Politechnika Poznańska - tomasz strek home page

Poznań. 05.01.2012rPolitechnika PoznańskaProjekt ukazujący możliwości zastosowania programu COMSOLMultiphysicsWydział Budowy Maszyn i ZarządzaniaKierunek Mechanika i Budowa MaszynSpecjalizacji Konstrukcja Maszyn i UrządzeńRok akademicki 2011/2012Rok studiów: IVSemestr: VIIProwadzący:dr hab. Tomasz StrękWykonawcyDarul KonradMichał Fojut

Analiza odkształceń mostuProjekt I

I. Odkształcenie pod wpływem obciążeniaPrzeprowadzenie poniższej symulacji ma na celu wyznaczenie maksymalnych ugięćmostu. Badany będzie most wykonany z metalu i betonu. Analiza ugięcia zostanieprzeprowadzona w programie COMSOL 3.5 przy pomocy modułu: Solid, Stress-StrainApplication Mode. Model badanego elementu został utworzony w programie Solid Works.Most – rodzaj przeprawy w postaci budowli inżynierskiej, której konstrukcja pozwala napokonanie przeszkody wodnej (rzeki, jeziora, zatoki, morskiej cieśniny itp.)Opis badanego modeluPrzedmiotem badań jest kładka o wymiarach 2000mm x 500mm grubość profilu 50mm.1) Rysunek 3D dobranego element do badańRysunek wykonany został w programie Solid Works a następnie zaimportowany doprogramu CONSOL Multiphysics w celu przeprowadzenia badania wytrzymałościowego

2) Przeprowadzona analiza• Wybrany moduł:Rys. 2. kładka

• Model wykonany w Solid Works• Warunki początkoweStal

etonWarunki brzegowe:umocowanie

ObciążenieSiatka:

Wyniki:StalBetonPo dokonaniu niezbędnych obliczeń w programie COMSOL uzyskane zostałynastępujące wyniki. Na rysunkach widoczne są naprężenia von Misesa nazywanenaprężeniami zredukowanymi Hubera lub Hubera – Misesa. W obliczenia przeprowadzonazostała tzw. „średnia” liczona ze wszystkich składowych tensora naprężeń w celu uzyskania,zobrazowania najbardziej obiektywnego wyniku wskaźnika wytężenia materiału wwieloosiowych stanach naprężeń gdy nie występuje proste rozciąganie lub zginanie.Wnioski z uzyskanych wynikówPo wykonaniu dwóch powyższych pomiarów dla mostu stalowego i betonowego. Wprzypadku mostu wykonywanego z betonu nie wystąpiły praktycznie odkształcenia,natomiast w przypadku mostu wykonanego ze stali można zaobserwować minimalneodkształcenia.

Projekt IIPrzepływ płynów w elementach używanych wcodziennych czynnościach - porównanie

I. Przepływ płynuPrzy badaniu przepływu płynu skupiliśmy się na elementach występujący w życiucodziennym, wykorzystywane do badania aerodynamiczności przepływu cieczy wokółkadłubów tankowca i klasycznej motorówki. Różnorodność kształtów elementów badanychprzez nas jest ogromna. My postanowiliśmy skupić się na kształtach występujących wnajczęściej stosowanych konstrukcjach wodnych. Do badań wyznaczyliśmy sobie kadłubtankowca oraz kadłub sportowej motorówki.Celem naszego badania będzie uzyskanie informacji która konstrukcja jest lepsza ipowoduje mniejsze zaburzenia przepływu.1) Rysunki wybranych elementów do badańJak już wcześnie wspomnieliśmy do badań porównywalnych przepływu wody wybraliśmykonstrukcji kranów występujących w przemyśle a szczególnie tego rodzaju ze względu na ciekawośćjaka konstrukcja występująca w naszym domu jest korzystniejsza

2) Opis elementówDo badań dobraliśmy 2 rodzaje kadłubów. Ze względu na trudność uzyskaniaszczegółowych informacji odnośnie wymiarów od producentów skonstruowaliśmy kształty,które odzwierciedlają kształt zewnętrzny bez zachowania wielkości wymiarowych.Przepływ płynówModuł comsol

