Modelowanie wirtualnego gwintu w Simcenter 3D
Połączenie śrubowe jest jednym z najbardziej powszechnych typem łączenia dwóch elementów. Określenie wytrzymałości śruby i tego połączenia jest bardzo istotne w doborze śrub oraz pracy całego zespołu.
Połączenia śrubowe w analizie MES
W analizie MES (FEM) najczęściej połączenia śrubowe modelowane są w formie elementów 1D jako elementy belkowe, elementy 2D w przypadku analiz osiowo – symetrycznych oraz jako elementy 3D przy użyciu elementów siatek typu czworościennego (Tetra) lub sześciościennych (Hexa). W przypadku obliczeń z uwzględnieniem elementów 3D najczęściej gwint śruby zostaje pominięty, ponieważ jego modelowanie wymaga bardzo gęstej siatki oraz uwzględnienie w gwincie kontaktów nieliniowych, które mają wpływ na koszt obliczeń – rys. 1.
Rys. 1. Przykład – Modelowanie gwintu rzeczywistego oraz analiza z uwzględnieniem kontaktów nieliniowych
Trzeba mieć też świadomość, że pewna forma uproszczenia zagadnienia wpływa również na końcowe wyniki obliczeń. Środowisko Simcenter 3D od wersji 2021 przy użyciu rozwiązania nieliniowego SOL 402 pozwala na modelowanie wirtualnych gwintów.
Czym jest wirtualny gwint? Niczym innym, jak modelowaniem śruby w sposób tradycyjny, jak to dotychczas wykonywano w analizach MES (FEM), z pewną jedną różnicą. Różnica ta pozwala, w miejscach pojawiającego się rzeczywistego gwintu, na zamianę w formie uproszczonej geometrii definicji gwintu opisanego przez parametry, które będą uwzględnione w symulacji MES (FEM). Parametrami, którymi możemy sterować podczas modelowania wirtualnego gwintu (rys. 2.) są:
- Typ – gwinty jedno- lub dwustronne
- Uwzględnienie tarcia
- Definicja skoku
- Kąt połowy gwintu
Rys. 2. Parametry opisujące wirtualny gwint
Definicja przypisywania wirtualnego gwintu znajduje się w tej samej grupie poleceń, gdzie znajdują się typy połączeń klejonych oraz kontaktów nieliniowych (rys.3). Opis okna dialogowego tego połączenia przedstawia rys. 4.
Rys. 3. Lokalizacja polecenia – wirtualny gwint
Rys. 4. Opis okna dialogowego – wirtualny gwint
Przykład zastosowania wirtualnego gwintu w analizie numerycznej MES (FEM) w formie rozkładu naprężeń przedstawiono na rys. 5.
Rys. 5. Przykład symulacji połączenia śrubowego z zastosowaniem opcji wirtualnego gwintu
Dlaczego warto stosować to oprogramowanie w analizie MES (FEM)? Odpowiedz jest bardzo prosta: ponieważ pozwala na obsługę wielu systemów CAD, zapewnia szybką i łatwą edycja geometrii. Zapewnia także kompleksowe siatkowanie dla solidnej automatycznej aktualizacji geometrii. Dodatkowo pozwalaj na uzyskanie dokładniejszych naprężeń w połączeniu śrubowym poprzez uwzględnienie orientacji gwintu bez skomplikowanej symulacji z modelowaniem rzeczywistym gwintu. Najważniejsza rzecz to wysoka dokładność analizy w wydajnym i przyjaznym dla użytkownika środowisku jakim jest Simcenter 3D!
Opracował: Marek Rudy