Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчеты конструкций методом конечных элементов в ANSYS. Методические рекомендации
.pdf
Балочный элемент BEAM4, например, имеет 6 степеней свободы (UX, UY, UZ, ROTX,
ROTY, ROTZ) в узле и используется для моделирования стержневых конструкций в 3-х
мерном пространстве. Плоский элемент PLANE77 имеет в качестве степеней свободы
узловые температуры и может использоваться для моделирования только плоских объектов.
ANSYS Main Menu → Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete → Add
3.1.3. Определение опций элемента
У каждого типа элементов обычно необходимо задать опции. Эти опции позволяют
управлять различными параметрами элемента.
Например, у элемента SOLID95 опции следующие: выбор локальной системы
координат, связанной с элементом; выбор точек, в которых происходит вычисление данных
(например, напряжений) внутри элемента: например, в квадратичных точках; правило
численного интегрирования для построения, например 2*2*2.
Более подробно о том, какие опции допускает соответствующий тип элемента,
необходимо смотреть в разделе помощи по каждому элементу ANSYS Elements Reference.
ANSYS Main Menu → Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete → Options
3.1.4. Определение конс тант эле мента
Для некоторых элементов необходимо задавать константы элемента. В основном,
константы задаются для элементов, которые используются для моделирования трехмерных
моделей сплошной среды моделями низшей размерности, например, в случае ферменных,
балочных и оболочечных элементов. Константы элемента зависят от типа элемента. Так,
например, константы для элемента BEAM3, 2-D балочного элемента - это площадь сечения
(AREA), момент инерции (IZZ), высота сечения (HEIGHT), константа сдвига (SHEARZ),
начальная деформация (ISTRN), и добавленная масса (ADDMAS). Для оболочечных
элементов это толщина TK(I) и др. Не все элементы требуют определения констант. Более
подробно о том, какие константы соответствуют типу элемента, необходимо смотреть в
разделе помощи по каждому элементу ANSYS Elements Reference[8].
ANSYS Main Menu → Preprocessor → Real Constants → Add/Edit/Delete
3.1.5. Определение свойст в материала
В зависимости от задачи в ANSYS могут быть заданы следующие свойства материала:
Линейные или нелинейные;
Изотропные, ортотропные и анизотропные;
Зависящие или независящие от температуры.
ANSYS Main Menu → Preprocessor → Material Props
3.1.6. Создание к онечно -элементн ой модели
Есть два метода создания конечно-элементной модели - это твердотельное
моделирование и прямое моделирование. Твердотельное моделирование - это вначале
создание геометрической модели объекта, т.е. описание его геометрической формы, а затем
построение сетки конечных элементов на ней.
Прямое моделирование - это непосредственное геометрическое задание узлов
элемента. Этапы геометрического моделирования рассмотрены на примерах, а построение
сетки детально описаны в [4], [5], [6].
21
3.1.7. Приложени е нагрузо к
Под нагрузками в ANSYS подразумевается задание всех видов краевых условий.
Например, в случае решения задачи по механике деформируемого твердого тела - это
задание поля перемещений на некоторой поверхности (условия закрепления) и поля сил
(локальных, поверхностных, объемных). Все нагрузки можно разделить на следующие
категории:
DOFConstraints - ограничения на степени свободы.
Forces - узловые силы.
SurfaceLoads - поверхностные силы.
BodyLoads - объемные силы.
InertiaLoads - инерционные нагрузки.
Coupled-fieldLoads - нагрузки в анализе смешанных полей (термоупругий анализ,
аэроупругий анализ и др.).
ANSYS Main Menu → Preprocessor → Loads
На этом заканчивается моделирование и, соответственно, работа в препроцессоре, и
можно переходить к этапу решения.
3.2. Решение задачи
На этом этапе необходимо использовать процессор решения SOLUTION для того,
чтобы определить тип анализа и опции анализа, приложить нагрузки, задать начальные
условия и решить задачу.
3.2.1. Определение типа ан ализа
В ANSYS реализованы следующие типы анализа[9]:
Static - статический анализ. Используется для определения перемещений,
напряжений, деформаций и усилий, возникающих в конструкции или ее составных частях
при действии нагрузок, не сопровождающихся процессами рассеяния энергии или
появлением существенных инерционных эффектов. Предполагается постоянство нагружения
и отклика системы, т.е. можно пренебречь очень медленными изменениями этих параметров
во времени.