GeometriaTankowiecWarunki brzegowe tankowiec

Siatka tankowiec

Wyniki:Geometria motorówkaSiatka motorówka

WynikiWnioski porównawcze dwóch modeli przebadanychAnalizując otrzymane wyniki, możemy zauważyć, iż w przypadku kadłuba tankowca następująduże zaburzenia pod powierzchnią kadłuba co daje dużą siłę wyporu i stateczność, a prędkość nieodgrywa większego znaczenia. W przypadku motorówki możemy zaobserwować, iż kadłub mabardziej opływowy kształt. W ten sposób otrzymujemy mniejszy opór i większe prędkości.

Projekt IIITrójwymiarowy przepływ ciepła na podstawiekominka

II.Trójwymiarowy przepływ ciepłaPrzewodzenie ciepła – proces wymiany ciepła między ciałami o różnej temperaturzepozostającymi ze sobą w bezpośrednim kontakcie. Polega on na przekazywaniu energiikinetycznej bezładnego ruchu cząstek w wyniku ich zderzeń. Proces prowadzi dowyrównania temperatury między ciałami.Ciepło płynie tylko wtedy, gdy występuje różnica temperatur, w kierunku odtemperatury wyższej do temperatury niższej. Z dobrym przybliżeniem dla większościsubstancji ilości energii przekazywanej przez jednostkę powierzchni w jednostce czasu jestproporcjonalna do różnicy temperatur, co opisuje równanie różniczkowe Fouriera:Gdzie: q[W/m 2 ] – gęstość strumienia ciepła,λ[W/m*K] – współczynnik przewodzenia ciepła (zwany też przewodnościącieplną), [W/K]-gradient temperaturyGęstość strumienia ciepła q to wielkość wektorowa, opisująca szybkość i kierunekprzepływu ciepła. Jej wartość określa ilość ciepła przepływającego w jednostce czasu przezjednostkę powierzchni prostopadłej do kierunku rozchodzenia się ciepła.Gradient temperatury jest wektorem wskazującym kierunek najszybszegoprzyrastania temperatury. W przypadku niektórych elementów charakteryzujących siędużymi gradientami temperatury pamiętać należy, że w tym obszarze występują znaczneróżnice temperatur.Współczynnik przewodzenia ciepła oznacza łatwość przewodzenia ciepła przez danymateriał. Dobrymi przewodnikami ciepła nazywamy materiały, dla których wartośćwspółczynnika przewodzenia ciepła jest duża, natomiast materiały będące izolatoramicieplnymi charakteryzują się małymi wartościami l.

1) Rysunek 3D badanego modelu2) Szczegółowy opis badanego modeluCelem naszej analizy trójwymiarowego przepływu ciepła jest kominek wykonany z żeliwa imarmuru.Szczegółowe wymiary:1000mmx 1000mmWysokość komina 5000mm3) Przeprowadzona analizaW naszym przypadku badaliśmy przepływ ciepła prze kominek. Celem przeprowadzanegoprzez nas badania jest pokazanie rozkładu temperatur. Piec został rozgrzany do temperatury 1000K.Do wykonania powyższej analizy program COMSOL Multiphysics wykorzystuje następującerównanie:Gdzie:δ ts - współczynnik czasowego skalowaniaρ – gęstośćC p – pojemność cieplnaK – tensor przewodności cieplnejQ – źródło ciepła ·

Przepływ ciepła:Moduł comsolModel solid

SiatkaWarunki początkoweŻeliwo

GranitWarunki brzegowe:ogrzewanechłodzone

WynikigranitŻeliwo

WnioskiPo przeprowadzeniu analizy otrzymanych wyników zaobserwowaliśmy, iż w przypadkukomina wykonanego z granitu występuje małe nagrzanie się ścianek komina. Gorące spalinywydostają się na zewnątrz, świadczy to o tym iż granit dobrze izoluje cieplnie i możemy go używać wprzypadkach gdzie zależy nam na małym nagrzewaniu się powierzchni zewnętrznej komina. Wprzypadku komina wykonanego z żeliwa występuje nagrzewanie się powierzchni zewnętrznej comoże być wykorzystane do nagrzewania pomieszczeń.