Нестационарный тепловой анализ конструкции

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 681. 3
B.Ф. Кузин, д-р техн. наук, проф., (4872) 37−30−16, avkuzin@hotbox. ru (Россия, Тула, ТулГУ),
C.М. Бочаров, канд. техн. наук, доц., (4872) 35−33−87, 35−18−75 (Россия, Тула, ТулГУ),
Ю. В. Полтавец, д-р техн. наук, доц., (4872) 35−33−87, 35−18−75 (Россия, Тула, ТулГУ),
Фан Нгок Ту, магистрант (4872) 35−33−87, 35−18−75 (Россия, Тула, ТулГУ)
НЕСТАЦИОНАРНЫЙ ТЕПЛОВОЙ АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ
Рассмотрена конвекция нелинейного источника тепла при воспламенении заряда охотничьего патрона ОМЦ32. Распределение температур и тепловых потоков проведено в диаметральном сечении.
Ключевые слова: теплопроводность, удельная теплоемкость, тепловой поток.
Решение задачи ведется в следующей последовательности. Шаг 1. Присвоение имени задаче.
1. Utility Menu -File -Change Jobname-
2. Результатом этого маршрута GUI является открывшаяся диалоговая панель Change Title-
3. В окне диалоговой панели вводим текст Thermal-18-
4. ОК.
Шаг 2. Ввод заголовка.
1. Utility Menu -File -Change Title ввести: Thermal-18-
2. Нажать О К.
Шаг 3. Установка фильтров.
1. Main Menu -Preferences нажать кнопку: Thermal-
2. OK-
3. Main Menu-Preprocessor-Material Props-Material Library-Select Units.
После вызова этой команды на экране появляется панель Select Ful-tering Units for Material Library. В этой панели выбираем SI (MKS).
4. OK.
Шаг 4. Определение типа элементов и свойств материала.
1. Main Menu -Preprocessor -Element Type — Add/Edit/Delete. Открывается диалоговая панель Element Types. Нажмите на кнопку
Add…
2. Возникает диалоговая панель Library of Element Types, в левом списке которой выбираем Thermal Solid, в правом списке Quad 4node 55.
3. ОК-
4. Закрываем диалоговую панель Element Types-
5. Main Menu -Preprocessor -Material Props -Material Models. Открывается диалоговая панель Define Material Model Behavior-
6. В окне панели Material Models Available установите курсор на Thermal, щелкните левой кнопкой мыши, затем установите курсор на опцию Density и дважды щелкните левой кнопкой мыши. Открывается диалоговая панель Density for Material Number 1-
7. Вводим 940 для DENS (плотности) [1]. Нажимаем на кнопку ОК. Material Model Number 1, Density возникает в левом окне Material Models Defined-
8. В окне панели Material Models Available дважды щелкаем на следующих опциях: Conductivity, Isotropic. Возникает диалоговая панель Conductivity for Material Number 1-
9. Вводим 0.6 для КХХ (теплопроводность). Нажимаем на ОК. Material Model Number 1, Conductivity возникает в левом окне Material Models Defined-
10. В окне Material Models Available дважды щелкаем на Specific Heat. Открывается диалоговая панель Specific Heat for Material Number 1-
11. Введите 960.0 для С (удельная теплоемкость). Нажмите на ОК. В левом окне Material Models Defined возникает сообщение Material Model Number 1, Specific Heat-
12. Маршрут Material -Exit закрывает диалоговую панель Define Material Model Behavior.
Шаг 5. Создание геометрической и конечно-элементной модели.
В данной задаче модель создается при помощи геометрических примитивов и автоматического построения сетки (рис. 1). Прямоугольные примитивы можно построить, например, по координатам ключевых точек в глобальной системе координат.
Main Menu-Preprocessor-Modeling-Keypoints-In Active CS…
Выбор In Active CS (Active Coordinate System) позволяет задавать положение ключевых точек в глобальной системе координат.
Вводим номер первой ключевой точки 1 в поле Keypoint number (Номер ключевой точки), а также её координаты x, y, z (0. 0015, 0. 0057, 0) в поле Location in Active CS (Положение в действующей координатной системе). Ввод завершается нажатием кнопки Apply (Применить).