Modal - модальный анализ - анализ конструкции на собственные частоты и формы, с
его помощью определяются собственные частоты и формы колебаний. Используется только
для задач механики твердого деформируемого тела.
Harmonic–Динамический анализ. Используется для задач механики твердого
деформируемого тела, механики жидкости и газа и электромагнитного анализа, для
определения реакции конструкции (в виде перемещений, деформаций, напряжений и усилий)
на действие произвольной нагрузки, меняющейся во времени таким образом, что приходится
учитывать инерционные эффекты и процессы рассеяния энергии.
Transient - нестационарный анализ. Используется для анализа переходных процессов.
Spectrum - спектральный анализ. Подразумевает, что предварительно проведен
модальный анализ. Используется только для задач механики твердого деформируемого тела.
Eigenbuckling–Потеря устойчивости. Используется для определения критических
нагрузок и форм потери устойчивости в линейной постановке. Подразумевает, что
предварительно был проведен стационарный анализ с вычислением предварительно-
22
напряженного состояния. Используется только для задач механики твердого
деформируемого тела.
Substructuring - анализ с применением метода подконструкций. Используется для
решения всех типов задач.
ANSYS Main Menu → Preprocessor → Loads → Analysis Type- New Analysis
3.2.2. Спецификац ия решен ия
На этом этапе в зависимости от типа выбранного решения, а также в зависимости от
типа задачи определяются следующие параметры:
выбор метода решения получаемых систем уравнений,
задание параметров решения (шаг нагрузки, количество шагов, шаг
интегрирования, количество определяемых собственных форм и др.),
задание точности решения, задание параметров записи результатов в файл и др.
Для корректного задания спецификации решения необходимо знать свойства решений
анализируемых задач [4], [5], [6].
3.2.3. Решение задачи
Для запуска решения задачи, необходимо выполнить команду:
ANSYS Main Menu → Solution → -Solve- Current LS
или, если дополнительные результаты должны считываться из файла нагрузки, то:
ANSYS Main Menu → Solution → -Solve- From LS Files LSSOLVE
При выполнении этой команды ANSYS берет модель и информацию по нагрузкам из
файла базы данных и вычисляет результат. При этом результат записывается в файл
результатов (Jobname.RST, Jobname.RTH, Jobname.RMG, Jobname.RFL), а также и в файл
базы данных.
3.2.4. Ошибки в работе
При работе с программой могут возникать различные ошибки. ANSYS сигнализирует
о них появлением желтого окна сообщения, в котором будет кратко объяснена структура
ошибки. В ANSYS все ошибки делятся на критические ошибки ERROR и предупреждения
WARNING. Если возникает критическая ошибка, то работа программы останавливается и в
окне появится сообщение, начинаемое с ERROR. Если возникает предупреждение, то работа
программы не прерывается, а только появляются окна сообщений, начинаемых с WARNING.
При работе может быть несколько предупреждений. Они все записываются в файл ошибок
Jobname.ERR, который можно просмотреть с помощью команды
ANSYS Utility Menu → List → Files → Error File.
23
3.3. Обработк а результ атов вычислений
Как только решение проведено, можно получить доступ к результатам, используя два
постпроцессора в зависимости от типа получаемых данных Общий постпроцессор и
Временной постпроцессор.
Постпроцессор (General Postprocessor - общий постпроцессор) используется для
обзора результатов в стационарной задаче или в течение отдельного шага решения в
нестационарной задаче. Этот постпроцессор используется для получения линий уровня
напряжений, деформаций и др.
ANSYS Main Menu → GeneralPostproc
Постпроцессор (Time History Postprocessor - временной постпроцессор) используется
для обзора результатов в виде u = u (t), где t - параметр нагрузки, частоты и др.
ANSYS Main Menu → TimeHistPostproc
3.3.1. Сохранени е результ атов
При просмотре эпюр результатов расчетов, может возникнут необходимость
сохранить изображение экрана. Для этого необходимо выполнить команду
ANSYS Main Menu → PlotCtrls → CaptureImage
В случае если потребуется использовать графическое изображение в печатаемых
публикациях, для получения лучшего качества и устранения фона рабочей области
необходимо выполнить команду
ANSYS Main Menu → PlotCtrls → Write Metafile →Invert White/Black
24
Лабораторная работа №1
Номер точки
X Y Z
1 0 0
0
2 L 0
0
0
,
0
7
5
м
0
,
1
м
2
,
5
м
P=15000 Н
Расчет балочн ой конструкции
Для балки, выполненной из стального (Ст3) прямоугольного профиля, жестко
защемленной одним концом и нагруженной поперечной силой P на другом, определить
максимальный изгибающий момент и максимальный прогиб.
