книги / САПР изделий из композиционных материалов. Моделирование процессов деформирования и разрушения в среде ANSYS

Создание геометрической модели

Создать геометрическую модель цилиндрической оболочки в терминах поверхностей можно различными способами. Например, снача- ла создать сплошное цилиндрическое тело, затем удалить тело и торцевые поверхности. В данном примере используем экструзию окружности вдоль образующей.

Построить окружность, разбитую на 4 сектора; команда CIRCLE или меню:

Main Menu Preprocessor (Modeling) Create Arcs By Cent & Radius

в поле ввода диалогового окна ввести 0,0нажать ÎÊв том же поле ввести 50 нажать ÎÊ.

Создать две ключевые точки с номерами 100 и 101 и координатами (0,0,0) и (0,0,500); команда К или меню:

Main MenuPreprocessor(Modeling) CreateKeypointsIn Active CS.

Построить линию по этим точкам; команда LSTR или меню:

Main Menu Preprocessor (Modeling) Create Lines Straight Line

Произвести экструзию 4-х дуг, составляющих окружность, вдоль прямой линии; команда ADRAG или меню:

Main Menu Preprocessor (Modeling) Operate Extrude / Sweep Lines Along Lines

в диалоге сначала выделить дуги нажать ÎÊ затем прямую линию нажать ÎÊ.

Командный способ построения геометрической модели приведен в листинге П18.3:

341

Листинг П18.3. Фрагмент программы для построения геометрической модели

Для контроля направления нормалей к поверхностям (рис. П18.3) используйте команду /PSYMB,ADIR,1 или меню:

Utility Menu Plot Ctrls Symbols

далее активировать Checkbox для отображения нормалей к поверхностям: ADIR Area Direction

Если необходимо изменить направление нормали на противополож-

Рис. П18.3. Направления нормалей к поверхностям

Описание типа КЭ, опций и вещественных констант

Выбрать элемент Shell99; команда ЕТ или меню:

Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeleteAdd Structural → Shell → Linear Layer 99.

Задать опции (Options) КЭ: К2 − Const thk layer; Ê5 − Stress & Strain; Ê6 − Failure Criterion; K8 − All layers; остальные оставить по умолчанию.

342

Описать структуру пакета слоев; команды R и RMODIF или меню:

Main Menu Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete Add.

Задать в диалоговом окне «Real Constant Set Number 1, for SHELL 99» число слоев (NL) 6 OK; в следующем окне задать переменные MAT (номер материала, 1), THETA (угол армирования согласно вышеприведенной схеме), TK (толщина, 0,35) для каждого слоя.

Командный способ описания типа КЭ, опций и вещественных констант приведен в листинге П18.4:

Листинг П18.4. Фрагмент программы для описания типа, опций и вещественных констант КЭ

Построение сеточной модели

Будем строить регулярную сеточную модель с четырехугольной формой КЭ и более высокой плотностью сети свободным методом. Для этого достаточно изменить уровень плотности сети с помощью команды SMRTSIZE или меню:

Main MenuPreprocessorAttributesSize CntrlsSmartSizeBasic,

в окне диалога выбрать уровень 2.

Произвести разбиение; команда AMESH или меню:

Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Areas Free

Для отображения оболочечной конструкции как трехмерной используйте команду /ESHAPE, где k – масштабный коэффициент или меню:

Utility Menu PlotCtrlsStyle Size and Shape →

далее активировать Checkbox «/ESHAPE Display of element»

и задать масштабный коэффициент «SCALE Real constant multiplier». Отобразить элементы с новыми настройками (рис. П18.4):

343

Рис. П18.4. Оболочечное (à) и трехмерное с пятикратным масштабированием (á) отображение конструкции

Рис. П18.5. Представление структуры пакета слоев

Командный способ описания типа КЭ, опций и вещественных констант приведен в листинге П18.5:

344

давления в поле Value 2.

Запустить на счет решатель и закрыть окна статистики:

345

Листинг П18.6. Функции решателя

Постпроцессинг

Зайти в постпроцессор и считать последний шаг решения:

Main Menu General Postproc Read Results Last Set.

