УДК 62-3
Расчет механических сопротивлений патрубков методом конечных элементов
, , .
Омский государственный технический университет
пр. Мира г. Омск. Россия
*****@***ru, *****@***ru, *****@***ru, *****@***ru.
В работе проведен численный расчет динамических сопротивлений резинокордных гибких патрубков при изгибных колебаниях, позволяющий проводить анализ о целесообразности использования резинокордных вставок как шумопоглощающее средство.
Ключевые слова: виброизоляция, компенсационный патрубок, метод конечных элементов, композиционный материал.
Расчет механических сопротивлений патрубков внутренним диаметром 50, 100 мм длинной 1000 мм. при изгибных колебаниях проводился методом конечных элементов в пакете ANSYS.
Патрубки представляют собой композиционный материал, состоящий из нескольких слоев прорезиненного корда направленных под углом 54º44' рис.1, в связи с чем моделирование вызывает некоторые трудности.
Для моделирования композитной основы резинокордного патрубка воспользуемся компонентом ANSYS Composite PrepPost, который позволяет моделировать однородные слои композитного материала со сложной геометрией виде оболочек с локальной системой координат для каждого конечного элемента этой оболочки.
Резинокордные патрубки представляют собой цилиндрическую основу, соответственно модель слоев композитного материала представлена в виде цилиндрической оболочки рис.2
Рис. 1. Схема патрубков:
L0 – полная высота патрубка; L – высота резинокордной части патрубка между фланцами; ∅DВн. – внутренний диаметр патрубка; ∅DНар. – наружный диаметр патрубка; h – суммарная толщина стенки; hг – толщина герметизирующего слоя;
hп – толщина покровного слоя; nк – число слоёв корда.
Рис.2 Модель оболочки композитного материала
На базе полученной оболочки создадим пакет слоев резины и корда с учетом толщины и свойств материалов рис.3, рис.4.
Рис.3. Слои композиционной основы патрубка
DВн=100 мм, L0=1000 мм
Рис.4. Слои композиционной основы патрубка
DВн=50 мм, L0=1000 мм
По поверхности оболочки создана система координат относительно, которой позиционируется направления нитей слоев корда рис.5
Рис. 5 Цилиндрическая система координат оболочки патрубка, направление нитей слоев корда
Патрубок заполнен рабочей жидкостью (вода). Модель воды определена конечным элементом fluid80 с нулевой сдвиговой жесткостью, который достаточно точно способен имитировать поведение жидкости. Построена конечно-элементная сетка элементов без срединного узла (Dropped), т. к. fluid80 гексаидральный элемент низшего порядка рис.6.
Рис. 6 Конечно-элементная сетка рабочей жидкости
Геометрическая модель и полная конечно-элементная сетка патрубков представлена на рисунках рис. 7-10
Рис.7 Геометрическая модель патрубка DВн=100 мм, L0=1000 мм
Рис.8 Конечно-элементная сетка патрубка DВн=100 мм, L0=1000 мм
(8518 элементов, 23472 узла)
Рис.9 Геометрическая модель патрубка DВн=50 мм, L0=1000 мм
Рис.10 Конечно-элементная сетка патрубка DВн=50мм, L0=1000мм (5514 элементов, 14419 узла)
Контакты между фланцами и оболочкой были определены с типом Bonded (абсолютно жесткая связь между жидкостью и стенкой резервуара) рис.11.
Рис. 11 Контакт между фланцами и оболочкой.
К полученной модели применяем следующие граничные условия рис. 12:
- на наружную поверхность одного из фланцев накладывается циклическое граничное условие Displacement с амплитудой смещения 1 мм. в радиальном направлении цилиндра патрубка;
- на втором фланце, накладывается граничное условие Fixed Support.
- На границу жидкости в срезе фланца накладывается граничное условие Frictionless Support. Давление в рабочей жидкости не учитывается.
Рис.12. Расчетная схема
Расчет проводился при пошаговом изменении частоты смещения фланца от 0 до 1000 Гц при нулевом давлении в рабочей жидкости.
Результаты моделирования представлены на рисунках рис 13-17
Рис. 13 Полное перемещение патрубка на частоте 500 Гц DВн=100 и DВн=50 мм
Рис. 14 Передаточное механическое сопротивление патрубка DВн=100 мм, L0=1000 мм в радиальном направлении для частот от 0 до1000 ГЦ
Рис. 15 Передаточное механическое сопротивление патрубка DВн=50 мм, L0=1000 мм в радиальном направлении для частот от 0 до1000 ГЦ
Рис. 16 Динамическая жесткость патрубка DВн=100 мм, L0=1000 мм в радиальном направлении для частот от 0 до1000 ГЦ
Рис. 17 Динамическая жесткость патрубка DВн=50 мм, L0=1000 мм в радиальном направлении для частот от 0 до1000 ГЦ
Полученные данные следует считать промежуточными, так как необходимо уточнение геометрической и расчетной модели и существует необходимость сопоставление результатов с натурными испытаниями.
Calculation of mechanical resistance of pipes of the method of finite elements
V. S. Korneev. G. S. Russkih, D. V. Sitnikov, Y. A. Burian, V. N. Sorokin, E. M. Grebelyuk.
Omsk state technical University
pr. Mira, , Omsk. Russia
In the work of the numerical calculation of dynamic resistance of rubber-cord flexible pipes for Flexural vibrations to analyze the appropriateness of the use of rubber-cord inserts as a sound-absorbing agent.
Key words: vibration, the compensation pipe, finite element method, composite material.
