Кротов С.В. Расчеты на прочность и жесткость элементов конструкции и сооруж с примен Ansys. Учеб пособ. 2022

Рис. 1.28

Получена эпюра продольных сил NX (рис. 1.29), которую для удобства восприятия можно расположить под любым углом и представить в любом масштабе.

Рис. 1.29

В случае неясности эпюры продольных сил, на которой могут встречаться участки с «переходными» цветами, как например, на правом, четвертом участке можно получить список продольных сил по всем элементам (рис. 1.30).

Набираем последовательно General Postprocessor > Plot Results > Contour Plot > Element Solu.

21

Но, как правило, наибольшие значения получаемых параметров и по величинам, и по знакам видны отчетливо, а именно они и требуются для анализа прочности.

Меню Plot Ctrls позволяет настроить любую цветовую гамму для получения полей деформаций, напряжений, температур, усилий и т.д.

Рис. 1.30

Набирая General Postprocessor > List Results > Reaction Solu, уви-

дим окно (рис. 1.31), где нужно указать направление силы FX напротив

Lab Item to be listed. OK.

Появится результат расчета реакции PRRSOL Command (рис. 1.32).

Рис. 1.31

Рис. 1.32

22

Величина реакции 40 000 Н имеет положительный знак, говорящий о том, что направление реакции выбрано верно (см. рис. 1.8).

Выход из ANSYS: сохраняем файл File > Save As…, например, под именем TENSION.DB и указываем директорию, где будет храниться файл.

Сохраняйте все данные: File > Exit > Save Everything. OK.

1.3 Моделирование растяжения-сжатия статически неопределимого бруса

К стальному прямоугольному стержню, имеющему размеры поперечного сечения b = 0,06 м и h = 0,1 м, приложена сила величиной F = 80 кН, как показано на рис. 1.33. Модуль упругости E 2 105 МПа, коэффициент Пуассона μ = 0,3.

Требуется:

1)определить реакции опорных плоскостей;

2)определить продольные силы (N, кН) и нормальные напряжения

( , МПа), построить их эпюры; 3) сравнить полученные результаты с аналитическими.

При решении этой задачи будем придерживаться плана решения, аналогичного предыдущему.

1 Построение модели:

задание типов элементов; задание констант элементов; задание свойств материалов; создание геометрической модели.

2 Приложение нагрузок и получение решения:

выбор типа анализа и его опций; приложение нагрузок и постановка закреплений; запуск на расчет.

3 Просмотр и анализ результатов:

получение поля напряжений; получение поля деформаций; эпюра внутренних сил и напряжений; оценка результатов расчета.

23

Решение

1 Выберем директорию, где будет сохранена выполняемая работа, и название (необходимо использовать латинские буквы и цифры). Utility Menu > Change Jobname…

2 Выбор типа конечного элемента.

Введем команды Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete>Add… В появившемся окне запись NONE DEFINED

означает, что тип элемента не определен.

В этой диалоговой панели следует нажать Add (рис. 1.34). Появляется диалоговая панель Library of Element Types (рис. 1.35). Здесь в левом окне выбираем Beam (балка), в правом – 3-узловые конечные элементы

3 node 189. OK. Диалоговая панель Library of Element Types закрывается.

Рис. 1.34

В панели Element types появилась запись Type 1 BEAM189, означающая, что тип конечных элементов для балки определен (рис. 1.36).

Рис. 1.35

Рис. 1.36

Нажимаем Close.

24

Рис. 1.37

3 Назначение свойств материала.

Набираем Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models.

В панели Define Material Model Behavior в правом поле двойным нажатием левой кнопки мыши выбираем Structural > Linear > Elastic > Isotropic. Появляется панель Line Isotropic Material Properties Number 1 (рис. 1.37).

Вводим модуль упругости EX (Young’s modulus) линейно-упругого изотропного материала и коэффициент Пуассона PRXY (Poison’s ratio). В данном случае для стали: EX – 2e11, PRXY – 0,3 (целые от десятичных отделяются точкой!). OK.

