1.4.2 Процессор решения (Solution)

Следующим этапом после построения в препроцессоре расчетной модели является получение решения. Эта фаза применения программы состоит в задании вида анализа и его опций, нагрузок и шага решения и заканчивается запуском на счет конечно-элементной задачи.

Выбранный вид анализа указывает программе, какие разрешающие уравнения следует использовать для решения данной задачи. Самый общий набор доступных категорий расчета состоит из средств решения прочностных и тепловых задач, средств анализа при действии электростатических, электрических и электромагнитных полей,  решения задач гидроаэродинамики и связанных задач.

Каждая категория расчетов включает несколько их отдельных типов, как, например, статический и динамический типы прочностных расчетов. Выбором опций можно дополнительно определить особенности проводимого анализа. Так, например, для решения нелинейных уравнений возможно указать один из нескольких вариантов метода Ньютона-Рафсона.

Заданные нагрузки и ограничения определяют граничные условия для построенной модели. К нагрузкам относятся ограничения степеней свободы, сосредоточенные, распределенные, объемные и инерционные усилия. Конкретный вид нагрузок зависит от вида проводимого анализа (например, приложенная в точке нагрузка может быть сосредоточенной силой при прочностном анализе или тепловым потоком  при расчете теплопередачи).

Каждое заданное сочетание нагрузок называется шагом нагружения, и анализ может состоять из одного или нескольких таких шагов. Значения нагрузки могут меняться постепенно от шага к шагу (т.е. нагрузка может быть плавной, иметь наклонный участок) или меняться скачком за один шаг. Последний вариант можно использовать, например, для моделирования резкого нагружения при анализе переходных, нестационарных процессов.

Опции шага нагружения используются для организации массивов выходных величин, управления сходимостью решения и обычного определения нагрузок на шаге нагружения. Так, например, пользователь может задать число дополнительных, более мелких, шагов в пределах одного шага нагружения или указать, должна ли нагрузка меняться плавно на данном шаге нагружения.

Для указания допустимых пределов изменения степеней свободы в узлах модели могут использоваться заданные условия-ограничения. Например, в соответствии с требованиями прочностного анализа могут быть ограничены повороты и смещения узлов на закрепленном крае объекта расчета. Кроме возможности задавать ограничения на стадии получения решения, существует возможность делать это при препроцессорной подготовке, используя твердотельную или конечно-элементную модель. Ограничения степеней свободы, заданные на твердотельной модели, автоматически передаются программой в сеточную модель при начале процедуры численного решения.

На стадии получения решения можно изменить свойства материала и атрибуты конечного элемента, например, толщину, активизировать или деактивировать элементы (опции “есть” –  birth или “нет” –  death), указать ведущие степени свободы (MDOF) и определить условия в зазорах.

После того как все соответствующие параметры заданы, может быть выполнено собственно решение. Программа решает определяющие уравнения и получает результаты для выбранного вида анализа. В вычислительном отношении эта часть анализа требует самых значительных затрат компьютерного времени. 

Для того чтобы получить решение за минимальное время, программа автоматически переупорядочивает расположение элементов и узлов.

 

Выбор типа анализа

Main Menu > Solutions >Analysis Type > New Analysis

В появившемся окне New Analysis следует выбрать необходимый тип анализа (рис.1.78).

         Static – статический

         Modal – модальный

         Harmonic – гармонический

         Transient – переходный

         Spectrum – спектральный

         Eigen Buckling – анализ на устойчивость

         Substructuring/CMS – метод подконструкций

Рис.1.78

Основной задачей конечно-элементного анализа является исследование отклика модели на определенные условия нагружения. Следовательно, правильное задание нагружения является ключевым этапом в проведении анализа. Программа ANSYS позволяет задать нагружения на модель разными способами. Кроме того, с помощью опции шага нагружения можно управлять поведением нагрузок в процессе решения задачи.

Слово «нагрузка» в терминологии ANSYS – это граничные условия и внешние или внутренние силовые функции. Примеры нагрузок в разных видах анализа.

         Статический: смещение, сила, давление, температура, гравитация.

Тепловой: температура, тепловой поток, конвекция, энерговыделение, бесконечная поверхность.

Магнитный: магнитные потенциалы, магнитный поток, плотность потока, бесконечная поверхность.

Электрический: напряжение, ток, разряды, плотность разряда, бесконечная поверхность.

Жидкость: скорость, давление.

Нагрузки делятся на шесть категорий: условия закрепления, сосредоточенные нагрузки, поверхностные, объемные, инерционные и сопряженные.

Наложение условий закрепления

        Задание условий закреплений на линии.

Main Menu>Solutions>Define Loads>Apply > Structural > Displacement > On Lines

При появлении окна выбора необходимо выделить линии, для которых задаются ограничения степеней свободы, ОК. В появившемся окне Apply U, ROT on Lines необходимо задать (рис.1.79): Lab2 DOFs to be constrained – ограничения относительно осей X, Y, Z глобальной системы координат (UX, UY, UZ – перемещения вдоль осей X, Y, Z; ROTX, ROTY, ROTZ – углы поворотов вокруг осей X, Y, Z;  All DOF – убрать все степени свободы.);VALUE Displacement value – величина допускаемого перемещения, поворота с учетом знака (по умолчанию равна 0).

