Задание нагружения

Задание нагружения для расчетов на прочность завершает формирование конечно-элементной модели. В нашем случае нагрузка представляет собой силу, приложенную к внутренней полуповерхности отверстия.

Выполните последовательность команд: Model  Load  on Surface. В окне “Create or activate Load Set” дайте название варианту нагрузки Title: Load at hole (нагрузка в отверстии) и нажмите «ОK».

В следующем окне выберите поверхность, к которой будет приложена нагрузка, как показано на рисунке. Нажмите «ОK».

В диалоговом окне “Create Loads on Surfaces”, в поле данных FY впишите значение: - (минус) 1000. (Нагрузка задается в Ньютонах, в направлении противоположном оси Y). Нажмите «ОK».

Теперь модель полностью готова и можно выполнить ее анализ. Запишите модель на винчестер с помощью последовательности команд File  Save (имя файла введите Вашу фамилию_12, латинскими буквами).

Выполнение конечно-элементного анализа

При помощи последовательности команд File (файл)  Analyze (анализ) войдите в меню управления процессом анализа (“Export Method”).

При нажатии кнопки Greate/Edit Set появится окно Analysis Set Manager, где необходимо выбрать New… Далее запустите процесс анализа.

Обработка результатов расчета

После завершения анализа можно проводить обработку полученных результатов.

Сначала модифицируйте изображение модели на экране. Для этого, нажмите CTRL+Q и, в появившемся окне, нажмите на кнопку “Load and Constraint OFF” и нажмите «ОK».

Для отображения результатов, выполните последовательность команд View Select или F5 и пометьте строчки так, как показано на рисунке.

Далее нажмите кнопку “Deformed and Contour Data” и в следующем окне “Select PostProcessing Data” нажмите «ОK». Нажмите еще раз «ОK».

На экране появится изображение деформированного состояния. Цветами отображен уровень напряжения в твердом теле. Справа приведена шкала напряжений с числовыми значениями (в данном случае в МПа). Деформации будут хорошо видны, если развернуть изображение модели в пространстве нажмите F8  Isometric  «ОK».

Выбирая другие виды, в предыдущем окне, можно тщательно рассмотреть характер деформаций твердого тела.

Работа 13. Расчет сложного объемного (Solid) тела на примере статического расчета прочности трубопровода

В настоящем разделе описан пример формирования объемной конечно-элементной модели в виде двух пересекающихся труб, с нагрузкой в виде внутреннего избыточного давления.

Для успешного формирования модели, а также ее расчета и обработки полученных результатов, следуйте приведенному ниже описанию. Вводимые величины, команды и выбираемые позиции меню выделены в тексте жирным шрифтом. Для облегчения смыслового понимания команд в скобках после их названия дается русский перевод.

Построение геометрической модели

Сначала проведем построение поперечного сечения первой трубы. Для этого выполните последовательность команд Geometry  Curve-Circle  Center. Для этого откройте в главном меню Geometry (геометрия) и выберите в нем команду Curve-Circle (кривая типа – окружность). После этого на экране появится окно с запросом координат центра окружности:

В ведите в соответствующих полях данных: 0 (ноль) для координаты X, 0 (ноль) для координаты Y и 0 для Z. Затем нажмите на кнопку «ОK». Появится окно, с запросом величины радиуса окружности. Введите величину радиуса 20 и нажмите «ОK». На экране отобразится окружность с радиусом 20 и снова появится окно для ввода координат центра уже следующей окружности. В этом окне введите: 0 (ноль) для координаты X, 0 (ноль) для координаты Y и 0 для Z, нажмите «ОK». В следующем появившемся окне, в поле данных величины радиуса укажите 15 и нажмите «ОK». Далее в появившемся окне нажмите «Cancel». На экране появились две окружности с совпадающими центрами (точка 0, 0, 0), которые будут описывать внешний и внутренний контуры трубы.

Выполнив последовательность команд Geometry  Boundary Surface (ограниченная поверхность) определите поверхность, в данном случае кольцевую, которая в дальнейшем будет использована для построения объемной фигуры трубы. В окне выбора примитивов, в данном случае кривых определяющих границу, нажмите кнопку Select All (выбрать все) и затем «ОK» и «Cancel». Следите за системными сообщениями в нижней части экрана.

