Генерация конечно-элементной сетки

Произведем разметку узлов на геометрии притира. Сделайте слой 10. Pritir активным. Затем, выполните последовательность команд: Mesh  Mesh control  Size Along Curve (размер сетки вдоль кривой). Появится стандартное окно выбора примитивов (в данном случае кривых). Выберите курсором 1 большую горизонтальную кривую «ОK».

В следующем появившемся окне “Mesh Size Along Curves” в поле данных Number of elements (число элементов) введите цифру 25, в поле Node Spacing выберете Geometric Bias Smart Elements at End введите цифру 5 и нажмите «ОK».

В результате, на кривых, отображаемых в рабочей плоскости, выведется разметка будущих узлов модели. Заметим, что это еще только разметка, никакие узлы и элементы в модели пока не присутствуют.

Далее в появившемся окне (продолжается выполнение команды разметки) курсором выделите вторую горизонтальную кривую и нажмите «ОK». В следующем окне, где задается число элементов в поле данных Number of elements (число элементов) введите цифру 25, в поле Node Spacing выберете Geometric Bias, затем Small Elements at Start введите цифру 5 и нажмите «ОK».

Далее в появившемся окне (продолжается выполнение команды разметки) курсором выделите крайнюю левую вертикальную кривую и нажмите «ОK». В следующем окне, где задается число элементов, введите цифру 4. Затем крайнюю правую вертикальную кривую аналогично равномерно разбейте на 20 элемента и нажмите «ОK». Оставшиеся две вертикальные кривые разбейте также на 20 элементов, но со сгущением к нижнему основанию (Bias Factor = 4). Две верхние горизонтальные кривые разбейте равномерно на 4 (малая кривая) и 7 частей соответственно. Нижнюю малую горизонтальную кривую разбейте на четырнадцать элементов со сгущением к центру (Bias Factor = 3). Оставшуюся нижнюю кривую разбейте на 7 элементов, в поле Node Spacing выберете Geometric Bias, затем Small Elements at Start введите цифру 3 и нажмите «ОK, «Cancel».

В результате проделанных операций разбиение поверхности притира будет таким:

П ерейдем к разбиению поверхности кольца. Разбиение будем выполнять по следующей схеме:

В ерхнюю горизонтальную линию разбейте на четырнадцать элементов и в поле Node Spacing выберете Geometric Bias, затем Smart Elements at Center введите цифру 3 и нажмите «ОK». Боковые линии также разобьем на 8 с коэффициентом 3 в указанном на рисунке направлении. Остальные кривые разбейте в соответствии со схемой. В результате сечение кольца будет выглядеть так:

Теперь необходимо определить поверхности, которые в дальнейшем будут использованы для разбиения на конечные элементы. Выполните последовательность команд: Geometry → Boundary_Surface (ограниченная поверхность). На экране появится стандартное окно выбора примитивов, в данном случае кривых, определяющих границу поверхности будущего разбиения. Выберите мышью пять кривых (отмеченных на рисунке красным светом) и нажмите «ОK».

В результате получаете поверхность:

А налогично создайте 7 оставшихся поверхностей сечения кольца и 3 поверхности сечения притира.

Чтобы разбить поверхность сечения кольца и притира на конечные элементы, выполните последовательность команд Mesh (сетка)  Geometry (геометрия)  Surface (поверхность). После появления стандартного окна выбора примитивов (в данном случае поверхностей), с помощью мыши выделите в рабочей плоскости все поверхности сечения кольца и нажмите «ОK», что приведет к появлению окна с соответствующим названием: «Automesh Surfaces».

В этом окне, в поле данных Property, выберите из списка, по кнопке со стрелкой справа, название (идентификатор) свойств элементов – 1. Plate_kolko, затем нажмите «ОK», и начнется процесс автоматической генерации сетки на базе четырехугольных конечных элементов.

В данном примере используются оболочечные четырехугольные конечные элементы QUAD4, потому что в дальнейшем, путем вращения их вокруг некоторой оси, из них будут получены объемные восьми узловые CHEXA8 элементы.

А налогичным образом разбейте поверхности сечения притира (свойства – 2. Plate_ pritir). В результате имеем следующее:

Замечание: при разбиении поверхности на конечные элементы притира или кольца активным делаем соответствующий слой, хранящий это сечение.

В результате проделанных операций, поверхности притира и кольца была разбита на конечные элементы с учетом предварительных размеров и разметки.

Для удобства дальнейшего выбора узлов в зоне контакта, изменим их цвет. Для этого выполните последовательность команд: Modify (изменить), Color (цвет), Node (узел). В окне выбора примитивов (узлов) нажмите кнопку Method, в выпадающем меню выберите пункт on Curve (на кривой). Теперь, выберите мышью на экране среднюю кривую нижней горизонтали поверхности притира, и нажмите «Ок».

В следующем окне в разделе Color (цвет) выберите мышью цвет (красный), в разделе Line Style тип линии, как показано на рисунке и нажмите «Ок».

