575925

1156
0,02770774
-0,01169633
0
-0,02511802

1178
0,02762681
-0,009222222
0
-0,0260421

1177
0,0276118
-0,009719807
0
-0,02584448

1162
0,02743768
-0,01119889
0
-0,02504817

1140
0,0273808
-0,01228143
0
-0,02447191

1131
0,02724196
-0,01254758
0
-0,02418021

1167
0,02718887
-0,01070668
0
-0,02499203

1148
0,027069
-0,01170766
0
-0,02440617

1171
0,02696367
-0,01022458
0
-0,0249499

1124
0,02690248
-0,008564198
0
-0,02550291

1174
0,02677276
-0,009752464
0
-0,02493332

1155
0,02676396
-0,01118179
0
-0,02431619

1176
0,02666493
-0,00928439
0
-0,02499638

1161
0,0264766
-0,0106664
0
-0,024233

1139
0,02641783
-0,01167745
0
-0,02369681

1166
0,02620174
-0,01016453
0
-0,02414981

1130
0,02620154
-0,01204744
0
-0,02326757

1147
0,02607326
-0,01115189
0
-0,023568

1170
0,02593361
-0,009669106
0
-0,02406367

1154
0,02577312
-0,01060618
0
-0,02348962

1173
0,02567479
-0,009174966
0
-0,02397947

1160
0,02549292
-0,01008462
0
-0,02341345

194
0,02545882
-0,00870611
0
-0,02392394

1138
0,02533232
-0,01115745
0
-0,02274286

1165
0,02523019
-0,00957851
0
-0,02334127

1129
0,02513935
-0,01143385
0
-0,0223887

1146
0,02506995
-0,01054127
0
-0,02274608

1169
0,02499362
-0,009086832
0
-0,02328326

1153
0,02480738
-0,01000523
0
-0,02270025

311
0,02480426
-0,008650311
0
-0,02324701

1159
0,02456857
-0,009498546
0
-0,02265817

1137
0,02439987
-0,010444
0
-0,02205168

1164
0,02435596
-0,009019673
0
-0,02262429

310
0,02418013
-0,008572217
0
-0,02260964

1145
0,02413728
-0,009929456
0
-0,02200032

1128
0,02411941
-0,01076656
0
-0,02158303

1152
0,02393577
-0,00942936
0
-0,02200019

1158
0,02376141
-0,00896813
0
-0,02200403

309
0,0236146
-0,008550919
0
-0,02201207

1136
0,02343729
-0,009878438
0
-0,02125378

1144
0,02331297
-0,009361137
0
-0,02135096

1127
0,02322717
-0,01009059
0
-0,02092084

1151
0,02317942
-0,008921465
0
-0,02139376

308
0,02305661
-0,008511431
0
-0,02142808

1135
0,02275805
-0,009263084
0
-0,02078759

1143
0,02264125
-0,00888129
0
-0,02082663

307
0,02257308
-0,008507282
0
-0,02090862

1126
0,02245303
-0,009464684
0
-0,02036071

306
0,02208539
-0,008490604
0
-0,02038809

1134
0,02206573
-0,008825736
0
-0,02022381

1125
0,02184287
-0,008915885
0
-0,01994036

305
0,02171032
-0,008491893
0
-0,01998063

304
0,02132891
-0,008481503
0
-0,01957005

Табл.2. Величины напряжений (по элементам) в сварном шве
ID
1..NX NASTRAN Case 1, 6028..Axisym Radial Stress
1..NX NASTRAN Case 1, 6029..Axisym Azimuth Stress
1..NX NASTRAN Case 1, 6030..Axisym Axial Stress
1..NX NASTRAN Case 1, 6035..Axisym Von Mises Stress

