Projektowanie konstrukcji aluminiowych wg wytycznych normowych w programie Midas NFX

Wprowadzenie: 

Program Midas NFX stanowi kompleksowe rozwiązanie analityczne dla optymalnego projektowania w wielu branżach. Umożliwia on projektantom skuteczne przeprowadzanie różnych typów analiz strukturalnych, wymiany ciepła i płynów, wymaganych w procesie projektowania produktu.

Program umożliwia analizę, między innymi konstrukcji stalowych w odniesieniu do wytycznych normy Eurokod 3 oraz konstrukcji aluminiowych wg normy Eurokod 9. 

Możliwość definicji i wykorzystania wielu typów elementów skończonych 1D, 2D oraz 3D, dostępnych w programie, zapewnia efektywną analizę struktur zawierających różne materiały, w tym materiał izotropowy, jakim jest stal lub aluminium.

Midas NFX, znany jako program metody elementów skończonych, nie posiada zaimplementowanych narzędzi i algorytmów wymiarujących wg określonych norm i przepisów, tak jak ma to miejsce w typowych programach inżynierskich. Nie wyklucza to natomiast możliwości wykorzystania zasobów tego programu podczas analizy konstrukcji stalowych lub aluminiowych, w odniesieniu odpowiednio do wytycznych normy Eurokod 3 lub Eurokod 9.

Poniżej przedstawiono przykład praktycznego zastosowania możliwości analizy konstrukcji w programie z wykorzystaniem materiału izotropowego jakim jest aluminium, w odniesieniu do wytycznych normy Eurokod 9.

Tematem statycznej analizy liniowej była rama roweru, wykonana z aluminium EN-AW 6082 T6. 

Model geometryczny konstrukcji.

Rys. 1 Rama roweru – model geometryczny – widok 1

Rys. 2 Rama roweru – model geometryczny – widok 2

Definicja materiału konstrukcji – aluminium EN-AW 6082 T6.

Rys. 3 Definicja materiału konstrukcji – widok 1

Definicja charakterystyk elementów skończonych 3D typu solid.

Rys. 4 Definicja charakterystyk elementów skończonych 3D typu solid – widok 1

Definicja siatki elementów skończonych 3D typu solid.

Rys. 5 Definicja siatki elementów skończonych 3D typu solid – widok 1

Model numeryczny konstrukcji.

Rys. 6 Element konstrukcji nośnej maszyny – model numeryczny – widok 1

Warunki podparcia konstrukcji.

Rys. 7 Warunki podparcia konstrukcji – widok 1

Warunki obciążenia konstrukcji.

Rys. 7 Warunki obciążenia konstrukcji – widok 1

Wyniki statycznej analizy liniowej ramy roweru, wykonanej z aluminium EN-AW 6082 T6.

Rys. 8 Deformacja ramy roweru [mm] – widok 1

Rys. 9 Deformacja ramy roweru [mm] – widok 2

Rys. 10 Naprężenia wg hipotezy HMH ramy roweru [MPa] – widok 1

Rys. 11 Naprężenia wg hipotezy HMH ramy roweru [MPa] – widok 2

Rys. 12 Współczynnik wytężenia ramy roweru [-] – widok 1

Rys. 13 Współczynnik wytężenia ramy roweru [-] – widok 2

Wnioski: Powyżej przedstawiono schematycznie przykład prowadzenia symulacji numerycznych MES w oprogramowaniu Midas NFX. Program ten pozwala w prosty sposób zaimplementować niezbędne charakterystyki materiałowe i geometryczne konstrukcji aluminiowych tak, aby równocześnie łatwo i przystępnie przeprowadzić skomplikowane analizy liniowe i nieliniowe. Łatwy w obsłudze interfejs oprogramowania Midas NFX, wbudowany do programu pre- i postproceessor oraz możliwość prowadzenia symulacji na wielu rdzeniach CPU, stanowią niezaprzeczalny jeden z najwyższych atutów tego oprogramowania.

Natomiast przejrzysty sposób prezentacji wyników pozwala na kompleksową ocenę zachowania się konstrukcji pod wpływem zaistniałych oddziaływań. Ponadto możliwe jest również przeprowadzenie analiz wytrzymałościowych konstrukcji aluminiowych w zakresie wytrzymałości doraźnej oraz zmęczeniowej. Program umożliwia również wprowadzenie do modelu niezbędnych grup elementów pokazujących wytrzymałość połączeń spawanych i stref wpływu ciepła, co umożliwia prowadzenie dalszego postprocessingu wg wytycznych normy Eurokod 9.

Zakres merytoryczny zastosowania kompletnych zapisów normy Eurokod 9 w analizie konstrukcji, zależy przede wszystkim od wiedzy i umiejętności projektowych użytkownika i nie był przedmiotem tego artykułu. Natomiast przedstawiony program stanowi idealne narzędzie do prowadzenia tego typu analiz metodą elementów skończonych.