mef10

8/6/2019 MEF10

1/14

APLICAIA 10

ANALIZA STATIC A MECANISMULUI DE RIDICAT TIPCRIC CU PRGHII

10.1 Descrierea aplicaieiMecanismele de ridicat sunt caracterizate prin rigiditate mriti siguran n exploatare.

Transmiterea sarcinilor mari, n condiiile realizrii tehnologice relativ simple a elementelor

componente, sunt atuuri pentru utilizarea mecanismelor de ridicat de tip cric cu prghii.

Fig. 10.1

n figura 10.1 se prezint schema unui mecanism de ridicat de tip cric cu prghii cu dou

piulie, compus din: un Suport Cup; douPiulie; opt Prghii; un urub; oBaz.

Aplicaia i propune determinarea valorilor maxime ale tensiunii echivalente Von Mises

i, respectiv, a deplasrii, produse de sarcina necesar a fi ridicat. n acest sens, modelarea

8/6/2019 MEF10

2/14

Metoda elementelor finite. Aplicaii102

Fig.10.2

legturii cu baza a suprafeei de aezare a cricului se realizeaz prin intermediul unei restricii

care presupune anularea celor 6 grade de libertate posibile ale acesteia; sarcina care trebuie

ridicat acioneaz asuprasuportului cupei cu o presiune p=

0,02 MPa (20.000 N/m2) (fig.10.2).

Cricul se analizeaz n poziiacobort (unghiul dintre prghii iurub este de 30o), aceasta fiind

poziia n care tensiunile din urub

sunt maxime. Pentru modelare seconsider ipoteza de ncrcare

simetric a structurii iar angrenajele

de simetrizare dintre prghii se

modeleaz prin constrngeri de tipcontact.

Subansamblul analizat este realizat din oel OL37, cu urmtoarele caracteristici mecanice:modulul de elasticitate longitudinalE= 2,1105 N/mm2i coeficientul contraciei transversale

(Poisson) = 0,3. Rezistena admisibil la compresiune a oelului este ac=80 ... 100 MPa

[10].

10.2 Preprocesarea modelului de analiz10.2.1 Modelarea geometric

Obinerea schiei de referin a prghiei se realizeaz n modulul Sketcher, care se

acceseaz prin parcurgerea succesiv a comenzilor Start Mechanical Design Part

Design (Sketcher)xy plane.Dreptunghiul care reprezint seciunea longitudinal a prghiei se obine prin:

(Rectangle) se deseneaz dreptunghiul (Constraint) se introduc dimensiuniledreptunghiului (lungimea L=220 mm; limea l=30 mm).

Cercurile care definesc capetele prghiei se genereaz prin: (Circle) se deseneaz

cercurile care definesc capetele prghiei (Constraint Defined in Dialog Box) se

pune condiia de tangen ntre cercurile desenate i laturile prghiei (Constraint)

se introduce dimensiunea cercurilor (raza R=15 mm) (Circle) se deseneazcercurile

care reprezint alezajele bolurilor (Constraint Defined in Dialog Box) se pune

condiia de concentricitate ntre alezajele bolurilori cercurile din capetele prghiei

(Constraint) se introduce dimensiunea alezajelor (diametrul D=12 mm) (Quick

Trim) se terg liniile suplimentare (Exit workbench) (fig.10.3).

8/6/2019 MEF10

3/14

Aplicaia 10 103

Fig.10.4

Prghia se obine prin extrudarea cu 6 mm a profilului creat anterior (Pad), PadDefinition, Length: 6, Selection: Sketch.1, OK (fig.10.4).

Fig.10.3

Obinerea schiei de referin a suportului cupei se realizeaz n modulul Sketcher, care seacceseaz prin parcurgerea succesiv a comenzilor

Start Mechanical Design Part Design

(Sketcher)xy plane.Dreptunghiul care definete seciunea

suportului se genereaz prin: (Rectangle) se

deseneaz dreptunghiul (Constraint) se introduc valorile cotelor laturilordreptunghiului (lungimea L=15 mm; limea l=26 mm).

Elementele circulare ale suportului se genereaz prin: (Circle) se deseneaz cercul

care definete captul elementului (Constraint Defined in Dialog Box) se pune

condiia de tangen ntre cercul desenati laturile elementului (Constraint) seintroduc dimensiunile cercurilor (raza cerc R=13 mm) (Circle) se deseneaz cercul

care reprezint alezajul bolului (Constraint Defined in Dialog Box) se pune

condiia de concentricitate ntre alezajul bolului i cercul din captul elementului

(Constraint) se introduc dimensiunile alezajelor (diametrul D=12 mm) (Quick Trim)se terg liniile suplimentare.