2146
-25,75537
-103,7145
-212,0266
211,7887

2154
2,079713
-25,4487
26,22484
201,0462

2158
35,08162
12,07617
116,1332
171,4506

2152
-107,071
-87,84377
-79,84409
169,6349

2147
34,59967
-43,37815
-66,94001
169,2199

2148
-12,54904
-64,93358
-88,94913
165,654

2157
125,2805
21,21611
52,42725
163,014

2139
2,446726
-74,57251
-137,5931
161,2408

2149
21,78179
-28,62867
1,640166
159,7141

2059
-86,52784
-104,1384
-100,9712
154,4191

2140
33,73047
-41,91843
-55,64714
145,5603

2156
-12,87441
-23,02439
54,14143
144,4324

2060
-38,28675
-96,0692
-121,8394
137,491

2058
-54,21762
-86,42015
-77,06142
134,9809

2141
-5,984903
-59,69455
-72,453
133,7492

2130
4,737185
-64,49303
-100,6158
131,9192

2142
16,40239
-36,86808
-14,71438
128,5323

2155
-4,94581
-23,41678
41,2265
127,2911

2131
23,71061
-44,86884
-49,80061
125,1094

2151
-3,056357
-32,51218
19,30473
114,2922

2150
-13,31129
-42,49999
-7,635792
112,3498

2119
0,4091136
-61,46935
-80,43555
111,711

2079
-65,45692
-96,08839
-96,79133
111,6979

2132
-6,072205
-58,27191
-61,94107
110,2471

2120
12,21167
-49,53312
-48,05342
109,7912

2133
7,603416
-44,66016
-26,09942
108,1341

2153
15,17101
-26,10614
6,214812
107,1689

2129
9,873242
-59,16082
-91,12678
106,5835

2128
10,53423
-57,89659
-92,04787
104,7063

2118
13,08656
-54,43142
-72,74775
103,8407

2055
-61,94416
-82,28453
-63,07868
103,4977

2077
-45,00403
-79,82282
-67,90851
103,2474

2117
10,0498
-57,07849
-83,08058
103,209

2138
-9,037358
-71,8007
-120,0586
102,9241

2137
-3,485951
-64,54332
-105,6295
101,8799

2075
-41,41522
-74,285
-58,92636
101,5025

2056
-42,62639
-76,19805
-61,15674
101,0861

2054
-37,02522
-71,10817
-55,22814
99,88317

2107
-1,642926
-55,84185
-49,2892
99,83018

2057
-66,31334
-85,94165
-66,062
99,72978

2105
7,240929
-54,75853
-61,99724
97,67298

2106
-7,956021
-62,36057
-69,12043
96,57452

2122
-2,890217
-52,37608
-35,48775
96,00517

2104
3,703819
-57,88799
-73,508
95,94617

2092
-17,37766
-63,41055
-52,74857
95,86771

2121
-10,37492
-59,91469
-57,32392
94,36156

2144
-3,517642
-41,39342
-3,62955
94,16254

2143
-11,69983
-48,89581
-24,49242
93,61484

2094
-31,09328
-70,07635
-54,76202
92,76945

2090
-6,140482
-59,03731
-56,65998
92,41564

2073
-21,72207
-64,89029
-54,17072
91,55453

2145
-52,90556
-94,28103
-156,4682
91,4648

2109
-15,10988
-60,48413
-44,47298
90,5624

2078
-36,89336
-77,31498
-65,72947
89,55521

2091
-18,87476
-65,44022
-62,39774
87,83887

2096
-39,30519
-77,65339
-66,13255
87,71771

2076
-38,80892
-74,81583
-61,25026
87,45382

2089
-8,201054
-60,97311
-65,72464
85,81435

2108
-17,66837
-63,52402
-56,20079
84,92868

2074
-34,66276
-71,31966
-59,88836
84,59843

2103
4,291352
-55,9516
-70,87611
84,01002

2135
-8,301313
-49,49151
-19,81202
82,85442

2116
-0,04708723
-59,00412
