Пространственный анализ резонансных волновых характеристик кусочно-неоднородных деталей

Abstract

Динамической конечно-элементной модели принадлежит ключевая роль в решении комплексной задачи обеспечения вибропрочности конструкции изделия. Современная вычислительная техника, программные продукты, испытательно-измерительные комплексы позволяют создать подробную модель конструкции изделия, а на основе эксперимента отстроить и подтвердить ее достоверность. Решение данных задач возможно в современных системах конечно-элементного анализа. Программа ANSYS является одной из самых универсальных, развивающихся и популярных систем конечно-элементного анализа у специалистов, занимающихся автоматизированными инженерными расчетами (CAE, Computer-Aided Engineering). Конечно-элементная модель автомобильной детали является надежным инструментом анализа прочности изделия при изменении условий его эксплуатации, изменениях его конструкции, а также при создании новых изделий подобного класса. Методологическая ценность данного исследования заключается в разработке алгоритма исследования спектра собственных частот и собственных форм колебаний трехмерной призматической детали в окрестности нерегулярных точек границы области и на внутренней границе раздела областей в зависимости от геометрии и упругих параметров стыкуемых областей. Практический интерес представляет качественный и количественный пространственный анализ математических и механических характеристик волнового поля, а также их влияние на прочностные изменения в призматической детали. Объект исследования – кусочно-неоднородная трехмерная призма. При построении алгоритма, в основу расчета определения собственных частот и форм (мод) собственных колебаний проушины положен модальный анализ (определение собственных частот и форм (мод) собственных колебаний). Поставленная задача решалась методом конечных элементов в пакете ANSYS. Метод решения и проведенный модальный анализ помогли установить параметры колебаний призматической детали: было проведено исследование спектра резонансных частот и собственных форм колебаний в зависимости от упругих и геометрических параметров детали определены собственные частоты и формы колебаний. Используя данную методику можно предотвращать возникновение опасных напряжений в конструкциях путем моделирования мероприятий по устранению резонансных частот в модели исследуемой автомобильной детали.