Testihiomakoneen mallinnus ja analysointi
Stenvik, Timo (2015)
2015
Konetekniikan koulutusohjelma
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2015-12-09
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201511171714
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201511171714
Tiivistelmä
Tämän diplomityön tavoitteena oli mallintaa ja analysoida teoreettisesti tutkimuskäyttöön rakennettua testihiomakonetta. Analysointi käsitti rakenteen ominaisvärähtelyjen tutkimista, sekä konerakenteen analysointia simuloinnin avulla.
Työssä oli kolme vaihetta, ensimmäinen näistä vaiheista oli tehdä CAD–malli analysoitavasta laitteistosta tutkimusryhmän käyttöön. Toisessa vaiheessa pyrittiin analysoimaan rakenteen ominaisvärähtelyjä moodianalyysin avulla. Moodianalyysi tehtiin elementtimenetelmää käyttävien tietokoneohjelmistojen avulla. Elementtimenetelmä eli FEM (Finite Element Method) on numeerinen menetelmä, jolla lasketaan likiarvoisia ratkaisuja osittaisdifferentiaaliyhtälöitä käyttäen. Työssä käytettiin kahta eri FEM-ohjelmistoa, jotka olivat Ansys ja Siemens NX Nastran. Molemmilla ohjelmistoilla tehtiin muutama analyysimalli, jolloin voitiin testata mitä vaikutuksia analyysimallin ominaisuuksien muutoksilla on saatuihin tuloksiin. Moodianalyysin tuloksina saatiin rakenteen ominaismuodot ja ominaistaajuudet, joita laskettiin jokaisen mallin kohdalla 20 alinta. Tuloksissa oli jonkin verran eroja eri ohjelmistojen ja analyysimallien välillä, eri ohjelmistojen antamat tulokset olivat kuitenkin kohtuullisen lähellä toisiaan analyysimallien välillä, mikäli analysoitu rakenne oli sama. Moodianalyysi suoritettiin myös diplomityön kolmatta vaihetta varten tehdylle analyysimallille, jonka rakenne erosi selvästi muista. Tämän analyysimallin osalta saadut ominaismuodot ja taajuudet erosivat todella merkittävästi muiden analyysimallien tuloksista ja osoittivat mitenkä rakenteen karsiminen vaikuttaa ominaisvärähtelyihin.
Työn kolmantena tavoitteena oli perehtyä Siemens NX nastran ohjelmistoon ja tutkia sen simulointi ominaisuudet soveltuvat systeemin liikeyhtälöiden aikaintegrointiin. Simulointia varten tehtiin geometrialtaan karsittu analyysimalli, jota simuloinnissa kuormitettiin pienillä voimilla ja momenteilla. Simulointi antoi suuren joukon erilaisia arvoja, joista työssä keskityttiin hiontaprosessissa toisiaan vastaan pyörivien kappaleiden väliseen kontaktivoimaan ja sen muutoksiin kuormitusten muuttuessa. Saatujen tulosten perusteella NX soveltuu simulointiin hyvin, mutta on selvästi vaikeampi käyttää kuin kilpailevat FEM-ohjelmistot kuten Ansys tai Solidworks Simulation.
Työssä oli kolme vaihetta, ensimmäinen näistä vaiheista oli tehdä CAD–malli analysoitavasta laitteistosta tutkimusryhmän käyttöön. Toisessa vaiheessa pyrittiin analysoimaan rakenteen ominaisvärähtelyjä moodianalyysin avulla. Moodianalyysi tehtiin elementtimenetelmää käyttävien tietokoneohjelmistojen avulla. Elementtimenetelmä eli FEM (Finite Element Method) on numeerinen menetelmä, jolla lasketaan likiarvoisia ratkaisuja osittaisdifferentiaaliyhtälöitä käyttäen. Työssä käytettiin kahta eri FEM-ohjelmistoa, jotka olivat Ansys ja Siemens NX Nastran. Molemmilla ohjelmistoilla tehtiin muutama analyysimalli, jolloin voitiin testata mitä vaikutuksia analyysimallin ominaisuuksien muutoksilla on saatuihin tuloksiin. Moodianalyysin tuloksina saatiin rakenteen ominaismuodot ja ominaistaajuudet, joita laskettiin jokaisen mallin kohdalla 20 alinta. Tuloksissa oli jonkin verran eroja eri ohjelmistojen ja analyysimallien välillä, eri ohjelmistojen antamat tulokset olivat kuitenkin kohtuullisen lähellä toisiaan analyysimallien välillä, mikäli analysoitu rakenne oli sama. Moodianalyysi suoritettiin myös diplomityön kolmatta vaihetta varten tehdylle analyysimallille, jonka rakenne erosi selvästi muista. Tämän analyysimallin osalta saadut ominaismuodot ja taajuudet erosivat todella merkittävästi muiden analyysimallien tuloksista ja osoittivat mitenkä rakenteen karsiminen vaikuttaa ominaisvärähtelyihin.
Työn kolmantena tavoitteena oli perehtyä Siemens NX nastran ohjelmistoon ja tutkia sen simulointi ominaisuudet soveltuvat systeemin liikeyhtälöiden aikaintegrointiin. Simulointia varten tehtiin geometrialtaan karsittu analyysimalli, jota simuloinnissa kuormitettiin pienillä voimilla ja momenteilla. Simulointi antoi suuren joukon erilaisia arvoja, joista työssä keskityttiin hiontaprosessissa toisiaan vastaan pyörivien kappaleiden väliseen kontaktivoimaan ja sen muutoksiin kuormitusten muuttuessa. Saatujen tulosten perusteella NX soveltuu simulointiin hyvin, mutta on selvästi vaikeampi käyttää kuin kilpailevat FEM-ohjelmistot kuten Ansys tai Solidworks Simulation.