-82,61781
82,76068

2053
-47,0477
-73,48509
-56,73652
81,73608

2102
7,237508
-52,01434
-65,2913
81,41557

2088
0,618227
-55,96119
-61,03425
81,29476

2093
-28,3873
-69,10191
-58,20987
80,86549

2134
-13,1175
-53,98612
-34,07106
80,82604

2072
-23,26487
-65,31031
-58,83641
80,31156

2115
4,974442
-52,81085
-71,39361
80,25708

2071
-15,1261
-60,97512
-55,44012
79,92073

2111
-26,47198
-66,68067
-47,52704
79,38611

2087
2,625668
-52,99852
-57,9457
78,1528

2124
-15,81674
-57,57565
-33,39882
78,01648

2095
-30,16971
-70,68291
-55,5576
76,17944

2127
-13,76995
-65,01282
-94,58178
75,5543

2136
-19,29315
-67,1187
-101,318
74,99084

2052
-20,41623
-59,39635
-41,57955
74,14901

2123
-17,26875
-59,21609
-41,46055
73,5015

2126
-5,522452
-55,4629
-75,14196
72,38038

2110
-23,72977
-65,01298
-48,57164
71,01598

2070
-10,78869
-56,81587
-50,71708
70,36552

2051
-32,80695
-65,29317
-50,39944
64,51792

2086
-1,920498
-53,14467
-57,168
62,39166

2101
-5,965906
-55,45001
-66,69678
61,47781

2085
3,383016
-46,77694
-45,82259
61,39963

2100
1,565736
-46,82209
-49,72839
60,61852

2068
-0,6715552
-47,51711
-38,30057
58,35387

2069
-4,155721
-51,96795
-44,613
57,87965

2113
-7,816645
-49,47459
-54,32289
57,00988

2114
-16,63723
-59,42553
-74,77898
55,6333

2050
-8,911587
-48,34026
-23,50571
53,69408

2049
-16,0755
-54,56182
-41,03079
50,64109

2083
0,2159223
-41,58786
-32,56678
48,97121

2098
-7,576344
-44,54237
-39,53476
47,34146

2066
1,601354
-40,72028
-25,6093
46,59652

2084
-6,471845
-48,91471
-46,1897
44,94764

2067
-4,724781
-48,19456
-39,74569
44,69063

2112
-15,75681
-51,0463
-54,12759
44,1328

2125
-35,27177
-65,26612
-80,70346
43,51091

2099
-13,41508
-51,16949
-52,03861
42,73809

2048
-2,616866
-39,52681
-9,964822
42,24886

2043
5,726067
-29,97598
-3,56196
38,48651

2064
0,5037774
-35,67105
-14,83085
36,95671

2081
-7,033071
-37,70966
-18,52505
35,98793

2047
-0,8600689
-42,21951
-22,60403
35,90573

2046
2,825321
-30,8855
5,884422
35,35771

2044
0,7910417
-28,38645
8,48605
34,62923

2045
0,7501284
-37,14248
-16,11328
33,13876

2042
-0,8706591
-26,51005
10,34807
32,78895

2062
-4,966108
-36,78698
-18,84836
32,51463

2065
-5,102582
-39,74398
-18,79181
30,27522

2041
-3,389858
-28,80132
3,647698
29,76463

2080
-9,464275
-37,20695
-16,57837
29,73933

2061
-10,39057
-32,34144
-0,5760465
29,00739

2063
-3,922963
-35,79186
-13,44455
28,45714

2082
-14,04923
-44,96278
-32,22123
28,14366

2097
-25,29527
-49,43222
-40,41561
23,34995


Выведем также величины напряжений и деформаций для трубчатого элемента.

Табл.3. Величины наибольших деформаций (по узлам) в трубчатом элементе
ID
1..NX NASTRAN Case 1, 1..Total Translation
1..NX NASTRAN Case 1, 2..T1 Translation
1..NX NASTRAN Case 1, 3..T2 Translation
1..NX NASTRAN Case 1, 4..T3 Translation