Т еперь изменим цвет узлов, лежащих на верхней горизонтальной кривой поверхности кольца. Они входят в зону контакта с притиром. Для этого выполните последовательность команд: Modify (изменить), Color (цвет), Node (узел). В окне выбора примитивов (узлов) нажмите кнопку Method, в выпадающем меню выберите пункт on Curve (на кривой). Теперь, выберите мышью на экране верхнюю кривую поверхности кольца, и нажмите «ОK». В следующем окне в разделе Color (цвет) выберите мышью любой цвет (например, желтый), в разделе Line Style (стиль линии) пометьте тот же тип линии, как в предыдущем случае и нажмите «ОK».

Для модификации изображения на экране выполните последовательность команд: ViewLayers, появится окно работы со слоями. Пометьте опцию Show All Layers (показать все слои) и нажмите «OK».

Д ля дальнейшего моделирования необходимо развернуть модель в пространстве. Постройте точку с координатами (-45, 13, 0) – эта точка будет начало системы координат. Создадим новую систему координат: войдите в меню Model (модель), CoordSys (система координат), в появившемся окне введите название системы координат и задайте тип (цилиндрический) как показано на рисунке:

Нажмите «ОK».

Далее появиться окно Locate – Define Coordinate System Origin, в котором необходимо задать ориентацию системы координат. Выберете точку построенную ранее и нажмите «ОK».

В следующем окне Define Coordinate System Angels задайте угол поворота системы координат как показано на рисунке и нажмите «ОK», «Cancel».

Теперь у нас есть система координат, в которой мы будем осуществлять поворот. Войдите в меню View (вид) Rotate (поворот) или функциональной клавишей F8, выберите в появившемся окне тип изображения Isometric (изометрия) и нажмите «Ок».

Для получения объемной конечно-элементной сетки выполните последовательность команд: Mesh (сетка)  Revolve (вращать)  Element (элемент). В появившемся окне выбора примитивов (в данном случае элементов) выберете сечение притира (сечение кольца скройте при помощи работы со слоями) и нажмите «Ок».

В окне “Generation Options” в поле данных Property выберите свойства Solid Элементов: 3. Solid Pritir. В поле данных Element Along Length (число элементов для вращения) поставьте цифру 1, и пометьте опцию Delete Original Elements (удалять оболочечные элементы).

Н ажмите «ОK».

Далее необходимо определить ось вращения плоских элементов. В следующем окне нажмите кнопку Method и в выпадающем меню выберите пункт Global Axis. В этом окне по умолчанию установлено, что вращение осуществляется в положительном направлении (опция Positive), вокруг оси Y (опция Y). В ыберите созданную ранее систему координат и укажите ее начало и нажмите «ОK».

В следующем окне “Total Revolution and Extrusion” в поле данных Rotation Angle (угол вращения) укажите угол 1 градусов и нажмите «ОK».

На вопрос компьютера действительно ли вы хотите удалить оболочечные элементы, ответьте – ДА.

Аналогично, получим объемную сетку сечения кольца, изменив только свойства, в окне “Generation Options” в поле данных Property выберите свойства Solid Элементов: 4. Solid Kolko.

Д ля того чтобы убрать невидимые линии выберите команду ViewSelect. В появившемся окне пометьте строчку Quick Hidden Line и нажмите «Ок».

При вращении элементов образуются совпадающие узлы, которые необходимо объединить с помощью последовательности команд Tools → Check → Coincident_Nodes. Затем выберете только элементы притира и в появившемся окне Check/Merge Coincident поставьте галочку Merge Coincident Nodes, в поле Maximum Distance to Merge введите 0,004 и нажмите «ОK». Аналогично объедините элементы кольца.

Для завершения работы с сеткой необходимо расставить контактные Gap элементы. Сначала необходимо изменить вид модели (увеличить фрагмент контакта) используя команду View  Zoom (F7) указать мышью прямоугольную область увеличения, нажать «ОK».

Для включения отображения невидимых линий выберите команду ViewSelect (F5). В появившемся окне пометьте строчку Draw Model и нажмите «ОK».

Ч тобы соединить контактными элементами красные и желтые узлы, выполните последовательность команд Mesh (сетка)Connection (соединение) Closest Link (ближайшая связь). Эта команда выполняет соединение балочным элементом двух узлов наиболее близких друг к другу.

В появившемся окне выбора узлов, из которых будут начинаться Gap элементы, нажмите кнопку Method и выберите пункт Color (выбор данных узлов будет осуществляться по признаку – цвет). Поставьте курсор в поле данных ID. Выберите на экране желтый узел (курсор немного ниже узла) и нажмите «Ок». Таким образом, все желтые узлы будут взяты в память программы. В следующем окне нужно выбрать узлы, в которых элементы будут заканчиваться. Повторите те же действия, указав вместо желтого узла – красный (курсор немного выше узла) и нажмите «ОK».

В следующем окне в поле данных Property укажите свойства GAP элементов, которые будут созданы с помощью этой команды (см. рисунок).

Нажмите «ОK».

В следующем окне необходимо определить вектор ориентации Gap элемента, чтобы определить направление оси Y координатной системы контактного элемента. Относительно данной оси, можно, например, определять трение в контакте. Задайте направление вектора ориентации по оси Х глобальной системы координат.

Нажмите «ОK».

Таким образом, после выполнения выше представленных команд (Mesh, Closest Link) между желтыми и красными узлами программа расставила Gap элементы с заранее определенными свойствами.

Модель готова, можно преступать к заданию граничных условий и нагружения.