Аналогично вводятся ключевые точки 2 с координатами (0. 339,0. 0057,0) — 3(0. 339,0. 001,0) — 4(0. 439,0,0) — 5(0. 539,0. 001,0) — 6(0. 0629,0. 013,0) — 7(0. 629,0. 0215,0) — 8(-0. 629,0. 0215,0) — 9(-0. 629,0. 013,0) — 10(-0. 0539,0. 001,0) — 11(-0. 439,0,0) — 12(-0. 339,0. 001,0) — 13(-0. 339,0. 0057,0) — 14(-0. 0015,0. 0057,0). Завершаем ввод ключевых точек нажатием OK.
Теперь для получения фигуры сечения модели свяжем ключевые точки линиями из командной строки:
L, P12, P1, L, P1, P3, LARC, P3, P5,P4,R, L, P5, P6, L, P6, P7, L, P8, P9, L, P9, P10, LARC, P10, P12,P11,R, L, P12, P13, L, P13, P14.
Enter.
Построим площадь из построенных линий.
1. Main Menu — Preprocessor — Modeling -Greate — Areas — By Lines, вводим номера линий 1.. 13, OK.
2. Разбиваем конструкцию на конечные элементы.
3. Main Menu — Preprocessor — MeshTool.
4. В открывшейся диалоговой панели MeshTool в секции Size Controls нажмите на кнопку Set около Global. Возникает диалоговая панель Global Element Sizes.
5. В окошко Element edge length введите 0. 001 и нажмите на кнопку
ОК.
Нажмите на кнопку MESH. Откроется меню Mesh Areas. В этом меню нажмите на кнопку Pick All и в графическом окне на геометрической модели будет прорисована конечно-элементная сетка. Закройте диалоговую панель MeshTool (кнопка Close). Шаг 6. Постановка табулированных граничных условий.
I. Utility Menu -Parameters — Array Parameters -Define/Edit. Открывается диалоговая панель Array Parameters. Нажмите кнопку Add….
2. Открывается новая диалоговая панель Add New Array Parameter. Введите cnvtab в окошке Parameter name.
3. Выберите Table для Parameter type (типа параметра).
4. Введите 5,1,1 как размерности I.J.K.
5. Введите X как имя строки.
6. Нажмите на кнопку ОК.
7. Убедитесь, что в диалоговой панели Array Parameters подсвечено convtab, и нажмите на кнопку Edit… На экране возникает табличный редактор Table Array: C0NVTAB=f (X).
8. На панели табличного редактора возникают два столбца. Первый столбец является столбцом 0, а второй — столбцом 1. Столбец 0 состоит из 6 окошек (полей). Ничего не делайте с первым (верхним) окошком. В пяти других окошках напечатайте 0, 0. 5, 1, 1.5 и 2,0. Это строка индексированных величин.
9. Столбец 1 также содержит 6 окошек. Ничего не надо вводить в верхнее окошко, потому что эта таблица является одномерной. В другие 5 окошек введите 20, 500, 1000, 1500 и 2000.
10. File-Apply/Quit.
II. Закрывается диалоговая панель Array Parameters кнопкой Close. 12. Utility Menu -Plot -Lines.
Main Menu -Solution -Loads- Apply — Thermal Temperature — On
Lines.
Возникает диалоговое меню Apply TEMP on Lines. В графическом окне выбираем горизонтальную линию L1, для чего подводим к этой линии курсор и щелкаем левой кнопкой мыши (изменится цвет линии). Нажимаем на
ОК.
Открывается диалоговая панель Apply TEMP on Lines.
Введите 2000 для Load TEMP value и нажмите на кнопку ОК. Main Menu -Solution -Loads Apply -Thermal Convection — On
Lines.
Открывается меню Apply CONV on Lines.
В графическом окне выберите все линии, кроме вертикальной линии при L1.
Нажмите на ОК. Открывается диалоговая панель Apply CONV on
Lines.
В выпадающем списке для Apply Film Coef on lines выбираем Existing table.
Удаляем все из окошка VALI Film coefficient. Введите 20 в окошко VAL2I Bulk temperature (температура окружающей среды). Нажмите на ОК.