Generarea prii simetrice a suportului se realizeaz prin: (Axis) se deseneaz o ax

vertical (Constraint) distana de la centrul cercurilor desenate pn la axeste 15

mm (Symmetry) se selecteazprofilul desenati apoi axa (Exit workbench)(fig.10.5).

Obinerea suportului se genereaz prin extrudarea cu 6 mm a profilului creat anterior(Pad), Pad Definition, Length: 6, Selection: Sketch.1, OK.

n continuare, se parcurge succesiunea de comenzi: (Plane) Plane type:Offset fromplane; Reference: xy plane; Offset:20 mm se creeaz un plan la distana 20 mm fa de

8/6/2019 MEF10

4/14


planul xy (Mirror) se selecteaz planul creati apoi elementele existente

(Sketcher) se selecteaz partea frontal a elementului desenat (Rectangle) se

deseneazdreptunghiul care reprezintpartea superioara suportului (ConstraintDefined in Dialog Box) se pune condiia ca latura inferioara dreptunghiului scoincidcu

latura superioara elementului desenat anterior (Constraint) se introduce valoarea

limii elementului l=10 mm (Constraint) se pune condiia ca distana dintre

capetele dreptunghiului i elementul generat anterior s fie d=10 mm (Exitworkbench) (fig.10.6).

Fig.10.5

Fig.10.6

8/6/2019 MEF10

5/14

Aplicaia 10 105

Fig.10.7

Suportul se definitiveaz prin extrudarea cu 52 mm (limea suportului este l=52 mm) a

schiei create anterior (Pad), Pad Definition, Length: 52 ,

Selection: Sketch.2, OK. Teiturile se genereaz prin(Chamfer), Length1=1 mm; Angle=45 deg; Propagation:

Tangency; se selecteaz muchiile care sunt teite, OK(fig.10.7).Obinerea schiei de referin a bazei se realizeaz n modulul Sketcher, care se acceseaz

prin parcurgerea succesiv a comenzilor StartMechanical DesignPart Design

(Sketcher)xy plane.

Dreptunghiul care definete seciunea bazei se genereaz prin: (Rectangle) se

deseneaz dreptunghiul (Constraint) se introduc valorile cotelor laturilordreptunghiului (lungimea L=15 mm; limea l=26 mm).

Elementele circulare ale bazei se genereaz prin: (Circle) se deseneaz cercul care

definete captul elementului (Constraint Defined in Dialog Box) se pune condiia

de tangen ntre cercul desenati laturile elementului (Constraint) se introduc

dimensiunile cercurilor (raza cerc R=13 mm) (Circle) se deseneaz cercul care

reprezintalezajul bolului (Constraint Defined in Dialog Box) se pune condiia de

concentricitate ntre alezajul bolului i cercul din captul elementului (Constraint)

se introduc dimensiunile alezajelor (diametrul D=12 mm) (Quick Trim) se tergliniile suplimentare.

Generarea prii simetrice a bazei se realizeaz prin: (Axis) se deseneaz o axvertical (Constraint) distana de la centrul cercurilor desenate pn la axeste 15

mm (Symmetry) se selecteazprofilul desenati apoi axa (Exit workbench)(fig.10.8).

Obinerea bazei se genereaz prin extrudarea cu 6 mm a profilului creat anterior

(Pad), Pad Definition, Length: 6, Selection: Sketch.1, OK.

n continuare, se parcurge succesiunea de comenzi: (Plane) Plane type:Offset fromplane; Reference: xy plane; Offset:26 mm se creeaz un plan la distana 26 mm fa de

planul xy (Mirror) se selecteaz planul creati apoi elementele existente(Sketcher) se selecteaz partea frontal a elementului desenat (Rectangle) se

deseneazdreptunghiul care reprezintbaza (Constraint Defined in Dialog Box) sepune condiia ca punctele din colurile dreptunghiului s coincid cu punctele extreme ale

elementelor desenate anterior (Exit workbench) (fig.10.9).

