Часть 2. Расчет в ansys
Ниже приводится пример, в котором
рассматривается пример расчёта
подкреплённой оболочки, как балки,
работающей на изгиб под действием только
изгибающего момента. Радиус отсека
длина
толщира обшивки
модуль упругости
коэффициент
Пуассона
Создание модели (Preprocessing)
Создайте в рабочем каталоге папку, в которой будут сохраняться файлы, созданные при решении задачи. В этом примере назовем его LAB2.
Запустите программу.
Укажите путь к рабочей папке, в которой будут храниться файлы с результатами расчета: U_M > File > Change Directory.
Присвойте имя файлам, создаваемым программой: U_M > File > Change Jobname. Присвойте имя LR_2.
Задайте тип анализа, что позволит программе настроить пункты основного меню, соответствующие этому анализу: M-M: Preferences > Structural.
Присвойте значения входным параметрам задачи: U_M > Parameters > Scalar Parameters.
МПа
нмм
N=8
Выбираем тип анализа: Preferences> Structural
Определение типа элемента: M-M: Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > Add
Выбираем тип Beam > 3D finite strain > 3 node 189 – балочный элемент
ОК, Close.
Определение свойств материала: M-M: Preprocessor > Material Props > Material Models...
В появившемся меню выбираем:
Structural > Linear > Elastic>Isotropic Вводим в поле ЕХ параметр E, Соответствующий модулю упругости, а в поле PRXY параметр Mu, соответствующий значению коэффициента Пуассона. Закрываем окно с помощью его меню: File> Exit.
Построим кольцевое сечение обшивки толщиной H: M-M: Preproprocessor> Modeling> Create> Areas> Circle> Annuals
В появившемся диалоговом окне введите координаты центра сечения X=0, Y=0, внутренний радиус кольца Rad-1=R-H, наружный радиус Rad-2=R Щелкните OK для выхода из окна.
8. Создайте прямоугольное сечение стрингера по известным коорлинатам угловых точек, которые равны соответственно: (R-H-a, a/2) и (R-H,-a/2): M-M: Preproprocessor> Modeling> Create> Areas>Rectangle > By Dimensions
В появившемся окне введите :
.
Щелкните OK для выхода
из окна.
9. Размножим подкрепления на копий, воспользовавшись командой копирования.
Для удобства копирования площади по кругу, перейдём в цилиндрическую систему координат. Для этого выбираем:
U_M > WorkPlane > Change Active SC to > Global Cylindrical
Скопируем подкрепление:
Preprocessor > Modeling > Copy > Areas
В появившимся окне щелкнем Pick All, в поле ITIME вводим число подкрепляющих элементов. В поле DY угол в градусах между этими элементами – 360/N (число стрингеров - можно вводить прямо выражение со знаками арифметических действий).
ОК.
Соединяем все площади в единую площадь, воспользовавшись булевой операцией объединения площадей.
M-M: Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add > Areas
В появившемся меню нажимаем Pick All.
Перейдем к декартовой системе координат: U_M > WorkPlane > Change Active SC to > Global Ccartesian
Сохраните геометрию сечения в файле базы данных, нажав кнопку SAVE_DB. В папке LAB2 будет создан файл базы данных задачи LR_2.db
Преобразуем площадь в сечение балки и сохраним его в папке LAB2.
При создании нового сечения его нужно сначала создать, а затем построить на нем сетку из плоских конечных элементов, чтобы программа могла сосчитать геометрические характеристики этого сечения. Разбиение сечения на элементарные части выполняется командой создания сетки.
11. Выберем восьмиузловой четырехугольный элемент PLANE183, чтобы разбить сечение на элементарные кусочки-элементы, которые используются программой для определения геометрических характеристик сечения.
M_M: > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > Add…
В окне Library of Element Types выбираем Solid Quad 8 node 183, ОК, Close.
12. Создание конечно-элементной сетки сечения.