Далее, для наглядности, повернем систему координат. Для чего наберем последовательность команд: View  Rotate. В появившемся окне нажмите на кнопку «Isometriс» (изометрия) а затем на «ОK».

Для создания объема твердотельной модели первой трубы, будем использовать метод «выдавливания» профиля, в данном случае кольцевого. Для этого выберите команду: Geometry  Solid  Extrude. В появившемся окне “Extrusion Options” отметьте пункты New Solid, Positive, а в поле данных To Depth (глубина) ввести 80 (как показано на рисунке). Затем нажмите «ОК» и Ctrl-A, для отцентровки изображения.

В результате на экране получается твердое тело в виде трубы, с профилем построенным нами в плоскости XY и глубиной 80 мм в направлении оси Z.

На этом построение геометрии первой трубы закончено. Далее необходимо построить твердотельную модель второй трубы, пересекающуюся с первой. Для этого нужно изменить положение рабочей плоскости в пространстве Так как построение профиля окружности может проводиться только в рабочей плоскости. Выполните последовательность команд Tools  Workplane (рабочая плоскость). Появится окно управления рабочей плоскостью, в котором нужно

нажать кнопку “Select Plane” (выбор плоскости).

Далее появится окно определения местоположения рабочей плоскости в пространстве. Для определения рабочей плоскости по умолчанию необходимо указать координаты 3-х точек.

О днако метод определения плоскости по трем точкам является наиболее общим. Чаще используется ориентации рабочей плоскости по её ребрам, которые ориентируются вдоль осей координат. В нашем построении мы будем использовать последний метод, как более удобный. Например, выбираем метод определения рабочей плоскости – относительно плоскости ZX глобальной системы координат модели. Для этого, в вышеуказанном окне нажмите кнопку – “Methods” (методы). В появившемся меню выбрать пункт – Global Plane (глобальная плоскость). В следующем окне в полях данных введите (оставьте) координаты 0,0,0 и пометьте пункт ZX Plane. Нажмите «ОK» и Ctrl-G – для простого обновление экрана (без масштабирования).

Далее, для построения профиля второй трубы, выполните последовательность команд Geometry  Curve-Circle  Center. В появившемся окне введите координаты точки центра окружности 0, 0, 40 и нажмите «ОK».

А налогично построению первой трубы, появится окно с запросом величины радиуса окружности. В этом окне введите число 10 и нажмите «ОK». На экране построится окружность радиусом 10, лежащая в новой рабочей плоскости. Далее, для построения следующей окружности контура сечения второй трубы, в появившемся окне введите те же самые координаты центра окружности – 0, 0, 40 и нажмите «ОK». В следующем окне задайте величину радиуса окружности 5, нажмите «ОK» и «Cancel». Путем построения двух окружностей мы сформировали профиль сечения второй трубы:

Выполнив последовательность команд Geometry  Boundary Surface (ограниченная поверхность), определите это сечение как поверхность. Эта поверхность, в дальнейшем, будет использована для построения объемной модели второй трубы. В окне выбора примитивов, в данном случае кривых, определяющих границу, выберите курсором на экране две последние построенные кривые 15 и 16 и нажмите «ОK» и «Cancel».

Д ля создания твердотельной модели второй трубы используется тот же метод «выдавливания» профиля, что и для первой трубы. Для этого выберите команды: Geometry  Solid  Extrude. В появившемся окне “Extrusion Options” отметьте пункты Add  Protrusion (добавление) – в этом случае новое твердое тело будет добавлено к предыдущему и после построения составит с ним одно объемное тело, Positive (положительное направление), а в поле данных To Depth (глубина) ввести 40. Затем нажмите «ОK» и Ctrl-A. Теперь на экране существует ОДНО объемное тело, состоящее из двух пересекающихся труб.

Далее необходимо отредактировать объединение двух труб, то есть удалить лишние части в модели. Таковыми, например, являются: выступающая часть второй трубы внутри первой трубе, а также не сквозное отверстие во второй трубе. Чтобы увидеть это наберите View  Rotate, и в этом окне повращайте модель в пространстве, используя различные его кнопки. После чего вернитесь в вид Isometric  «ОK».