8/6/2019 MEF10

6/14


Fig.10.9 Fig.10.10

Fig.10.8

Baza se definitiveaz prin

extrudarea cu 10 mm (grosimea

bazei este g=10 mm) a schiei

create anterior (Pad), PadDefinition, Length: 10 , Selection:

Sketch.2, OK. Teiturile segenereaz prin (Chamfer),Length1=1 mm; Angle=45 deg;Propagation: Tangency; seselecteaz muchiile care sunt

teite, OK (fig.10.10).Obinerea schiei de referin a piuliei se realizeaz n modulul Sketcher, care se


Design (Sketcher) xy plane. n continuare se parcurge succesiunea de comenzi:

(Rectangle) se deseneazptratului care reprezintseciunea frontala piuliei(Constraint) se introduc dimensiunile ptratului (limea piuliei este l=28 mm; nlimea

piuliei este h=28 mm) (Circle) se deseneaz cercul care definete zona filetului

interior (Constraint Defined in Dialog Box) se pune condiia ca centrul cerculuidesenat s fie situat n punctul de intersecie al diagonalelor ptratului (se acceseaz nti

comanda (Construction/Standard Element)) apoi (Line); ulterior se deselecteaz

8/6/2019 MEF10

7/14

Aplicaia 10 107

(Construction/Standard Element)) (Constraint) se introduce valoarea

diametrului (D=20 mm) (Exitworkbench) (fig.10.11).Corpul piuliei se genereaz prin extrudarea cu 40 mm (lungimea piuliei) a profilului

creat anterior (Pad), Pad Definition, Length: 40 , Selection: Sketch.1, OK.

Schia cercului care reprezint seciunea frontal a bolului de pe piuli, se genereaz

prin: (Sketcher) se selecteaz partea frontal a piuliei (Circle) se deseneaz

cercul care definete bolul (Constraint Defined in Dialog Box) se pune condiia cacentrul cercului desenat s fie situat n punctul de intersecie al diagonalelor dreptunghiului

ce delimiteaz suprafaa lateral a piuliei (se acceseaz nti comanda

(Construction/Standard Element)) apoi (Line); ulterior se deselecteaz

(Construction/Standard Element)) (Constraint) se introduce diametrul cercului

(D=12 mm)

(Exit workbench) (fig.10.12).

Fig.10.11 Fig.10.12 Fig.10.13

Bolul se genereaz prin extrudarea cu 15 mm (lungimea bolului) a cerculuii creat

anterior (Pad), Pad Definition, Length: 15 , Selection: Sketch.2, OK.n mod similar, se genereaz bolul de pe cealalt parte a piuliei.

Teiturile se genereaz prin (Chamfer), Length1=1 mm; Angle=45 deg;

Propagation: Tangency; se selecteazmuchiile care sunt teite, OK (fig.10.13).Obinerea schiei de referin a urubului se realizeaz n modulul Sketcher, care se


Design (Sketcher) xy plane. n continuare se parcurge succesiunea de comenzi:

(Circle) se deseneaz cercul care definete diametrul nominal al urubului

8/6/2019 MEF10

8/14


Fig.10.14 Fig.10.15

Fig.10.16

(Constraint) se introduce valoarea diametrului cercului (D=20 mm) (Exitworkbench) (fig.10.14).

urubul se obine prin extrudarea cu520 mm (lungima urubului) a cercului

creat anterior (Pad), PadDefinition, Length: 520 , Selection:Sketch.1, OK (fig.10.15).

Inserarea prilor componente ale

subansamblului se realizeaz prin parcurgerea succesiunii de comenzi StartMechanical

DesignAssembly Design. (Existing Component) (InsertExisting Component)

activare specificaiaProducts selectarefiier sursse insereazsuccesiv elementelecomponente ale cricului.

Deplasarea elementelor inserate se efectueaz prin (Manipulation), ManipulationPa... selectarea direc

iei de

manipulare, urmat de

manipularea propiu-zis a

unui corp, OK (fig.10.16).Cricul se creeaz

utiliznd constrngerile

geometrice dintre diferite

componente. (ContactConstraint) se selecteazsuprafeele plane comune

(Coincidence Constraint) se selecteaz suprafeele cilindrice comune (selectarea

axelor comune ale cilindrilor, pentru asamblrile cu boluri) (Angle Constraint) seconsider unghiurile dintre prghii i axa urubului egale cu 30

o; se impune condiia de

paralelism ntre axa urubului i suprafeele de aezare a suportului cupei i, respectiv, a

bazei (Offset Constraint) se considerdistana dintre o piulii captul urubului

egalcu 25 mm (Update All) (fig.10.17).

10.2.2 Modelarea materialului

Introducerea valorilor caracteristicilor materialului necesare pentru analiza cu elementefinite se face utilizndu-se biblioteca de materiale a mediului CATIA, din care se alege

material metalic din grupa oelurilor (Steel), pentru care se modific valorile modulului deelasticitate (modulul lui Young) i coeficientului Poisson, innd seama de valorile indicate ca

date de intrare selectare ansamblu Product.1 (Apply Material) Libray

(ReadOnly) Metal, SteeldublselecieProperties, Feature Properties, Feature Name:Steel; Analysis, Young Modulus 2,1e+011N_m2, Poisson Ratio 0,3, Cancel, OK.