Снова возникает диалоговая панель Apply CONV on Lines. Убедитесь, что в Existing table указано CONVTAB. Нажмите на ОК. В графическом окне ANSYS обозначает стрелочками все линии, кроме линии L1.
12. Main Menu -Solution -Loads Apply -Thermal Temperature — Uniform.
Открывается диалоговая панель Uniform Temperature.
13. Вводим 20 (начальная температура). Нажмите на кнопку ОК. Шаг 7. Проверка приложенных граничных условий.
1. Utility Menu -PlotCtrls -Symbols. Возникает диалоговая панель Symbols.
2. Выбираем Convect FilmCoef в выпадающем списке Surface Load Symbols.
3. Выбираем Arrows в выпадающем списке Show pres and convect as.
4. Нажимаем на кнопку ОК.
5. Utility Menu -PlotCtrls -Numbering. Открывается диалоговая панель Plot Numbering Controls.
6. Активируем опцию Table Names. Нажимаем на кнопку ОК. Имя таблицы CONVTAB возникает над стрелками на правой стороне графического окна.
7. Toolbar -SAVEDB.
Шаг 8. Выбор опций для решения и решение задачи.
1. Main Menu -Solution -Analysis Type New Analysis. Открывается диалоговая панель New Analysis.
2. Проверяем, что выбрано Steady-State (стационарная задача) и на-жмимаем на кнопку ОК.
3. Main Menu -Solution -Load Step Opts Time/Frequenc — Time and Substps. Возникает диалоговая панель Time and Substep Options.
4. Вводим 0. 01 как Time at end of load step (время в конце шага на-гружения),
5. Вводим 4 как Number of substeps (количество подшагов).
6. Нажимаем на кнопку Stepped. Нажимаем на ОК.
7. Main Menu -Solution -Load Step Opts Output Ctrls -DB/Results
File.
Открывается диалоговая панель Controls for Database and Results File Writing. Убеждаемся, что в Item to be controlled указано All items.
8. Выбираем Every substep для File write frequency. Нажимаем на ОК.
9. Main Menu — Solution -Solve Current LS. Закройте панель Close.
10.В диалоговой панели Solve Current Load Step нажмите на кнопку OK, чтобы начать решение. Когда задача решена, нажимаем на кнопку Close в информационном окне, в котором на желтом фоне написано Solution is done…
Шаг 8. Постпроцессорная обработка (рис. 1 и рис. 2).
21. 342 2−9. 026 495. 160 1164 2000 -279 631 & quot- -174 007 & quot- -6В383 37 241 & quot- 142В65
Рис. 1. Распределение вектора Рис. 2. Распределение вектора температуры по сечению теплового потока по сечению
1. Main Menu — General Postproc -ReadResults Last Set. 2 Utility Menu -List -Loads — Surface Loads — On All Nodes. Открывается окно SFLIST Command. Просмотрев результаты и закрываем окно.
3. Utility Menu -PlotCtrls -Numbering. Открывается диалоговая панель Plot Numbering Controls.
4. На этой панели дезактивируйте Table Names (должно быть off)
5. Активируйте Numeric contour values и нажмите на ОК.
6. Utility Menu -PlotCtrls — Symbols. Возникает диалоговая панель Symbols.
7. В выпадающем списке Surface Load Symbols выбираем Convect Film-Coef.
8.В выпадающем списке Show pres and convect as выбираем Arrows. Нажимаем на кнопку ОК.
9. Utility Menu -Plot & gt- Elements. Просмотрите номера над стрелками на модели.
10. Main Menu — General Postproc -Plot Results — Contour Plot Nodal Solu. Открывается диалоговая панель Contour Nodal Solution Data.
11 Проверьте, что DOF Solution выбрано в левом списке и Temperature в правом. Нажмите на ОК. Просмотрите результаты расчета температурного поля.
12. Задаем путь просмотра и выводим на графиках: температурное поле (рис. 3) и тепловой поток (рис. 4).
Шаг 8. Окончание расчета.
1. Наконец, Вы закончили решение задачи. Нажмите QUIT на линейке инструментов ANSYS, выберите опцию сохранения и нажмите на ОК.