Чтобы обрезать в модели ненужные геометрические части, необходимо построить два цилиндра, совпадающих по размерам с внутренними отверстиями обеих труб, а затем, посредством этих цилиндров, «извлечь» ненужные части из нашей модели.

Вначале обеспечим сквозное отверстие во второй трубе. Для чего построим объемное цилиндрическое тело, которое будет располагаться в направлении перпендикулярном рабочей плоскости (т.е. параллельно направлению второй трубы), с началом в точке 0, 0, 0. Выполните последовательность команд Geometry  Solid  Primitives, в появившемся окне выделите пункты: New Solid, Positive, Cylinder и поле в данных Radius проставьте 5 (внутренний радиус второй трубы), в поле данных Height (высота) впишите 40 (высота второй трубы), нажмите «ОK» и Ctrl+A.

Н а экране появился цилиндр, имеющий вышеуказанные размеры.

Теперь необходимо построенный цилиндр переместить в точку начала второй трубы, для этого выполните последовательность команд: Modify  Move by  Solid. Появится окно выбора Solid-ов. Для перемещения цилиндра, выделите его курсором на экране, нажмите левую клавишу мыши и нажмите «ОK». В появившемся окне следует задать координаты вектора, вдоль которого будет перемещен цилиндр (т.е. указать координаты начальной и конечной точек перемещения этого цилиндра). Введите координаты первой точки 0, 0, 0 а второй точки 0, 0, 40 и нажмите «ОK» и Ctrl-G.

Для извлечения цилиндра из геометрической модели выполните последовательность команд: Geometry  Solid  Remove (извлечение). После появления окна с названием Select Base Solid (выберите базовое, объемное тело), выделите курсором на экране основное объемное тело, кликните на нем левой клавишей мыши и нажмите «ОK». После этого появится окно Select Solid to Remove (выберете извлекаемое объемное тело). Теперь выберите курсором на экране перемещенный цилиндр, кликните на нем левой клавишей мыши и нажмите «ОK». Проделанные операции привели к тому, что отверстие во второй трубе стало сквозным.

Далее необходимо убрать выступающая часть второй трубы внутри первой трубы. Для чего необходимо, аналогично предыдущему случаю, построить цилиндр для первой трубы В начале изменим положение рабочей плоскости в пространстве, т.к. основание следующего цилиндра должно лежать в плоскости перпендикулярной оси первой трубы. Выполните последовательность команд Tools  Workplane (рабочая плоскость). Появится окно управления рабочей плоскостью, в котором нужно нажать кнопку “Select Plane” (выбор плоскости).

Далее появится окно определения местоположения плоскости в пространстве, обратите внимание, что система запомнила вид этого окна с предыдущей перестановки рабочей плоскости.

В данном случае необходимо просто поменять способ определения рабочей плоскости: с ZX Plane, на – XY Plane, глобальной системы координат модели. Координаты точки лежащей в рабочей плоскости остаются теми же самыми – 0, 0, 0. Нажмите «ОK» и Ctrl-G. Для построения цилиндра в новой рабочей плоскости выполните последовательность команд Geometry  Solid  Primitives (простые геометрические фигуры), в появившемся окне выделите пункты: New Solid, Positive, Cylinder и поле в данных Radius проставьте 15 (внутренний радиус первой трубы), в поле данных Height (высота) впишите 80 (высота первой трубы), нажмите «ОK» и Ctrl+A.

Для извлечения геометрии цилиндра из основной геометрической модели выполните последовательность команд: Geometry  Solid  Remove (извлечение). После появления окна с названием Select Base Solid (выберите базовое, объемное тело), выделите курсором на экране основное объемное тело, кликните на нем левой клавишей мыши и нажмите и нажмите «ОK». После этого появится окно Select Solid to Remove (выберете извлекаемое объемное тело). Теперь выберите курсором на экране построенный извлекаемый цилиндр, кликните на нем левой клавишей мыши и нажмите «ОK». Проделанные операции привели к тому, что отверстие в первой трубе стало гладким, а в месте стыковки первой и второй трубы появилась поверхность сопряжения.

На этом построение геометрии модели закончено.