8/6/2019 MEF10

9/14

Aplicaia 10 109

urub Restul elementelor

Fig.10.18

Fig.10.17

10.2.3 Modelarea cu elemente finite

Pentru generarea modelului cu elemente finite se parcurg comenzile StartAnalysis &

SimulationGenerative Structural AnalysisNew Analysis Case Static Analysis, OKcare presupun analiza static aansamblului n condiiile unor

constrngeri impuse i a unor

ncrcri independente de timp.

Pentru elementelecomponente ale cricului,

dimensiunea elementelor finite

Size i abaterea maxim admispentru modelarea geometric

Sag se aleg conform figurii10.18 (activarea meniului serealizeaz prin dublu click pe

OCTREE Tetrahedron Mesh.1: se aleg succesiv elementele de tip Part din arborecena despecificaii).

10.2.4 Modelarea constrngerilor

Modelarea articulaiilor se realizeaz prin (Pressure Fitting Connection), PressureFitting Connection; Supports: se selecteazrestriciile geometrice de tip coincidende axe

pentru a modela articulaiile cricului1 Constraint; Overlap: 0 mm, OK(se repetcomandapentru toate articulaiile).

8/6/2019 MEF10

10/14


Fig.10.20

Legtura dintre urub i cele dou piulie se modeleaz prin (Rigid Connection),Rigid Connection; Supports: se selecteaz restriciile geometrice de tip coincidende axedintre axa urubului i axa piulielor1 Constraint, OK(se repetcomanda pentru cele doulegturi).

Contactele dintre angrenajele de simetrizare (contactele dintre prghii) se modeleaz prin

(Contact connection), Contact connection; Supports: 1 Constraint selectareaconstrngerilor geometrice de tip contact dintre prghii, OK (se repetcomanda pentru cele4 contacte).

Legtura cu baza impus modelului se definete prin anularea celor 6 grade de libertate

posibile asociate suprafeei de aezare a bazei cricului: (Clamp), Clamp Name: Clamp.1,Supports: 1 Face selectarea suprafeei de aezare a bazei cricului, OK (fig.10.19).

Fig.10.19

10.2.5 Modelarea ncrcrilor

ncrcrile se modeleaz sub forma unei presiuni de 0,02 MPa (20.000 N/m2) ce

acioneaz asupra suportului supei

(Pressure), Pressure, Name: Pressure.1;Supports: 1 Face selectarea suprafeeisuperioare a suportului cupei; Pressure:20000 N/m2, OK (fig.10.20).

10.3 Verificarea modeluluin etapa verificrii modelului se obin

8/6/2019 MEF10

11/14

Aplicaia 10 111

informaii despre corectitudinea modelului creat: (Model Checker), OK; ledul verde esteaprins i nsoit de un mesaj de confirmare a corectitudinii ntocmirii modelului (fig.10.21).

Fig.10.21

8/6/2019 MEF10

12/14


Fig.10.22

10.4 Rezolvarea modelului

Rezolvarea modelului se realizeaz automat de ctre soft: (Compute)Compute

All; OKComputation Resources Estimation, Yes; Computation Status ... (fig.10.22).

10.5 Postprocesarea rezultatelorStarea deformat a modelului se

vizualizeaz prin activarea comenzii

(Deformation) (fig.10.23); modificareafactorului de scar se realizeaz prin activarea

icon-ului (Deformation Scale Factor).

Starea animat se vizualizeaz prin

(Animate).

Cmpul de deplasri se vizualizeaz prin comanda (Displacement) (fig.10.24). iar

tensiunile echivalente Von Mises prin (Stress Von Mises) (fig.10.25).

10.6 ConcluziiDin analiza modelului cu elemente finite reiese c tensiunile echivalente maxime se

regsesc n prghii; valoarea maxim a tensiunii echivalente Von Mises n aceste elementeeste 19,6 MPa.

Fig.10.23

8/6/2019 MEF10

13/14

Aplicaia 10 113

Fig.10.24

Fig.10.25

Prghiile sunt solicitate, n principal, la compresiune. Rezistena admisibil la

compresiune a acestora este ac=80 ... 100 MPa [10] i, deci, aceast valoare este mai mare

dect valoarea maxim a tensiunii echivalente Von Mises ceea ce confirm rezistena la

solicitri.

8/6/2019 MEF10

14/14


Deformaia maxim produs de sarcina care trebuie ridicat este egal cu 0,0159 mm ceea

ce nu mpiedic buna funcionare a cricului.

mef10

Documents