Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Комплекс ANSYS. Анализ устойчивости конструкций. Учебное пособие
.pdf
ванной модели. Если это не так, то восстановление базы данных осуществляется командой RESUME.
Последовательность команд этапа получения
собственных значений
1. Вход в модуль Solution – команда /SOLU.
2. Выбор типа расчета командой [ANTYPE,BUCKLE] – анализ
устойчивости. Здесь и далее в тексте для наглядности команды с опциями заключены в квадратные скобки.
Перезапуск ([ANTYPE, , REST]) недоступен при анализе устойчи-
вости по собственным значениям.
3. Указание опций расчета.
► Команда BUCOPT (полный синтаксис: BUCOPT, Method,
NMODE, SHIFT, LDMULTE).
Параметр Method команды BUCOPT указывает метод вычисления
собственных значений. Применяется один из методов – метод итераций в подпространстве (SUBSP) или блочный Ланцоша (LANB). Оба
метода используют
Метод подпространства применяется для больших симметричных
задач на собственные значения. Несколько способов управления решением доступны для контроля итерационного процесса метода подпространства (команда SUBOPT).
Блочный метод Ланцоша используется для больших симметричных
задач на собственные значения. Этот метод можно использовать для
тех же типов задач, что и
димости более быстрая. Блочный метод Ланцоша использует решатель
для разреженных матриц (SPARSE), заменить который на любой другой решатель можно через команду EQSLV.
При выполнении анализа с большим числом связанных уравнений
можно использовать метод подпространства с фронтальным решателем FRONT команды EQSLV вместо JCG решателя, или блочный ме
тод Ланцоша.
Параметр NMODE – число вычисляемых собственных значений (по
умолчанию значение 1).
Параметр SHIFT указывает точку сдвига, относительно которой
вычисляются собственные значения. Точка сдвига применяется при
наличии числовых проблем, например при наличии отрицательных
собственных значений. По умолчанию параметр имеет значение 0.0. ◄
полную систему матриц.
метод подпространств, но его скорость схо-
-
11
4. Выбор опций для контроля выходной информации и шага рас-
ширения командой [OUTPR,NSOL,ALL].
5. Сохранение копии базы данных для восстановления (команда
SAVE).
6. Вызов процедуры расчета командой SOLVE.
Выходные результаты расчета состоят из собственных значений,
которые записываются в файл выходной информации Jobname.OUT.
Собственные значения являются масштабными множителями нагрузок. Если исходные нагрузки статического
расчета принять за единичные, то множители будут критическими нагрузками. Отрицательные
собственные значения указывают на потерю устойчивости при приложении нагрузок в обратном направлении. Для просмотра и записи
форм потери устойчивости в базу данных или файл необходимо выполнить расширение результатов.
7. Выход из модуля Solution – команда FINISH.
2.1.4. РАСШИРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Перед процедурой расширения результатов вне зависимости от использованного метода расчета собственных значений необходимо
помнить, что файл форм потери устойчивости (Jobname.MODE) после
вычисления собственных значений должен быть доступен. База данных должна содержать ту же самую модель, для которой решение было рассчитано.
Последовательность команд шага расширения результатов
1. Повторный вход в
модуль Solution – команда /SOLU.
Перед выполнением шага расширения требуется выйти из модуля
Solution и повторно войти в него (команда /SOLU).
2. Указание проведения шага расширения – команда [EXPASS,
ON].
3. Указание опций шага расширения.
► Команда MXPAND (полный синтаксис команды: MXPAND,
NMODE, FREQB, FREQE, Elcalc, SIGNIF).
Параметр NMODE указывает число расширяемых
форм. По умол-
чанию данный аргумент равен общему числу рассчитанных форм.
12
Параметры FREQB и FREQE – нижний и верхний пределы диапазона частот, представляющих интерес. По умолчанию используется
весь диапазон.
Параметр Elcalc указывает на признак вычисления комплексом
ANSYS напряжений. Напряжения при использовании собственных
значений не являются реальными напряжениями, но позволяют получить вид распределения относительных напряжений или усилий для
отдельных форм. По умолчанию
напряжения не вычисляются. ◄
4. Указание опций шага нагрузки.
► Команда OUTPR (полный синтаксис: OUTPR, Item, FREQ,
Cname) применяется для печати данных результатов в выходной файл
(Jobname.OUT). ◄
► Команда OUTRES (полный синтаксис: OUTRES, Item, FREQ,
Cname) контролирует данные, записываемые в файл результатов
Jobname.RST.
Аргумент FREQ команд OUTPR и OUTRES может иметь
значения
только ALL или NONE, т. е. данные выводятся для всех форм или не
выводятся вообще, запись информации для отдельной формы невозможна. ◄
5. Выполнение расчета шага расширения командой SOLVE. Результат вычислений состоит из расширенных форм и, если требуется,
распределения относительных напряжений для каждой формы.