Балка имеет следующие характеристики:
Длина L = 2,5 м
Высота D = 0,1 м
Ширина W = 0,075м
Действующая нагрузка LOAD = 15 кН =
Модуль упругости E = 210 ГПа = 2.1E11
Коэффициент Пуассона ν = 0,3
= 15E3
1. Ввод переменных и контроль введенных данных
ANSYS Utility Menu → Parameters → Scalar parameters
2. Геометрию балки зададим при помощи ключевых точек
ANSYS Main Menu → Preprocessor → Modeling → Create → Keypoints → In Active CS
25
line
3. Просмотр информации о созданных ключевых точках
ANSYS Utility Menu → List → Keypoint → Coordinates only
4. Соединим ключевые точки линией
ANSYS Main Menu → Preprocessor → Modeling → Create → Lines → Lines → Straight
Последовательно выделить построенные ключевые точки.
*Для отображения линий необходимо выполнить команду Plot → Lines
5. Зададим тип и параметры Конечных элементов (КЭ)
ANSYS Main Menu → Preprocessor → Element type → Add/Edit/Delete → Add…
В появившемся окне выбрать балочный элемент №188
Beam → 3D finite strain2 node 188
26
После этого должна появиться запись Type 1 Beam188.
После нажатия на кнопку Option появится окно свойств элементов
Где установить Elementbehavior (Поведение элемента) → QuadraticForm
(Криволинейная форма)
6. Зададим размеры и форму поперечного сечения балки
ANSYS Main Menu → Preprocessor → Section → Beam → Common Section
В открывшемся окне выберем форму поперечного сечения балки (Sub-Type) –
прямоугольник, и зададим размеры сечения, пользуясь схематическим изображением
сечения балки.
27
7. Теперь зададим свойства материала балки
ANSYS Main Menu → Preprocessor → Material Props → Material Models
Structural → Linear → Elastic → Isotropic
8. Зададим размеры КЭ
ANSYS Main Menu → Preprocessor → Meshing → Size Cntrls → Manual Size → Global
→ Size
*Также возможно задавать разбиение количеством элементов, путем задания
параметра NDIV.
9. Теперь разобьем линию на КЭ, выполнив команду
ANSYS Main Menu → Preprocessor → Meshing → Mesh → Lines
и выделив линию
28
*Для отображения сетки Plot → Elements
*Для отображения номеров элементов PlotCtrls → Numbering…
Задав параметру Element/Attrib numbering значение Element numbers из списка.
Задание граничных условий и нагрузок
Зададим граничные условия (жесткая заделка в точке 1)
ANSYS Main Menu → Solution → Define Loads → Apply → Structural → Displacement →
On nodes
Отметить узел в точке 1, в открывшемся окне выбрать AllDOF(все степени свободы).
Зададим нагрузку (сосредоточенная сила на свободном конце балке)
ANSYS Main Menu → Solution → Define Loads → Apply → Structural → Force/Moment
→ On Nodes
Отметить узел в точке 2, в открывшемся окне выбрать направление действующей
силы Fy, и задать значение – LOAD
10. Теперь можно приступить к решению задачи
ANSYS Main Menu → Solution → Solve → Current LS
Обзор результатов
Загрузка матрицы результатов
ANSYS Main Menu → General Postproc → Read result → First set
Отображение деформированного состояния балки
ANSYS Main Menu → General Postproc → Plot results → Deformed Shape → Def +
undeformed OK
11. Вывод таблицы прогибов
ANSYS Main Menu → General Postproc → List results → Nodal solution
DOF solution → Y-Component of displacement
29
Появится таблица перемещений узлов.
Для просмотра деформированного состояния балки
ANSYS Main Menu → General Postproc → Plot Rresults → Deformed Shape
Выбрать Def + undefedge (деформированное и не деформированное состояние балки)
12. Построение эпюр
Эпюра изгибающих моментов
Из матрицы результатов выгрузим матрицу изгибающих моментов
ANSYS Main Menu → General Postproc → Element table → Define table
Add… → By sequence num, SMISC, 3 Для левого узла элемента
16 Для правого узла элемента
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]