О некоторых особенностях моделирования уплотнений при помощи Gasket тел

Аватар пользователя Zagrebelny
2 713

В сборках, требующих плотно соединенённых деталей, часто применяются такие элементы как прокладки. Посредством лучшего обжатия существующих неровностей они обеспечивают герметичность соединений, там, где она должна соблюдаться. Материалами прокладок, в зависимости от давления, которое они испытывают, могут быть резины, фторопласт, паронит, алюминиевые и медные сплавы, а также стали.

Для моделирования поведения тонких уплотнительных соединений в ANSYS Workbench есть специальный инструмент Gasket.

Если уплотнение имеет трёхмерную форму и в процессе обжатия сильно меняет форму (как на рисунке ниже), то Gasket не подходит.

Рисунок 1 – Пример уплотнения, не подходящего для использования Gasket

Если же есть данные для зависимости «Pressure - Closure», то это то, что нужно.

Для создания Gasket тел в ANSYS Workbench необходимо выполнить следующие шаги:

  1. В Engineering Data создать модель материала Gasket, указав зависимость Pressure – Closure (Давление – Смещение краёв прокладки).

Тут следует пользоваться результатами испытаний реального материала на сжатие с разгрузкой. Разгрузку можно задавать как по линейному закону, так и по нелинейному.

  1. В Static Structural создать тело Gasket одним из двух путей:
    • Указав Stiffness Behavior тела как Gasket. Под телом в дереве проекта появится инструмент Gasket Mesh Control для создания специальной сетки.
    • Указать Stiffness Behavior тела как Flexible. Потребуется вручную в ветви Mesh создать инструмент Gasket Mesh Control.
  2. Указать Gasket Initial Gap больше или равный нулю (величина исходного зазора).
  3. Решить задачу и просмотреть Gasket Results.

Теперь немного о том, как лучше работать с Gasket моделями, чтобы возникало меньше проблем.

  1. Границы контакта.

Поджимаемые поверхности Gasket элементов должны находиться строго между поверхностями основной модели. Чтобы избежать ненужных проблем в решении при деформации прокладок, стоит оставлять небольшие зазоры по краям, как на рисунке ниже.

Рисунок 2 – Примеры расположения Gasket тел в зазоре

  1. Местное утолщение.

Если у прокладки есть местное утолщение (как на рисунке ниже), то для более правильного моделирования её работы необходимо поступать так:

Рисунок 3 – Схема прокладки с неравномерной толщиной

Рисунок 4 – Пример прокладки с неравномерной толщиной

Несмотря на то, что в реальности прокладка – это единое тело, в ANSYS утолщение и основную часть прокладки стоит моделировать разными телами с опцией общей топологии («Form new part» в DM или «Shared Topology» – в SpaceClaim). Учесть разность в толщинах можно будет, задав разные зависимости «Pressure - Closure» для разных частей. То есть, указав нулевое давление для материала основной части прокладки на начальном участке графика. К примеру, так:

Рисунок 5 – Пример данных для прокладки с неравномерной толщиной

  1. Трансверсальная жёсткость.

По умолчанию прокладки не сопротивляются сдвиговым деформациям, но её стоит задать (если она известна, конечно) для уменьшения проблем со сходимостью.

  1. Контакты Gasket тел.
    • Не стоит задавать Frictional контакт на обеих сторонах прокладки. Хотя бы один лучше заменить на Bonded.
    • Лучшие результаты получаются для Normal Lagrange метода и Projection based алгоритма контактного определения.
    • Деление большого контакта на много маленьких снижает время, необходимое для решения.
  2. Analysis Settings для работы с Gasket телами.
    • Используйте три шага при проведении анализа (четыре, если необходимо смоделировать ещё и этап разгрузки).
    • По аналогии с работой Bolt Pretention: 1. Преднагрузка -> 2. «Lock» преднагрузки -> 3. «Главные» нагрузки (температуры и давления) -> 4. Разгрузка
    • Для этапов нагрузки и особенно разгрузки стоит добавить подшагов решения.

Комментарии

Аватар пользователя karachun

Спасибо, хорошая статья.

Получается если материал прокладки, например, медь то можно самому получить Pressure-Closure кривую из упруго-пластического расчета с билинейной моделью, ну или просто в екселе посчитать утоньшение прокладки в зависимости от давления?

И еще такой вопрос - правильно ли я понимаю: этап 2. «Lock» преднагрузки - это когда мы после преднатяга уже вернули болтам жесткость но пока не начали прикладывать главные нагрузки?

Аватар пользователя Zagrebelny

Приветствую. 

Получается если материал прокладки, например, медь то можно самому получить Pressure-Closure кривую из упруго-пластического расчета с билинейной моделью, ну или просто в екселе посчитать утоньшение прокладки в зависимости от давления?

Если у вас есть все данные для упруго-пластического расчёта, то можно воспользоваться этим путём. 

«Lock» преднагрузки - это когда мы после преднатяга уже вернули болтам жесткость но пока не начали прикладывать главные нагрузки?

Да, всё так. 

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии