Моделирование установка защелкивающегося фиксатора

Bridget Cunningham 31/03/2015
Share this on Facebook Share this on Twitter Share this on LinkedIn

Широко распространенные в автомобильной промышленности защелкивающиеся фиксаторы относятся к крепежным элементам, которые устанавливаются в посадочные разъемы. При проектировании защелкивающегося фиксатора очень важно проанализировать усилие, которое необходимо приложить, чтобы установить фиксатор в разъем или извлечь его обратно. Эту задачу можно решить с помощью численного моделирования.

Пристегните свою…приборную панель

Приборная панель автомобиля обеспечивает водителя ценными сведениями, начиная со скорости движения автомобиля и уровня топлива в баке, вплоть до температуры воздуха за бортом. Удобное расположение и надежное крепление приборов на приборной доске не менее важно, чем правильность сообщаемых ими данных. В большинстве случаев в конструкции приборной панели автомобиля для установки приборов используется защелкивающийся фиксатор, который гарантирует надежное крепление различных устройств.

При установке защелкивающегося фиксатора в посадочный разъем важным фактором является усилие, которое необходимо приложить, чтобы вставить фиксатор на свое место, равно как и усилие, которое потребуется, чтобы его оттуда извлечь. При помощи программного обеспечения COMSOL Multiphysics можно проанализировать требуемые усилия, а также возникающие при установке фиксатора напряжения и деформации.

Установка защелкивающегося фиксатора в посадочный разъем

Чтобы сократить количество вычислительных ресурсов и время, затрачиваемое на расчет, воспользуемся тем, что защелкивающийся фиксатор обладает симметрией, так что в модель фиксатора включим только половину исследуемого объекта. Предполагается, что фиксатор изготовлен из упругопластического материала с изотропным упрочнением и постоянным тангенциальным коэффициентом упрочнения при деформировании. При этом фиксирующий замок считается абсолютно жестким по сравнению с фиксатором, а позади замка располагается пространство, представляющее гнездо, в котором размещается фиксатор после установки.


Геометрия модели фиксатора.

В модели используется несколько типов граничных условий, которые показаны на схеме ниже. Для границ в плоскости симметрии применяются условия симметрии. Для части фиксатора, где он прикрепляется к оставшейся части замка (на схеме не показано), используется условие неподвижной границы. Наконец, предопределенные граничные условия описывают место соединения фиксатора с остальными элементами модели.

Схема используемых граничных условий
Используемые граничные условия.

Расчет напряжений и деформаций

Прежде чем фиксатор будет установлен в разъем, мы должны рассчитать уровни эффективного напряжения в нем. На следующем графике приводится максимальный эффективный уровень напряжения, возникающий при значении параметра, равном 0.84. Этот параметр соответствует положению фиксатора непосредственно перед тем, как он защелкнется в посадочном разъеме. Отметим, что при прохождении через край разъема фиксатор отогнут вверх. Таким образом, упругие силы стремятся вдавить фиксатор в разъем еще до того, как он встанет на свое место. Если устанавливать фиксатор вручную, то до этого самого момента придется прикладывать усилие, чтобы протолкнуть его вперед, но как только эта точка пройдена, упругие силы могут заставить его выскочить из ваших рук.

Уровни напряжения в фиксаторе перед защелкиванием в разъеме
Уровни эффективного напряжения в фиксаторе в момент, предшествующий его защелкиванию в разъеме.

Следующий график отображает усилие, необходимое для установки и извлечения фиксатора, как функцию заданного выше параметра. При изменении значения параметра в интервале от 0 до 1, фиксатор перемещается внутрь с постоянной скоростью и, в конечном итоге, защелкивается в посадочном разъеме. Затем, при значениях параметра между 1 и 2, фиксатор извлекается обратно из гнезда.

При значении параметра 0.2, происходит контакт фиксатора с разъемом. Сила резко возрастает, а наконечник фиксатора задирается вверх. В действительности, фиксатор выходит на плато после достижения пика силы около 2,5 Н при значении параметра 0.23. Поскольку в процессе моделирования мы контролируем перемещение, то мы можем следить за силой на протяжении всего процесса. Между значениями параметра 0.7 и 0.9 фиксатор скользит вниз вдоль своей задней стороны. Изменение в знаке действующей силы показывает, что фиксатор буквально втягивается в гнездо за счет геометрии и действия упругих сил.

Чтобы извлечь фиксатор из разъема (при значениях параметра больше 1), мы должны приложить усилие в три раза большее — около 7,5 Н при значении параметра около 1.12. Такое поведение является желательным для фиксатора, предназначенного для надежного крепежа.

График, показывающий усилие, необходимое для установки и извлечения защелкивающегося фиксатора.
Усилие необходимое для установки и извлечения защелкивающегося фиксатора. Первый положительный пик на графике соответствует действию упругих сил, втягивающих фиксатор в разъем, прежде чем он защелкнется в посадочном разъеме. При последующем извлечении фиксатор движется по сильно искривленной поверхности, что приводит ко второму положительному пику на графике. После прохождения через угол (значение параметра 1.2), фиксатор отсоединяется сам по себе, что подчеркивается отрицательным значением усилия.

После извлечения из разъема фиксатор остается деформированным, как это показано на рисунке ниже. Таким образом, можно сделать вывод о том, что после установки в разъем фиксатор находится в напряженно-деформированном состоянии.

 Пластические деформации в фиксаторе после его извлечения из разъема.
Эффективные пластические деформации в фиксаторе после его извлечения из разъема.

Заключительные замечания

В этой статье мы показали, как с помощью моделирования проанализировать силы, возникающие при установке и извлечении защелкивающегося фиксатора. Зная значения необходимых усилий, вы сможете усовершенствовать конструкцию защелкивающегося фиксатора, что позволит гарантировать надежное крепление узлов и приборов, а также, при необходимости, безопасное извлечение без повреждения крепежа. Применительно к автомобильной промышленности это особенно актуально тогда, когда устройства на приборной панели транспортного средства нуждаются в ремонте или замене.

Дополнительные источники информации


Загрузка комментариев...

Темы публикаций


Теги

3D печать Cерия "Гибридное моделирование" Введение в среду разработки приложений Видео Волновые электромагнитные процессы Глазами пользователя Графен Интернет вещей Кластеры Моделирование высокочастотных электромагнитных явлений на различных пространственных масштабах Модуль AC/DC Модуль MEMS Модуль Акустика Модуль Волновая оптика Модуль Вычислительная гидродинамика Модуль Геометрическая оптика Модуль Динамика многих тел Модуль Композитные материалы Модуль Коррозия Модуль Механика конструкций Модуль Миксер Модуль Нелинейные конструкционные материалы Модуль Оптимизация Модуль Плазма Модуль Полупроводники Модуль Радиочастоты Модуль Роторная динамика Модуль Теплопередача Модуль Течение в трубопроводах Модуль Химические реакции Модуль Электрохимия Модуль аккумуляторов и топливных элементов Охлаждение испарением Пищевые технологии Рубрика Решатели Серия "Геотермальная энергия" Серия "Конструкционные материалы" Серия "Электрические машины" Серия “Моделирование зубчатых передач” Сертифицированные консультанты Технический контент Указания по применению физика спорта