6. Выход из модуля Solution –
команда FINISH.
Расширение результатов может быть выполнено как в виде отдельного этапа расчета, так и в виде части этапа расчета собственных значений путем вызова команды MXPAND после команды BUCOPT.
2.1.5. ПРОСМОТР РЕЗУЛЬТАТОВ В ОСНОВНОМ ПОСТПРОЦЕССОРЕ
Чтобы просмотреть результаты в постпроцессоре General Postproc
(/POST1), база данных должна содержать ту же модель, для которой
выполнялся расчет устойчивости (при необходимости восстановление
модели выполняется командой RESUME). Кроме того, должны быть
доступны результаты расширения в файле Jobname.RST. Они состоят
из коэффициентов продольной нагрузки (собственных значений), форм
выпучивания и распределений относительного напряжения.
► Команда [
SET,LIST] выводит список результатов с вычислени-
ями форм потери устойчивости, каждая форма соответствует отдельному подшагу.
13
Команда [SET, LSTEP, SBSTEP] определяет данные (форму), которые должны быть считаны из результирующего файла. ◄
► Команда PLDISP выводит на экране формы потери устойчиво-
сти. ◄
► Команды PLNSOL и PLESOL – выводят результаты расчетов
(относительных перемещений, напряжений и т. д.) в виде непрерывных
контуров – изолиний в узлах и элементах соответственно. ◄
2.2. ЛИНЕЙНЫЙ ЦИКЛИЧНО-СИММЕТРИЧНЫЙ
АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ
В программном комплексе ANSYS существует возможность расчета форм потери устойчивости методом собственных значений при цикличной симметрии. Процесс решения аналогичен обычному расчету,
описанному в разделе 2.1, при этом программный код дополняется необходимыми командами с указанием на цикличную симметрию.
Последовательность шагов циклично-симметричного анализа
1. Запуск
2. Чтение входного файла Jobname.inp [/INPUT, Jobname.inp]. Файл
содержит команды построения геометрии циклично повторяющейся
части модели, а также команды построения конечно-элементной сети,
задания закреплений и свойств материала.
3. Задание циклично-симметричного анализа и конфигурация базы
данных – команда CYCLIC.
4. Активация графического расширения перемещений, напряжений
и деформаций для циклической симметричной модели – команда
[/CYCEXPAND,,ON].
5. Отображение элементов на экране EPLOT.
6. Вывод текущего циклического статуса в виде списка – команда
[CYCLIC,STATUS]. Выводятся число циклично повторяющихся секторов, угол сектора и другая информация.
7. Вывод списка значений параметров действующей циклической
модели – команда [CYCOPT,STATUS].
8. Активация статического анализа с учетом предварительного
напряженного состояния:
/SOLU
ANTYPE,STATIC
PSTRES, ON
интерактивного сеанса ANSYS.
14
9. Запуск процесса вычислений статического анализа с учетом
предварительно напряженного состояния – команда SOLVE.
10. Активация анализа устойчивости:
FINISH
/SOLU
ANTYPE,BUCKLE
11. Задание опций анализа устойчивости – команда [BUCOPT,
LANB, 3].
12. Определение опций для расширения и записи результатов –
[MXPAND, 3, , , YES]
13. Запуск процесса анализа устойчивости – команда SOLVE.
14. Чтение и сортировка результатов анализа в
порядке возрастания
множителей нагрузки:
FINISH
/POST1
SET, FIRST , , , , , , , ORDER
15. Просмотр форм потери устойчивости – [PLNSOL, U, SUM].
На рис. 2.2 и 2.3 изображены первая и третья формы потери устойчивости (относительные перемещения UX – команда [PLNSOL, U, X])
колеса. Описание этого примера можно найти в одном из подразделов
(Sample Buckling Cyclic Symmetry Analysis), посвященном цикличносимметричному анализу в окне с программной документацией
[/UI,HELP].
а б
Рис. 2.2. Первая форма потери устойчивости колеса в изометрической (а)
и фронтальной (б) проекции
15
а б
Рис. 2.3. Третья форма потери устойчивости колеса в изометрической (а)
и фронтальной (б) проекции
2.3. ПРОЦЕДУРА ДЛЯ НЕЛИНЕЙНОГО АНАЛИЗА
УСТОЙЧИВОСТИ
2.3.1. ОСОБЕННОСТИ НЕЛИНЕЙНОГО АНАЛИЗА
УСТОЙЧИВОСТИ
Нелинейный анализ потери устойчивости представляет собой статический анализ с учетом больших отклонений с включенной опцией
[NLGEOM, ON]. В анализ могут быть включены другие нелинейности, такие как пластичность.
