1. Модуль Engineering Data. Задание параметров материала.

2. Модуль Geometry. Создание геометрической модели диска.

3. Модуль Steady-State Thermal. Двухмерный расчет теплового состояния диска.

4. Модуль Static Structural. Двухмерный расчет напряженно-деформированного состояния диска.

5. Модуль Goal Driven Optimization. Оптимизация геометрических параметров диска.

6. Модуль Steady-State Thermal. Трехмерный расчет теплового состояния диска.

7. Модуль Static Structural. Трехмерный расчет напряженно-деформированного состояния диска.

1. Создание геометрической модели диска

Создание геометрии диска в ANSYS начинаем с эскиза (рис.3.1) Для удобства переименовываем размеры в соответствии с исходными данными.

Опираясь на результаты дальнейших численных расчетов, может возникнуть необходимость изменения геометрической модели. Для простых моделей это не составит труда. Но в нашем случае (сложная модель диска) изменение одного из размеров порождает необходимость изменения других, чтобы сохранить нужную геометрическую форму и избежать ошибок в командах моделирования.

Кроме того, важной задачей является оптимизация размеров геометрической модели с целью получения минимальных напряжений в материале. Все это приводит к необходимости выделения некоторых геометрических параметров в качестве управляющих параметров. Такими параметрами, по условию задачи, являются Øa; Øb; i; j.

Рис. 3.1. Эскиз меридионального сечения диска.

### DesignModeler Parameter/Dimension Assignments Output

1 | Plane Dim | 101,8 | XYPlane.b = @Db

2 | Plane Dim | 71,25 | XYPlane.a = @Da

3 | Plane Dim | 42,75 | XYPlane.j = @j

4 | Plane Dim | 135,7 | XYPlane.i = @i

### DesignModeler Design Parameter Assignments Output

1 | | 135,7 | @i |

2 | | 42,75 | @j |

3 | | 71,25 | @Da |

4 | | 101,8 | @Db |

4. Задание материала.

В Engineering Data задаются сведения материале, используемом в проекте. Для своего варианта материала (ЭИ867) необходимо создать библиотеку.

Все доступные свойства материалов отображаются в окне Toolbox. Для данного проекта выберем основные свойства (рис.4.1):

Рис. 4.1

В соответствии с Приложением 1 вводим в программу необходимые свойства материала (Рис. 4.2 – 4.6).

Рис. 4.2. Density – плотность.

Рис. 4.3. Isotropic Secant Coefficient of Thermal Expansion – коэффициент линейного температурного расширения.

Рис. 4.4. Isotropic Elasticity – свойства упругости (модуль Юнга, коэффициент Пуассона).

Рис. 4.5. Isotropic Thermal Conductivity – коэффициент теплоперепада.

Рис. 4.6. Multilinear Isotropic Hardening – прочностные свойства.

5. Двухмерный расчет. Создание конечно-элементной сетки

Так как необходимо решить задачу оптимизации геометрических параметров диска, которая подразумевает значительный объем расчетов, принято решение уменьшить размерность задачи расчета напряженно-деформированного состояния диска сведя ее к двухмерной постановке.

Для получения численного решения необходимо выполнить разбиение геометрической модели конечно-элементной сеткой (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Расчетная сетка.

Для двумерного объекта сетка создается с помощью треугольных или прямоугольных твердотельных элементов.

Плотность сетки, созданной по умолчанию, можно изменять. При построении сеточной модели необходимо искать оптимальную дискретность сетки, учитывать при этом задействованные ресурсы вычислительной техники и точность вычислений.

Плотность сетки меняется при изменении фактора плотности сетки (Relevance), который варьируется в диапазоне от -100 до +100. Кроме этого, имеется возможность установить его среднее значение (Relevance Centre) в разделе задания размера элемента (Suzing): coarse – грубая сетка, medium – средняя, fine – мелкая.

Размер элементов (Element size) задает среднюю длину ребра элемента. В строку Element size необходимо ввести желаемое значение размера элемента.

В окне настроек в разделе Statistics находится информация о количестве генерируемых узлов (Nodes) и элементов (Elements). Параметры сетки сведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1.

Object Name	Mesh
State	Solved
Defaults
Physics Preference	Mechanical
Relevance	0
Sizing
Use Advanced Size Function	Off
Relevance Center	Coarse
Element Size	3,e-003 m
Initial Size Seed	Active Assembly
Smoothing	High
Transition	Fast
Span Angle Center	Coarse
Minimum Edge Length	1,4624e-003 m
Inflation
Use Automatic Inflation	None
Inflation Option	Smooth Transition
Transition Ratio	0,272
Maximum Layers	2
Growth Rate	1,2
Inflation Algorithm	Pre
View Advanced Options	No
Patch Conforming Options
Triangle Surface Mesher	Program Controlled
Advanced
Shape Checking	Standard Mechanical
Element Midside Nodes	Program Controlled
Number of Retries	Default (4)
Extra Retries For Assembly	Yes
Rigid Body Behavior	Dimensionally Reduced
Mesh Morphing	Disabled
Defeaturing
Use Sheet Thickness for Pinch	No
Pinch Tolerance	Please Define
Generate Pinch on Refresh	No
Sheet Loop Removal	No
Automatic Mesh Based Defeaturing	On
Defeaturing Tolerance	Default
Statistics
Nodes	5639
Elements	1786
Mesh Metric	None