МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ДЕФОРМАЦИЙ УСИЛЕННЫХ И НЕУСИЛЕННЫХ МЕБЕЛЬНЫХ УГОЛКОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ПОСТОЯННОЙ СИЛЫ

Мебельные уголки используются в креплении полок, столешниц, для укрепления перпендикулярного соединения поверхностей и т.д. Для того, чтобы усилить соединение с деталью, на которую в процессе эксплуатации будет оказываться внешнее давление, к уголку добавляется перемычка, которая будет препятствовать деформации уголка.

Основным материалом для изготовления уголков является конструкционная сталь. Данное сырье представляет собой сплав, в котором соединяются железо, марганец, медь, кремний с углеродом. Увеличение содержания углерода в сплаве повышает прочность металла и порог его хладноломкости, что позволяет стальным конструкциям выдерживать суровые климатические условия, а также высокие промышленные нагрузки.

Для данного исследования были выбраны мебельные уголки, продающиеся в любом магазине стройматериалов.

Рисунок 1. Образец мебельного уголка

В разрабатываемой 3D модели данного уголка в качестве основного материала была использована строительная сталь (Structural steel). Для создания данной детали в DesignModeler использованы примитивные фигуры, а именно параллелепипед, и применив функцию Cut Material была получена необходимая форма.

Для того, чтобы получить технологические отверстия для саморезов, усредняются значения диаметра головки стандартных саморезов для дерева, приняв его величину 8,2 мм.

Рисунок 2. Размеры саморезов

С учетом того что головка самореза не дает ему полностью пройти сквозь отверстие в уголке, диаметр отверстия равен 4 мм. Отверстия были добавлены путем создания примитивной сферы и совмещением ее с деталью также через Cut Material.

В качестве образца для моделирования полки была выбрана такая позиция:

Рисунок 3. Образец полки

В DesignModeler полка была спроектирована из примитивного параллелепипеда. В качестве материала было использовано дерево, а именно дуб (Wood, Oak). Готовая спроектированная деталь выглядит так:

Рисунок 4. Готовая модель

Чтобы получить усиленные уголки, необходимо добавить перемычки. Это можно сделать путем создания параллелепипедов, стороны которых равны третьей части каждой стороны и «срезания» лишнего используя Chamfer. В итоге мы получаем такую деталь и общую модель проекта.

Рисунок 5. Усиленный уголок

Рисунок 6. Общая модель

Теперь можно переходить к нагрузке детали. Для этого нам необходимо создать статическую опору, которая будет привязана к внешней грани уголка, которая должна крепиться к стене.

Рисунок 7. Статическая опора на детали

Для того чтобы рассчитать нагрузку, необходимо найти силу давления, которая находится по формуле:

Сила, которая находится в числителе – это вес тела, формула для его нахождения:

В итоге, при нагрузке в 5 кг мы получаем вес полки, равный 50 Н.

Площадь верхней поверхности полки равна 0,60 * 0,23 = 0,138

Основываясь на полученный выше значения, определим давление. Его величина равна приблизительно 362,32 Н.

Рисунок 8. Сила давления

Для выполнения расчета деформации детали при нагрузке необходимо в solution добавить Total Deformation. После чего можно выполнять расчет. В итоге мы получаем моделирования деформации детали.

Рисунок 9. Нагруженная полка на уголках

Те же самые действия выполняем для расчета полки, прикрепленной на усиленные уголки:

Рисунок 10. Нагруженная полка на усиленных уголках

С помощью программного обеспечения Ansys Workbench получилось произвести сравнения двух типов крепления. Основываясь на полученные результаты, можно сделать вывод о том, что при одинаковой нагрузке на полку, прикрепленной к стене усиленными и не усиленными уголками, отклонение детали от нормального положения в случае крепления обычными уголками намного больше, чем в случае крепления усиленными уголками.

Моделирования крепления нагруженной полки к стене дало понять, что при креплении полок, на которые планируется большая нагрузка, к стенам необходимо использовать усиленные системы крепления, чтобы избежать деформации и последующего падения.

Список литературы:

1. Мурашов, М. В., Панин, С. Д. Решение задач механики сплошной среды в программном комплексе ANSYS: методические указания. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009 – 40 c.