Основным подходом при нелинейном анализе потери устойчивости
является постоянное увеличение приложенной нагрузки до тех пор,
пока решение не начинает расходиться. Обязательно необходимо ис
пользовать достаточно мелкое приращение нагрузки, когда нагрузка
приближается к ожидаемой критической нагрузке потери устойчивости. Если приращение нагрузки слишком грубое, то предсказание критической нагрузки не может быть точным. Чтобы этого избежать,
необходимо активировать включение деления шага пополам и автоматическое время командой [AUTOTS,ON]. С активацией автоматиче-
ского времени программа
автоматически ищет критическую нагрузку.
Если опция автоматического изменения времени активирована в статическом анализе и решение не сходится, программа делит прираще-
-
16
ние шага нагрузки и пытается найти решение с меньшей нагрузкой.
В анализе потери устойчивости каждый такой случай отказа сходимости обычно сопровождается сообщением о том, что нагрузка равна
критической или превышает ее. Обычно можно игнорировать эти сообщения, если программа успешно получает сходящееся решение на
следующей итерации при уменьшенной нагрузке.
Если
активна команда [SSTIF, ON], запуск программы необходимо
осуществлять без активации команды адаптивного спуска
[NROPT,FULL,,OFF], чтобы гарантировать, что будет достигнута
нижняя граница нагрузки потери устойчивости. Программа обычно
сходится к предельной нагрузке, когда процесс бисекции и разрешения
продолжается до точки, в которой достигается минимальное приращение шага времени, заданное командами DELTIM или NSUBST
нимальный шаг по времени будет непосредственно влиять на точность
результатов.
Необходимо помнить, что несходящееся решение не обязательно
означает, что конструкция достигла своей максимальной нагрузки. Это
также может быть вызвано численной нестабильностью, которую
можно откорректировать усовершенствованием метода моделирования. Отслеживание истории нагрузки (прогиба конструкции) позволит
решить, соответствует ли несходящийся шаг
потери устойчивости конструкции или же это отражает какие-то другие проблемы. Для предсказания приблизительного значения нагрузки
при потере устойчивости можно провести предварительный анализ с
использованием метода дуг ARCLEN. Это приближенное значение
следует сравнить с более точным значением, рассчитанным с использованием метода деления пополам, чтобы определить, достигла ли
конструкция максимальной нагрузки. Кроме того, можно использовать
метод дуг ARCLEN для получения точного значения продельной
нагрузки, но этот метод требует регулировки длины радиуса дуги методом проб и ошибок в серии выполненных вручную повторных анализов.
Если нагрузка на конструкцию действует в плоскости (т. е. если заданы только мембранные
плоскости, необходимое для инициирования начала потери устойчивости, не будет развиваться, а анализ будет не в состоянии предсказать
поведение при потере устойчивости. Чтобы преодолеть эту проблему,
необходимо приложить небольшое некомпланарное возмущение,
например небольшую временную силу, или указать смещения, чтобы
или осевые напряжения), то отклонение вне
фактическому состоянию
. Ми-
17
конструкция начала терять устойчивость. В этом случае предварительный анализ на определение собственных значений может быть полезным в качестве предсказателя формы потери устойчивости, что позволяет выбрать подходящее место приложения возмущения для стимулирования желаемого ответа потери устойчивости. Приложенное возмущение должно соответствовать местоположению и размеру реальной конструкции. Критическая
нагрузка очень чувствительна к этим
параметрам.
При анализе большого отклонения силы (и перемещения) сохранят
свою первоначальную ориентацию, в то время как поверхностные
нагрузки будут «следить» за меняющейся геометрией конструкции.
Поэтому необходимо непременно применять соответствующий тип
нагрузок.
Анализ устойчивости при нелинейной постановке выполняется до
момента выявления критической нагрузки, чтобы вычислить множитель безопасности. Просто установить тот факт, что структура стабильна при заданном уровне нагрузки, обычно недостаточно для
большинства задач, поскольку необходимо обеспечить некоторый запас прочности, который можно определить только путем установления
фактической предельной нагрузки.
После потери устойчивости анализ также можно продолжить путем
активации метода дуг ARCLEN. Эту функцию можно использовать
чтобы найти зависимость прогиба от нагрузки в случае потери устойчивости при прощелкивании (переходе системы из одного состояния
равновесия в другое).
Для улучшения сходимости при нелинейном анализе устойчивости
и улучшения точности результатов для элементов (BEAM4, SHELL63
и SHELL143), для активации согласованной касательной матрицы
жесткости необходимо задать (KEYOPT (2) = 1 и [NLGEOM, ON]).
Команда KEYOPT должна быть
определена перед первым шагом
нагружения и не может быть изменена после запуска решения.
