Задача:
Выполнить расчет модели кронштейна защиты ремня генератора, предложенного Заказчиком, на соответствие требованиям Технической Спецификации концерна «PSA» для данного типа изделий. В требования входят определение первой собственной частоты конструкции, расчет максимального перемещения точки соединения деталей под действием рабочей нагрузки, а также анализ долговечности при действии случайной нагрузки с заданными параметрами распределения. По результатам расчета необходимо дать заключение о возможности применения стали для изготовления кронштейна.
Решение:
Геометрическая модель соединения представлена на рисунке 1. Здесь 1 – сам кронштейн, а 2 – пластиковая деталь защиты ремня генератора.
Рисунок 1 – Геометрическая модель соединения кронштейна и элемента защиты
Ввиду отсутствия геометрической модели детали защиты, ее отсутствующая жесткость моделировалась с помощью специализированных элементов. Они представляют собой три пружины, ориентированные в соответствии с осями глобальной системы координат, с соответствующими предполагаемыми жесткостями отсутствующей детали. Расчетная схема объекта с рабочей нагрузкой и граничными условиями представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Расчетная модель кронштейна с нагрузками и граничными условиями
В первую очередь, в соответствии с Технической Спецификацией в ANSYS Mechanical выполнен модальный анализ и получена первая собственная частота. Первая собственная форма кронштейна показана на рисунке 3.
Рисунок 3 – Первая форма колебаний
Во втором расчете проводился статический анализ конструкции. Рассматривались не только поля напряжений, но также и максимальное перемещение точки приложения рабочей нагрузки – силы величиной в 150 Н. Полученное распределение эквивалентного напряжения показано на рисунке 4.
Рисунок 4 – Поле эквивалентного напряжения в статическом расчете
Для решения задачи случайных колебаний конструкции, вызванных неровностями профиля дорожного полотна, использовался специализированный модуль ANSYS Mechanical для стохастического анализа – Random Vibration. В качества входного воздействия задаются спектральные плотности мощности виброускорений, виброскоростей и виброперемещений. В данном случае в Технической Спецификации приведены спектральные плотности мощности ускорений по соответствующим осям (рисунок 5). Вибронагрузка в анализе передается через граничные условия, ограничивающие степени свободы.
Рисунок 5 – Пример заданной спектральной плотности мощности входного случайного воздействия
Результат расчета в виде картины максимального отклика конструкции на входное воздействие в интервале «3 сигмы» (рисунок 6).
Рисунок 6 – Поле эквивалентного напряжения в расчете случайных колебаний
Результаты всех анализов соответствуют требованиям технической спецификации, а следовательно, работоспособность конструкции обеспечивается. Таким образом, установлена допустимость применения стали соответствующей марки для изготовления данных кронштейнов.