Рис.1.79

        Задание условий закрепления на поверхности.

Main Menu>Solutions>Define Loads>Apply > Structural > Displacement > On Areas

При появлении меню выбора необходимо выделить поверхность, для которой задаются условия закрепления, ОК. Диалоговое окно Apply U, ROT on Lines полностью аналогично предыдущему.

        Задание условий закрепления в точках.

Main Menu>Solutions>Define Loads>Apply > Structural > Displacement > On Keypoints

При открытии меню выбора необходимо выделить закрепляемые  ключевые точки, ОК. В диалоговом окне Apply U, ROT on KPs следует задать:

Lab2 DOFs to be constrained – ограничения относительно осей X, Y, Z глобальной системы координат;

VALUE Displacement value – величина допускаемого перемещения, поворота с учетом знака.

        Задание условий закрепления в узлах.

Main Menu>Solution>Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Nodes

При открытии меню выбора необходимо выделить закрепляемые узлы. ОК. В появившемся диалоговом окне Apply U, ROT on Nodes в поле Lab2 DOFs to be constained выбрать ограничения перемещений и поворотов относительно осей X, Y, Z глобальной системы координат. В поле VALUE Displacement value ввести величины допускаемых перемещений и поворотов с учетом знака (по умолчанию равны нулю).

Приложение сосредоточенной нагрузки

        Приложение сосредоточенной нагрузки в точке.

Main Menu>Solution>Define Loads>Apply > Structural > Force/Moment > On Keypoints

При появлении меню выбора необходимо выбрать точки, в которых должна быть приложена сосредоточенная нагрузка. ОК. В окне Apply F/M onKPs в выпадающем меню Lab Direction of force/mom выбрать составляющую нагрузки. В поле VALUE Force/moment value ввести величину нагрузки (рис.1.80).

Рис.1.80

        Приложение сосредоточенной нагрузки в узле.

Main Menu>Solution>Define Loads>Apply > Structural > Force/Moment > On Nodes

При открытии окна выбора выделить узлы, в которых прикладывается сосредоточенная нагрузка. ОК. Появившееся окно Apply F/M on Nodesаналогично описанному выше.

Приложение давления

        Приложение распределенного давления на линии.

Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On Lines

При появлении меню выбора Apply PRES on Lines выделяем линии, к которым прикладывается давление. ОК. В окне Apply PRES on lines(рис.1.81) следует указать:

VALUE Load PRES value – величина нагрузки в точке, ограничивающей линию с меньшим номером;

Value –  величина нагрузки в точке, ограничивающей линию со старшим номером. При равномерно распределенной нагрузке это поле пропускается.

Рис.1.81

        Приложение распределенного давления на поверхности.

Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On Areas

При использовании данного пункта необходимо выделить поверхность, к которой прикладывается давление. ОК. В окне Apply PRES on areas(рис.1.82) в поле VALUE Load PRES value задается величина нагрузки. В поле LKEY Load key, usually face no –  ключевая цифра, определяющая направление нагрузки на элемент. Расшифровку ключевых цифр можно найти в описании элементов ANSYS Help.

Рис.1.82

        Приложение давления в узлах.

Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On Nodes

При использовании данного пункта необходимо выделить узлы, в которых прикладывается давление. ОК. В окне Apply PRES on nodes (рис.1.83) в поле VALUE Load PRES value ввести величину давления.

Рис.1.83

        Приложение давления на элементы.

Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On Elements

При появлении меню выбора необходимо выделить элементы, к которым прикладывается давление. ОК. В окне Apply PRES on elems (рис.1.84) следует указать:

LKEY Load key, usually face no –  ключевая цифра, определяющая направление нагрузки на элемент;

VALUE Load PRES value – величина нагрузки;

VAL2, VAL3, VAL4 – в этих полях указывается величина давления в узлах элемента при задании неравномерно распределенной нагрузки.

Рис.1.84

        Приложение давления на балочный элемент.

Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On Beams

При использовании данного пункта меню необходимо выбрать балочные элементы. ОК. В окне Apply PRES on Beams (рис.1.85) следует указать:

LKEY Load key – ключевая цифра, определяющая направление нагрузки на элемент;

VALI, VALJ – величина нагрузки в i-ом и j-ом узлах;

IOFFST, JOFFST – расстояния от i-го и  j-го узлов до начала и конца участка с распределенной нагрузкой соответственно.

Рис.1.85

Запуск на решение

Main Menu > Solution > Solve > Current LS

В окне Solve Current Load Step необходимо нажать ОК (рис.1.86).

Окно с сообщением Solution is done! свидетельствует о том, что решение получено.

Рис.1.86