4 Описание формы и размеров поперечного сечения

Вводим последовательность Main Menu

> Preprocessor > Section > Beam > Common sections. Появляется диалоговое окно Beam Tool (рис. 1.38).

Обозначим название сечения Name: intermed. Выберем сечение в выпадающем списке Sub Type – прямоугольник.

В поле Offset To указывается расположение поперечного сечения по отношению к узлам. В данном случае указано положение Centroid – оси расположатся в центре поперечного сечения.

Линейные размеры в этой задаче вводятся в метрах: B = 0,06 м, H = 0,1 м. OK.

Другим способом те же действия выпол-

няются так: Main Menu > Preprocessor > Section > Beam > Plot Section.

В появившемся поле Plot Beam Section нужно установить флажок Yes (рис. 1.39). OK.

25

Рис. 1.39

Поперечное сечение в виде прямоугольника с заданной по умолчанию точностью конечно-элементной сетки показано на рис. 1.40.

Моменты инерции прямоугольного поперечного сечения относи-

Рис. 1.40

5 Моделирование балки по ключевым точкам.

Вызываем последовательно Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS.

В диалоговом окне Create Keypoints In Active Coordinate System в

поле NPT Keypoint number вводим номер точки, в полях x, y, z Location in active CS – ее координаты: 1 (0; 0; 0); 2 (2; 0; 0); 3 (5; 0; 0), хотя 0 вво-

дить не обязательно (рис. 1.41).

26

После ввода координат каждой точки нажимаем Apply. После ввода всех точек нажимаем OK. На экране должна быть отображена система координат и точки с номерами 1, 2, 3.

Рис. 1.41

6 Создание объекта типа Line.

Последовательно вводим Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Lines In active coordinate.

Появится вертикальная панель Lines in Active Coord. В графическом окне Points левой кнопкой мыши (активным курсором) указываем точки 1 и 2, 2 и 3. Нажимаем OK. Становится видимой линия (рис. 1.42).

Рис. 1.42

7 Установление атрибутов линии.

Набираем последовательно Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Attributes > Picked Lines.

Появляется панель Line Attributes. Активным курсором в виде стрелки с помощью левой кнопки мыши указываем на линии и нажимаем Apply. Можно указать Pick All (линия становится «поделенной», рис. 1.43) и нажать OK.

27

Далее появляется информационная панель Line Attributes с введенными параметрами: количество материалов бруса (1), выбранные типы элементов (1, Beam 189) и используемые сечения (1, intermed). В данной задаче точечную ориентацию Pick Orientation Keypoint указывать не требуется. После нажатия кнопки OK линии примут вид, как показано на рис. 1.43.

Рис. 1.43

8 Определение числа элементов, на которые будет разбит брус.

Вводим Main Menu > Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > Manual Size > Lines > Picked Lines.

Появится вертикальная панель Element Size on Picked Lines, активным курсором укажем на линию и нажимаем Apply. Теперь появится диалоговая панель Element Size on Picked Lines, где надо указать количество элементов для прямой 1–2. Например 20 (рис. 1.44).

Нажав Apply, продолжим разбиение линий вручную на конечные элементы. Появится прерывистая линия. То же проделываем для прямой

2–3 (30). OK.

Появившиеся буквы M (meshed) над участками бруса означают, что «сетка» конечных элементов создана.

28

Рис. 1.44

9 Создание сетки из конечных элементов.

Набираем Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Lines.

Появится вертикальная панель Mesh Lines… Курсором в виде стрелки укажем на линию и нажимаем OK. В графическом окне появилась надпись ELEMENTS, означающая, что исследуемый брус разбит на конечные элементы. Прерывистая линия стала непрерывной (рис. 1.45).

Рис. 1.45

29

10 Визуализация полученной модели.

Набираем в утилитах верхней панели Plot > Elements… Из появля-

ющегося меню выбираем Plot Ctrls > Style > Size and Shape… Появится диалоговая панель (рис. 1.46), где напротив Display of elements ставим флажок On. OK.

Рис. 1.46

В графическом окне ELEMENTS показан вид бруса с сеткой конечных элементов (рис. 1.47).

Рис. 1.47

30