M_M: > Preprocessor > Meshing > Mesh Tool
Появится окно Mesh Tool , которое позволяет настроить все опции для управления, создания и удаления конечно-элементной сетки. Окно состоит из 6 секций. Верхняя секция Attribute Controls предназначена для присвоения атрибутов компонентам модели. Выбираем из выпадающего списка Global и нажимаем кнопку Set.
В появившемся окне Meshing Attributes в поле [Type] выбираем элемент PLANE183 и нажимаем OK.
В поле Size Controls выберем строку Global и щелкаем кнопку Set. В появившемся окне Global Size Controls в поле SIZE вводим размер стороны элемента-ячейки, равный 5, и нажимаем ОК.
В поле Mesh выбираем Areas, в опциях Shape выбираем Quad и Free, нажимаем Mesh. В появившемся окне Mesh Areas нажимаем Pick All.
Простые сечения ANSYS аккуратно делит на элементы-кусочки. В рассматриваем случае из-за малой толщины обшивки может оказаться неудовлетворительным и тогда процедуру разбиения придется повторить еще раз, изменив размер стороны элемента. Иногда приходится изменять и сам элемент, например вместо PLANE183 разбиение выполняется элементом PLANE 42.
13. Запишем подготовленное сечение в рабочую папку LAB2:
M_M: > Preprocessor > Sections > Beam > Custom Section > Write from areas
Выделите площадь, ОК. Вводим имя сечения String и нажимаем ОК.
Площадь на экране исчезла или остались бледные ее очертания. При этом создалось сечение, которое используется, как сечение балки.
Создание балки.
Теперь создадим модель балки, которой присвоим созданное сечение. Балка тоже будет разбиваться на конечные элементы, но теперь нужно применить балочный элемент Beam 189, который добавлен в базу данных задачи в начале упражнения
При создании сечения балки программа нумеровала его ключевые точки, поэтому нужно определить последний номер ключевой точки, воспользовавшись утилитой для вывода координат ключевых точек:
U_M: List > Keypoints > List
Создаем ключевые точки, соответствующие координатам верхнего сечения оболочки и ее основанию.
M_M: Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS
В появившейся таблице первый столбец содержит номера ключевых точек. Находим наибольший номер, в рассматриваемом примере это 116. Тогда следующий номер ключевой точки будет 117.
-
Точки
Координаты (x,y,z)
117
(0,0,0)
118
(L,0,0)
Здесь L -ранее введенный параметр, соответствующий длине отсека.
Строим осевую линию отсека в виде балки через созданные точки:
M_M: Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Lines > In Active Coord
Соединяем две введенные точки.
Присвоим балке созданное сечения String.
M_M: Preprocessor > Sections > Beam > Custom Secting > Read Sect Mesh
В появившемся меню выбираем Browse и указываем созданное сечение, ОК.
Разбиение балки на линейные элементы BEAM 189
M_M: Preprocessor > Meshing > Mesh Tool
В верхней секции Attribute Controls появившегося диалогового окна выберем строку Global, нажимаем кнопку Set.
В появившемся окне Meshing Attributes в поле [Type] выбираем элемент BEAM189, проверяем номер материала и номер сечения -они в этом примере равны 1, и нажимаем OK.
В поле Size Controls выберем строку Line и щелкаем кнопку Set. В появившемся окне Line Size Controls присвойте NDIV=10, равное количеству элементов на которое разбивается балка. Нажмите ОК.
Нажмите на кнопку Mesh, выделите линию, нажмите ОК.
Произойдёт разбиение на конечные элементы.
17. Зададим вывод изображения балки с ее сечением: U_M > PlotCtrls > Style > Size and Shape
В появившемся окне поставьте галочку в поле ESHAPE.
Элементы примут свою истинную форму, и вы сможете проверить правильность разбиения.
Выведите элементы балки: U_M > Plot > Elements
18. Сохраните полученную модель, нажав кнопку Save_DB на панели инструментов.