Просмотреть значения критерия прочности в слое с максимальными значениями (критерий максимальных напряжений, рис. П18.6):

Main Menu General Postproc Plot results Element Solu Failure CriteriaMax Stress SMAXF.

Рис. П18.6. Значения критерия максимальных напряжений

Как видно из рис. П18.6, зона наибольших значений критерия приходится почти на всю конструкцию; также очевидна зона безмоментного состояния оболочки. Для оценки наиболее уязвимой с позиции прочности части конструкции нужно изменить диапазон выводимых значений (рис. П18.7): принимаем минимальное значение VMIN = 0,98, максимальное значение VMAX = 1,12; меню:

Utility Menu PlotCtrlsStyle Contours Uniform Contours.

Повторить графический вывод значений критерия (рис. П18.8). Анализ изображения показывает, что разрушение (потеря прочности) начи- нается в зоне краевого эффекта в окрестности заделки.

346

Рис. П18.7. Назначение диапазона выводимых значений

Для анализа краевого эффекта построим график прогибов оболочки. Для этого сначала определим систему координат представления результатов как цилиндрическую, в данном случае можно использовать глобальную цилиндрическую СК:

Main MenuGeneral PostprocOptions for Outpв поле «[RSYS] Result coord system» выбрать Global cylindric.

Рис. П18.8. Значения критерия максимальных напряжений в заданном диапазоне

С помощью этого диалога можно также задать номер слоя для вывода результатов. Для этого активировать в поле «[LAYER] Layer results are from» Radio button Specified layer и в поле « Specified layer number» ввести номер слоя, в данном случае − от 1 до 6. Кроме этого, в поле «[SHELL] Shell results are from» можно выбрать, для какой поверхности слоя или оболочки выводятся результаты: для наружной (TOP layer, по умолчанию), срединной (Middle layer) или внутренней (Bot layer) поверхности.

Для построения графика прогибов опишем путь на поверхности оболочки вдоль любой образующей; при этом, учитывая тот факт, что большая часть конструкции находится в безмоментном состоянии, ограни- чимся расстоянием 100 мм от торца оболочки.

347

Для описания пути (ось ординат на графике) используем координатный способ ввода точек траектории:

Main Menu General Postproc Path Operations Define Path By Location.

Âпервом диалоговом окне обязательно ввести имя пути в поле «Name Define Path Name:», например path_1, число точек в поле «nPts Number of points», в случае прямой траектории достаточно 2 конечных точек пути; также для получения более гладкой кривой можно увеличить число промежуточных точек для интерполяции результатов в поле «nDiv Number of division».

Âследующем диалоговом окне вести номер точки в поле «NPT Path point number»: 1; в поле «X, Y, Z Location in Global CS» координаты точ- ки (0,50,0) в глобальной СК; в поле «CS Interpolation CS» номер СК для интерполяции между предыдущей и текущей точками; нажать ÎÊ; ââå-

сти номер и координаты (0,50,100); нажать ÎÊ Cancel. Для контроля отобразите путь:

Main Menu General Postproc Path Operations Plot Paths.

Далее произведите вычисления на данной траектории:

Main Menu General Postproc Path Operations Map onto Path

введите имя переменной в поле «Lab User label for item», например w, и выберите радиальные перемещения: DOF solution Translation UX

Постройте график прогибов (рис. П18.9):

Рис. П18.9. Прогибы оболочки

348

Main MenuGeneral PostprocPath OperationsPlot Path ItemOn Graph, выберите в окне диалога w.

Шкала ординат содержит дробные значения вследствие алгоритма разбиения граничных значений диапазонов (от минимального до максимального) на число интервалов. Для изменения значений шкал ординат и (или) абсцисс используйте меню:

Utility Menu PlotCtrlsStyle Style Graphs Modify Axis

в данном случае изменим шкалу ординат, в поле «[/YRANGE] Y-axis range» переключить Radio button Specified range; в полях «YMIN, YMAX Specified Y range» ввести, например, кратный диапазон: 0 и 0,15 (мм). После обновления графика (для этого необходимо повторить этап построения графика) получим изображение, приведенное на рис. П18.10.

Рис. П18.10. Прогибы оболочки с назначенной градацией шкалы абсцисс

Командный способ приведен в листинге П18.7:

349