Моделювання напружено-деформованого стану роз'ємного з'єднання в деталях з армованих композиційних матеріалів методом СЕА

Abstract

З метою дослідження міцності запропонованого роз'ємного з'єднання з круглою різьбою для деталей, виготовлених з армованих композиційних матеріалів, було проведене моделювання напружено-деформованого стану з використанням системи скінченно-елементного аналізу LS-DYNA. Моделювання напружено-деформованого стану, відбувалося для різьбового з'єднання з круглою різьбою, основними параметрами, що впливають на працездатність, якого вважаються p – крок різьб (p = 4 мм), і t – глибина профілю різьби (t = 1 мм) (профіль зображено на рис. 2) згідно з ISO 10208 та DIN 20317. Основні параметри різьби, що брали для моделювання, були наближені до параметрів, які має метрична різьба М6 (ГОСТ 24705-81). Гайка з армованих композиційних матеріалів із круглою внутрішньою різьбою та металева вставка із зовнішньою різьбою для проведення моделювання були виконанні у вигляді 3D-CAD-моделей у графічному редакторі SOLIDWORKS, для скорочення часу розрахунків із з’єднання був вирізаний окремий сегмент. Створення скінченно-елементної сітки також виконане засобами цього графічного редактора, до складу якого входить модуль COSMOSWORKS, що має вбудований генератор даної сітки. Розмір скінченних елементів гайки з армованого композита вибирали виходячи з того, щоб розрахунок займав прийнятний час. Розмір грані скінченного елемента становив від 0,05 до 0,15 мм. Механічні характеристики армованого композиційного матеріалу отримували експериментальним шляхом та вносили до командного файлу LS-DYNA за допомогою двох ключових слів: *MAT_COMPOSITE_DAMAGE – модель матеріалу тип 22 та *MAT_ORTHOTROPIC_ELASTIC – модель матеріалу тип 10. Поєднання цих ключових слів при створенні моделі анізотропного тіла дозволило в повному обсязі задати всі механічні властивості армованого склопластикового матеріалу для моделювання. Одержані в результаті основні показники міцності виявилися на досить високому рівні – максимальна сила, яку витримало з'єднання, згідно з даними моделювання становила Fmax = 13,76 кН. Максимальні напруження та деформації згідно з опрацьованими в постпроцесорі LS-PrePost-2.4 даними моделювання варіюються в досить високих межах, що підвереджує гіпотезу адекватної роботи роз'ємного різьбового з'єднання з круглою різьбою в деталях, виготовлених з армованих композитів, через відсутність гострих концентраторів напружень та дає підставу для подальшого проведення експериментального дослідження міцності.