Фань сижун演示文稿 (2)

1.

Выпускная квалификационная работа бакалавра
Оценка статической прочности, устойчивости
и динамических характеристик сварной
силовой плиты в ANSYS Workbench
Студентка: фань сижун
Руководитель: Доцент Туркина Наталья Рудольфовна
Брытков Евгений Владимирович

2.

Введение
• Актуальность темы
Сварные силовые плиты — ключевые несущие элементы в
машиностроении.
Традиционные расчёты не учитывают концентрацию напряжений в
зонах сварки и сложную геометрию.
• Цель работы
Оценка прочности, устойчивости и динамических характеристик
плиты из стали Ст3 методом конечных элементов (МКЭ) в ANSYS
Workbench.
2

3.

Задачи исследования
1. Построить 3D-модель в ANSYS Workbench.
2. Задать свойства материала и граничные условия.
3. Выполнить статический расчёт (давление + кручение).
4. Провести анализ устойчивости (Eigenvalue Buckling).
5. Выполнить модальный анализ.
6. Предложить меры по оптимизации.
3

4.

Модель и материал
Геометрия:
• Основная плита: 2000×1000×20 мм
• 5 продольных рёбер: 1000×50×10 мм
• Отверстие: Ø100 мм
Материал – Сталь Ст3 (Q235):
• E = 200 ГПа
• ν = 0.3
• ρ = 7850 кг/м³
• σ_т = 235 МПа
4

5.

• Элемент: SOLID186 (20-узловой)
• Количество элементов: 216 690
• Количество узлов: 425 906
• Глобальный размер сетки: 10 мм
• Локальное уплотнение в зоне
отверстия: 5 мм
5

6.

Граничные условия и нагрузки
Заделка: нижняя грань — Fixed Support
Режим 1: равномерное давление p = 5×10⁵ Па на верхнюю поверхность
Режим 2: крутящий момент 5000 Н·м в центральной зоне
6

7.

Результаты статического расчёта (давление)
• Максимальные эквивалентные напряжения: 74,91 МПа (углы, край
отверстия)
• Максимальная деформация: 0,20 мм
• Коэффициент запаса прочности:
7

8.

Расчёт устойчивости при равномерном давлении
• Минимальный коэффициент запаса по
устойчивости: λ = 79,235
• Критическое
давление:pkp=79,235×0,5=39,62МПа
• Запас в 79 раз выше рабочей нагрузки
8

9.

Расчёт устойчивости при кручении
• Минимальный положительный λ = 107,752
• Критический момент:Mкр=107,752×5000=538760Н·м
• Запас в 107 раз выше рабочего момента
9

10.

Модальный анализ
• Первая собственная частота: f₁ = 642,96 Гц
• Высокие частоты исключают риск резонанса с промышленным оборудованием (1–50 Гц)
10

11.

Рекомендации по оптимизации
Исходная конструкция надёжна, но для повышения долговечности:
1. Усилить край отверстия стальным ободом.
2. Усилить угловые зоны накладками.
3. Применить непрерывные сварные швы.
4. Контролировать качество сварки и провести отпуск.
11

12.

Заключение
• Прочность: коэффициент запаса 3,14 (>1,5)
• Устойчивость: запас 79× и 107× выше нормы
• Динамика: f₁ = 643 Гц — резонанс исключён
• Конструкция полностью соответствует требованиям безопасности
• Результаты могут использоваться при проектировании аналогов
12

13.

Спасибо за внимание!