,
2.3.2. АДАПТАЦИЯ РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ
НЕЛИНЕЙНОГО АНАЛИЗА
Нелинейный анализ устойчивости возможен, когда в качестве возмущения прикладываются либо нагрузки, либо смещения. Случай, когда в качестве возмущения прикладывается сила, рассмотрен ниже в
разделе 3.2, в котором приводится решение задачи об определения
искривленной формы оси стержня при превышении критической
18
нагрузки силы Эйлера. В настоящем подразделе рассматриваются основные команды анализа, при котором в качестве возмущения задается
смещение.
1. Вход в препроцессор и адаптация конечно-элементной модели с
целью проведения последующего нелинейного расчета.
Команда /PREP7 – вход в препроцессор.
► Команда UPGEOM (полный синтаксис: UPGEOM, FACTOR,
LSTEP, SBSTEP, Fname, Ext, --
рительно проведенного анализа на собственные значения и изменение
геометрии деформированной конечно-элементной модели.
Параметр FACTOR – множитель для смещений, которые добавляют
к координатам. Значение 1.0 (по умолчанию) добавит полное значение
смещений к геометрии конечной модели элемента. Значение существенно менее 1.0 позволит задать возмущение, необходимое для выполнения последующего
Параметр LSTEP – указание шага нагружения для считывания данных, по умолчанию последний шаг. Обычно данные считываются из
файла результатов Jobname.rst.
Параметр SBSTEP – указание номера подшага данных (формы), которые будут импортированы, по умолчанию последний подшаг.
Параметр Fname – название файла, откуда считываются данные.
Параметр Ext – расширение файла (максимально 8 символов).
Выход из препроцессора – команда FINISH.
2. Вход в модуль Solution – команда /SOLU.
3. Выбор статического анализа – команда [ANTYPE,STATIC].
4. Указание опции нелинейного расчета для учета больших дефор-
маций – команда [NLGEOM, ON].
5. Вывод результатов на печать и в файл результатов.
► Команда OUTPR – печать данных результатов в выходной файл
Jobname.OUT.
Команда OUTRES – контроль данных, записываемых в файл результатов Jobname.RST.
Параметр Item для обеих команд определяет, какие данные должны
быть выведены, параметр FREQ – на каких подшагах. ◄
6. Активация метода корректирующих дуг и установка критериев
прерывания решения.
► Команда ARCLEN (полный синтаксис: ARCLEN, Key,
MAXARC, MINARC) активирует метод корректирующих дуг при Key =
) – добавление перемещений из предва-
нелинейного расчета устойчивости.
◄
19
ON, параметры MAXARC и MINARC устанавливают максимальное и
минимальное значения коэффициента радиуса корректирующих дуг.◄
► Команда ARCTRM (полный синтаксис: ARCTRM, Lab, VAL,
NODE, DOF) – контроль прерывания решения методом корректирую-
щих дуг.
Параметр Lab определяет основу прерывания решения. Значение
параметра равное OFF (по умолчанию) – прерывание, устанавливаемое
командой, отсутствует. Значение L – прерывание выполняется
при достижении в какой-либо точке предельного значения. Первая предельная точка – это точка в истории отклика, где матрица становится сингулярной (т. е. точка, в которой структура становится нестабильной).
Если Lab = L, то параметры VAL, NODE, DOF игнорируются. Если
Lab = U, анализ прерывается, когда перемещения начинают превышать
значения, установленные параметром
VAL. Для вращательных степеней свободы значение параметра VAL должно быть в радианах (не в
градусах). NODE – номер узла, перемещения которого сравниваются
со значением, установленным параметром VAL.
Параметр DOF уточняет степень свободы, определенную параметром NODE. Доступны метки UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ. Метки
доступны только если NODE > 0 и Lab = U. ◄
7. Определение числа подшагов и
времени окончания решения –
команды NSUBST и TIME.
8. Выполнение расчета – команда SOLVE.
9. Выход из модуля Solution – команда FINISH.
2.3.3. ПРОСМОТР РЕЗУЛЬТАТОВ В ОСНОВНОМ И ВРЕМЕННОМ
ПОСТПРОЦЕССОРЕ
Команды просмотра результатов в постпроцессорах General Post-
proc (/POST1) и TimeHist Postpro (/POST26) аналогичны командам,
которые применяются при просмотре форм потери устойчивости и
расширенных результатов, а также при просмотре решения обычного
статического расчета [2–4, 8, 9].
В основном постпроцессоре /POST1 используются команды SET,
PLDISP, PLNSOL, PLESOL и другие.
Для просмотра результатов вычислений в зависимости от времени
или для
построения зависимостей одних переменных от других необходимо войти во временной постпроцессор командой /POST26. Далее определяются переменные величины и выводится информация
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]