тс
1720
то




Y
I10E-2]
0. 32
0. 64
& gt-. 96
I. 2S
DIST
Рис. 3. График температуры по заданному пути
Рис. 4. График распределения теплового потока по заданному пути
Масса заряда капсюля-воспламенителя должна быть пропорциональна массе основного заряда и ее определяют из зависимости Бенау Поля Эмиля Клайперона, устанавливающей связь между параметрами идеального газа (давлением p, объемом V и абсолютной температурой
Т):
p-V = п ¦ R ¦ T, (1)
Где p — давление (атм.) — V- объем (л) — п — количество молей вещества-
R — газовая постоянная
f г/
л •кГ/ см
— Т — температура (К).
моль•К
Массу В В капсюля-воспламенителя определим из зависимости
G =
kvp •Vм
-fmax
RT
где / - молярная масса газа в (Г), ^ - коэффициент, учитывающий долю газовых продуктов при сгорании воспламенительного состава- pmax=30… 50 кГ/см 2- и = 34. 89 для дымного пороха состава [2]- R= 0. 82 056
л • кГ/см
2
— T = 2773 K.
моль¦К
Рассмотрим решение задачи расчета массы воспламенительного состава капсюля-воспламенителя для воспламенения основного заряда охотничьего патрона ОМЦ32. при следующем ударном составе:
Hg (ONC)2 — 22,5% - инициатор — KCLO3 — 40% - окислитель-
Sb2S3 — 37,5% - горючее [3].
Молярный вес ударного состава [3]: Hg = 200,59 г- O = 15,9994 г-
N = 14,0067 г- C = 12,011 г- Hg (ONC)2 = 284,6242 г — K = 39,098 г-
Cl = 35,453 г- KClO3 = 123,4312 г- Sb = 121,75 г- S = 32,06 г- Sb2S3 = 339,68 г.
Молярный вес с учетом процентного содержания ц = 284,6242- 0,225 +123,4312- 0,4 + 339,68 • 0,375 = 240,79 г.
При массе основного заряда 3,24 г масса воспламенительного состава GM = 0,18 741 • ^ г. При = 1,25 GKe = 0,23 426 г.
Список литературы
1. ANSIS в руках инженера: практическое руководство / А. Б. Каплун [и др.]. М: Едиториал УРСС, 2003. 272 с.
2. Шагов Ю. В. Взрывчатые вещества и пороха. М: Военное издательство, 1976. 119 с.
3. Киреев В. А. Курс физической химии. М.: Химия, 1975. 775 с.
V. F. Kuzin, S. M. Bocharov, U. V. Poltavechs, Phan Ngoc Tu COMPUTING COLD WELDING DEFLECTED MODES WITH THE FINITE-ELEMENT METOD
The article describes how to determine the dependence of meshing index on deformation ratio at design stage.
Key words: heat conductivity, specific thermal capacity, thermal stream.
Получено 17. 10. 12
УДК 378
А. М. Кудряшов, канд. техн. наук, доц., (4872) 35−18−69, SPVMS@yandex. ru (Россия, Тула, ТулГУ),
Р.А. Тер-Данилов, канд. техн. наук, доц., (4872) 35−18−69, terdanilov@yandex. ru (Россия, Тула, ТулГУ)
РОЛЬ ЛАБОРАТОРНЫХ И САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ РАБОТ В ИЗУЧЕНИИ СТУДЕНТАМИ КУРСА «КОНСТРУКЦИИ СТРЕЛКОВО-ПУШЕЧНОГО ВООРУЖЕНИЯ»
Показана роль лабораторных и самостоятельных работ в освоении курса «Конструкции стрелково-пушечного вооружения». Анализируется работа узлов и механизмов стрелково-пушечного вооружения с точки зрения работы всего оружия.
Ключевые слова: лабораторная работа, самостоятельная работа, конструкции Стрелково-пушечного вооружения.
Курс «Конструкции стрелково-пушечного вооружения» является одним из основополагающих в процессе обучения студентов по специальности 170 400 «Стрелково-пушечное, артиллерийское и ракетное оружие». Данный курс читается на протяжении одного семестра, и тесно свя-

Показать Свернуть
Заполнить форму текущей работой