Расчет деформации гофрированного чехла из резины
При работе над заказом по проектированию гофрированного чехла из резины встала задача проведения теоретического расчета максимальной рабочей нагрузки. Целью был расчет напряженно-деформированного состояния гофрированного чехла при заданной максимальной рабочей нагрузке и определение его деформации.
Особенность этого расчета состоит в том, что изделие изготовлено из резины. Деформация элемента из резины выходит за рамки линейного закона в силу природы этого материала. Поэтому при расчете чехла необходимо учитывать физическую и геометрическую нелинейность.
При настройке расчета чехла была задействована поддержка в решателе геометрической нелинейности, а также выбран гиперэластичный материал и модель Муни-Ривлина (Mooney-Rivlin) и тем самым обеспечена физическая нелинейность. Коэффициенты в модели Муни-Ривлина заданы для резины с твёрдостью 50 по Шору А.
Для построения модели гофрированного чехла использовалась бесплатная параметрическая САПР общего назначения FreeCAD.
При выполнении этого расчета были приняты меры для уменьшения вычислительной нагрузки и повышенью точности расчета. Для расчета была взята только четверть модели, и геометрия была разбита так, чтобы расчетная сетка получилась целиком из гексаэдров.
Далее модель сохранялась в формате STEP для передачи в программу PrePoMax, в которой проводилась подготовка исходных данных для расчета и анализ результатов расчета.
Подготовка заключалась в импорте геометрии модели, разбиение на конечные элементы и задание свойств материала, начальных и граничных условий (см. рисунок ниже).
Конечно-элементная сетка была создана только из гексаэдров типа C3D20R, их количество почти составило 20000 элементов. Закрепление было задано на нижней цилиндрической грани, предотвращающее перемещение во всех направлениях. На верхнюю грань задано перемещение в 95 мм. На гранях, по которым чехол был разрезан, было установлено условие симметрии, т.е. запрет перемещения перпендикулярно граням.
После подготовки варианта расчета был проведен расчет методом конечных элементов с помощью CalculiX. При расчете использовался решатель Pardiso в параллельном режиме на компьютере с использованием 16 ядер процессора Intel Core i9-12900KF и 64 ГБ основной памяти. Результаты расчета представлены на рисунке ниже.
