Modelare i analiz cu elemente finite

-Proiect (Analiz static n programul ANSYS 14)

Student : SALAMON SALAMON

Facultatea: Inginerie Mecanic

Anul: I (Master)

Grupa: ATV 1941

ndrumtor: conf.dr.ing. Silviu Luis BUTNARIU

I. Descrierea problemei .

Este vorba despre un suport de biciclet care se monteaz pe haionul

automobilului n scopul transportrii bicicletelor.

Acest tip de suport poat s transport dou biciclete i este realizat din

aluminiu, fixarea se realizeaz n patru puncte pentru o rigidizare , stabilitate ct

mai bun.

Are o greutate uoar datorit materialului utilizat .

Analiza const n ncercarea suportului la ncovoiere ( analiza cmpurilor

de deplasri, deformaiilor i a tensiunilor.)

II. Modelul pentru analiza cu elemente finite (AEF)

III. Preprocesarea modelului.

Alegerea materialului :

Modelul geometric pentru analiz

Discretizarea modelului geometric:

Dup efectuarea discretizrii s-au creat 12950 noduri i 39262 elemente.

Modelarea constrngerilor:

Modelarea forelor de greutate a bicicletelor:

Forele care mping suportul reprezint greutile bicicletelor , am luat 20 kg

pentru o singur biciclet.

Modelarea forei gravitaionale:

Modelarea Forelor de rezisten a aerului:

Totalitatea forelor i a constrngerilor.

IV. Rezolvarea modelului de (AEF)

Condiii de analiz :

Suportul este solicitat la ncovoiere nu numai din cauza greutii bicicletelor

i din cauza forei de rezisten a aerului .

Transportul bicicletelor se pot efectua n localiti , n afara localitilor i pe

autostrada care nseamn c fora de rezistena aerului depinde de viteza de

deplasare a automobilului.

Pentru o analiz mai complex am fcut 3 cazuri :

Va = 50km/ h n localiti

va = 90km/h n afara localitilor

va= 130 km/h pe autostard

Aceast analiz fiind static , vitezele sunt constate i este acalmie ( nu

bate vntul , deci nu i-au n considerare viteza vntului care poate s acioneze

n mai multe direcii pe suport respectiv pe bicilete. Vntul a-r modifica forele

de aer .

Am fcut un calcul pentru cele 3 cazuri cu scopul aflrii forei de

rezisten aerului pentru fiecare biciclet n parte n funcie de viteza de

deplasare.

Calculul Forei de rezisten datorit aerului n funcie de viteza de deplasare .

Fa - fora de rezistena aerului [N]

- densitatea aerului [kg/m^3] 1,29 kg/m^3

cx- coeficient aerodinamic ( pentru evi sau piese sferice este 0,47 ) 0,47

A- aria seciunii laterale a bicicletei [m^2] 0,3 m^2

va- viteza automobilului [m/s]

Viteza [km/h] Viteza [m/s] Fa (1) N Fa (2) N Fa total

50 13,88888889 17,5434 13,15755 30,70095

90 25 56,84063 42,63047 99,47109

130 36,11111111 118,5934 88,94505 207,5385

Aria lateral a bicicletelor

prima bicileta 0,3 m^2

a doua 0,225 m^2

Bicicletele sunt la fel , dac v uitai la aria bicicletei (2) este mai mic

fa de cealalt deoarece bicileta (2) se afl dup bicicleta (1) i din aceast

cauz aerul nu vine n contact cu toat suprafaa bicicletei (2). (am luat 75 %

din aria bicicletei (1)

Se poate observa c fora de rezistena aerului crete exponenial .

=1

2 2

V. Postprocesarea rezultatelor

Deformaia total:

Pentru cazul I ( cnd viteza de deplasare este 50km /h )

Pentru cazul II ( cnd viteza automobilului este 90km/h )

Pentru cazul III (cnd viteza de deplasare este 130 km/h)

Deformaia direcional dup axa X.

Pentru cazul I ( va = 50km/h)

Pentru cazul II ( va = 90km/h)

Pentru cazul III (va= 130km/h)

Tensiunea echivalent

Pentru cazul I ( va = 50 km/h)

Pentru cazul II (va = 90 km/h)

Pentru cazul III (va = 130 km/h)

Tensiunea normal

Pentru cazul I (va = 50km/h)

Pentru cazul II ( va= 90 km/h )

Pentru cazul III ( va= 130 km / h)

Tensiunea de forfecare

Tensiunea valorilor de forfecare este aproape la fel n toate cele 3 cazuri din

cauza c suportul nu este solicitat la forfecare, apar valori mici ( tensiuni de

forfecare ) nesemnificative. Caz II =12,88 Mpa ; Caz III = 12.9 Mpa.

Eroare structural :

Aceast eroare n structura suportului apare din cauza c desenul este

simplificat, m refer la raze de racordri, unde se ntlnesc dou elemente dintre

care exist o legtur. n cazul meu mbinarea este cu sudur, dar n desen nu am

reprezentat sudarea i din aceast cauz sunt raze zero . Pe desenul mai sus

unde apare Max este o mbinare fr raz de racordare.

Valoare exprimat n mili Joul este nesemnificativ , n plus aceea valoare

este n ordinul a ( 11) -a.

VI. Analiza rezultatelor

Dup ce am studiat cele 3 cazuri , am constat c acest suport de biciclet

rezist la solicitrile de ncovoiere .

Suportul se poate ncrca linitit cu 40 Kg ( 2 biciclete ) , chiar dac

transportul se efectueaz pe autostrad unde fora aerului este mult mai mare

fa de transport n localitate.

Ca prob am ncrcat suportul cu 400 Kg , i am constatat c deplasarea

maxim este aproape 9 mm care reprezinta un pericol deoarece diametrul evii

este de 20 mm . n mers apar i vibraii , fapt care conduce la ruperea

suportului.n acest caz tensiunea echivalenta ar ajunge pana la 350 Mpa n zona

de fixare a suportului . (partea de jos)

VII. Concluzie

Suportul trebuie fixat corespunztor , ncrcarea suportului s nu depeasc

valoarea proiectat !

ncrcarea suportului cu diferite materiale ( bagaje,obiecte ) cu mase mari este

interis , deoarece ruperea suportului a-r nsemna un pericol pentru toi

participani la trafic !