1
0,0522453
-0,003792366
0
-0,05210748

3
0,05200052
-0,004395867
0
-0,05181438

2
0,05166232
-0,004113386
0
-0,0514983

193
0,05143794
-0,004151266
0
-0,05127016

84
0,05132905
-0,004049906
0
-0,05116903

183
0,05131722
-0,004226612
0
-0,05114286

169
0,05087751
-0,004256041
0
-0,05069919

4
0,05085721
-0,004436362
0
-0,05066334

83
0,05059477
-0,004111351
0
-0,05042745

187
0,05047162
-0,004400752
0
-0,05027939

168
0,05020555
-0,004328622
0
-0,0500186

5
0,04992309
-0,004589864
0
-0,04971165

82
0,04988145
-0,004180805
0
-0,04970593

167
0,04949151
-0,004419234
0
-0,04929382

81
0,04916954
-0,004242826
0
-0,04898614

6
0,04898088
-0,004671491
0
-0,0487576

166
0,04879421
-0,00445363
0
-0,04859053

189
0,04849409
-0,00458675
0
-0,04827669

80
0,04845716
-0,004285451
0
-0,04826729

165
0,04816299
-0,004486814
0
-0,04795354

7
0,04803642
-0,004723684
0
-0,04780361

79
0,04774559
-0,004315966
0
-0,04755012

164
0,04745498
-0,0045305
0
-0,04723822

8
0,0470829
-0,004748752
0
-0,04684281

78
0,04703505
-0,004332446
0
-0,04683509

163
0,04666139
-0,004542155
0
-0,04643979

77
0,04632415
-0,004336804
0
-0,0461207

9
0,04612598
-0,004753519
0
-0,04588039

162
0,04594648
-0,004520477
0
-0,04572356

185
0,04563849
-0,004632023
0
-0,04540282

76
0,04561152
-0,004329103
0
-0,04540561

161
0,04531185
-0,004508957
0
-0,04508695

10
0,04516971
-0,004736149
0
-0,04492073

75
0,04489791
-0,00431214
0
-0,04469035

160
0,04461286
-0,004502928
0
-0,04438503

11
0,04420989
-0,00469623
0
-0,04395975

74
0,04418343
-0,004281891
0
-0,04397546

159
0,04390104
-0,004449762
0
-0,04367495

191
0,0436577
-0,004548529
0
-0,04342011

73
0,04346592
-0,004236647
0
-0,04325896

158
0,04326399
-0,004405685
0
-0,04303909

12
0,043254
-0,004631192
0
-0,04300536


Табл.4. Величины наибольших напряжений (по элементам) в трубчатом элементе
ID
1..NX NASTRAN Case 1, 6028..Axisym Radial Stress
1..NX NASTRAN Case 1, 6029..Axisym Azimuth Stress
1..NX NASTRAN Case 1, 6030..Axisym Axial Stress
1..NX NASTRAN Case 1, 6035..Axisym Von Mises Stress

259
3,311503
8,510459
118,4418
116,1776

260
2,148808
6,882714
108,2926
104,2573

164
-5,845532
-24,75496
86,28365
102,9545

15
27,32813
7,783158
100,358
102,1207

117
-3,982976
-31,99476
79,86757
101,0431

270
-6,13658
-83,12059
-104,9779
98,44677

91
47,75607
17,57685
121,5858
92,93011

108
-11,23998
-34,91209
61,33886
90,19691

186
-5,418966
-39,50585
59,15924
89,84521

289
-3,604725
5,152246
89,42847
89,21481

191
5,732691
3,622735
90,12983
85,47333

16
-50,7681
-102,2204
-127,4291
84,84969

159
14,53013
1,278507
88,71664
84,82529

275
-25,28069
-80,34693
-76,27506
79,55537

134
10,46961
-0,9911333
80,5647
78,95191

28
6,489796
-14,92107
62,38169
77,67029

27
-11,07662
-29,05046
36,75372
76,12062

132
44,15785
2,26962
70,34717
76,05777

195
0,3365349
8,583835
79,72685
75,74732

192
14,01307
0,1817432
80,91498
75,17312

82
1,159936
7,860099
77,78168
73,8066

163
-5,831561
-31,94831
44,98409
73,76958

131
5,964187
-16,23214
54,65003
73,06978

294
-2,122817
9,353354
75,83839
72,9931

115
-1,830224
-39,63125
41,44046
71,72112

151
-1,21144
-31,23143
46,22171
71,64929

100
-10,20686
-36,39151
18,46009
71,25568

183
-5,957902
-44,78301
33,94741
71,21944

156
-1,692518
-27,20095
47,87463
70,67175

105
-5,060887
-35,76065
36,78465
70,52681

89
-11,27773
-36,43122
15,66261
70,5208

162
1,145166
3,225098
72,56448
70,5042

258
1,46668
-2,073405
68,84525
69,44601

119
-19,02439
-50,09166
27,34039
69,27293

133
24,58022
-3,142995
72,04543
68,99879

184
-2,596913
-47,99263
26,43026
68,65136

35
-43,2084
-86,93865
-87,37185
67,81794

278
3,19012
-66,64376
-57,42241
67,03138

179
-17,05024
-42,90942
31,77966
67,01406

97
-1,116285
-30,17493
37,03435
66,59647

43
1,409658
-2,369439
65,9798
66,54088

Табл.5. Величины напряжений (по элементам) в сечении сварного шва на срез
ID
1..NX NASTRAN Case 1, 6035..Axisym Von Mises Stress

2157
163,014

2154
201,0462

2148
165,654

2140
145,5603

2130
131,9192

2118
103,8407

2104
95,94617

2088
81,29476

2070
70,36552

2050
53,69408


График распределения напряжений в сечении сварного шва на срез















Root Entry

Приложенные файлы

  • doc 1400620
    Размер файла: 8 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий