Расчет пространственной фермы Инструкция по выполнению лабораторной работы с применением ansys в интерактивном режиме

В настоящем руководстве содержатся указания по расчету фермы согласно заданию ЛР №1. Поля в окнах необходимо заполнять по образцам на рисунках. Все примеры ввода данных взяты из образца отчета.

Процедура моделирования НДС включает следующие этапы:

1. Выбор типа анализа, типа элементов и их параметров, свойств материала;

2. Создание конечно-элементной модели фермы:

2.1. Построение системы конечных элементов;

2.2. Задание ограничений на степени свободы узлов;

2.3. Задание нагрузок на узлы;

3. Запуск на решение;

4. Просмотр результатов расчета;

5. Сохранение файла модели.

1. Выбор типа анализа, типа элементов и их параметров, свойств материала.

• Выбор типа анализа:

Main Menu  Preferences  Указать “галочкой” режим “Structural”  OK.

Тип анализа определяет физическую задачу, которая будет решаться (Structural – задачи механики деформируемого тела). Это позволяет сделать видимыми на экране только те команды, которые соответствуют указанному типу задачи.

• Выбор типа элементов, используемых в расчете:

Main Menu  Preprocessor  Element Type  Add/Edit/Delete…  Кнопка Add… в окне “Element Types” 

 OK  Кнопка Close в окне “Element Types”.

— Элементами рассматриваемой фермы являются упругие стержни в пространстве, на концах которых приложены осевые внешние силы. Такие элементы моделируются на ANSYS ED 10.0 конечными элементами (КЭ) LINK180.

• Задание параметров элемента («действительных констант»):

Main Menu  Preprocessor  Real Constants…  Кнопка Add… в окне “Real

Constants” 

 OK 

 OK  Кнопка Close в окне “Real Constants”.

—В ANSYS исходные данные вводятся в системе единиц СИ (результаты представляются в этой же системе). В данном примере площадь поперечного сечения стержня составляет 0,002 м² (20 см²).

20.3

Задание свойств материала:

Main MenuPreprocessorMaterial Models StructuralLinear ElasticIsotropicвводим значенияOK

“EX”: 2E11

“PRXY”: 0.3

 OK.

• Этим заданы упругие постоянные конструкционной стали:

E = 210¹¹ Па;  = 0,3.

2. Создание конечно-элементной модели фермы.

2.1. Построение системы конечных элементов.

• Создание узлов фермы.

Узлы фермы создаются в активной системе координат, по умолчанию это глобальная декартова система координат XYZ. При отображении 50оружения в графическом окне по умолчанию оси X и Y расположены в плоскости графического окна, ось X направлена вправо, ось Y – вверх. Ось Z направлена на пользователя перпендикулярно экрану.

Узлы создаются последовательно вручную. Совокупность узлов строится командами:

Main Menu  Preprocessor  -Modeling- Create  Nodes  In active CS  Ввести номер и координаты узла в соответствии с исходными данными, например:

(в данном примере создается узел №2 с координатами x=6м; y= –2.25м; z=0)

 Apply  Ввод нового узла  Apply  Ввод нового узла  …  OK.

• Создание конечных элементов:

Main Menu  Preprocessor  Modeling  Create  Elements  -Auto Numbered  Thru Nodes  Выбрать «мышью» два узла, определяюших очередной КЭ  Apply  …  Apply …  Выбрать «мышью» два узла, определяюших последний создаваемый КЭ  OK.

Для наглядного отображения в графическом окне создаваемых узлов и элементов установите отображение их номеров:

ANSYS Utility Menu  PlotCtrls  Numbering… 

 OK.

Изменить тип и размер шрифта в графическом окне можно командами:

ANSYS Utility Menu  PlotCtrls  Font Controls  Entity Font  В окне «Font» настроить шрифты  OK.

ANSYS Utility Menu  Plot  Replot

(последняя команда обновляет изображение в графическом окне).

Для удобного расположения модели на экране активизируйте окно управления изображением:

ANSYS Utility Menu  PlotCtrls  Pan-Zoom-Rotate.

Может возникнуть необходимость уничтожения неправильно созданных элементов или узлов. Уничтожить элемент можно командой:

Main Menu  Preprocessor Modeling Delete  Elements  Выбрать «мышью» на схеме уничтожаемые КЭ, либо указать их номера в окне “ANSYS Input” (разделять номера запятыми)  OK.

После уничтожения объекта нумерация объектов по порядку будет нарушена. Чтобы восстановить порядок нумерации, воспользуйтесь командой:

Main Menu  Preprocessor  Numbering Ctrls  Compress Numbers…  В окне “ Compress Numbers” указать вид объекта, например:

 OK.

ANSYS Utility Menu  Plot  Replot.

По данной инструкции элементы создаются в режиме автоматической нумерации (… Create  Elements  -Auto Numbered- Thru Nodes …). В этом режиме номера создаваемых элементов устанавливаются автоматически по порядку. Пользователь может создавать элементы с произвольными номерами в режиме пользовательской нумерации (… Create  Elements  -User Numbered- Thru Nodes …).

2.2. Задание ограничений на степени свободы узлов.

Ввод граничных условий для узлов осуществляется двумя способами. Первый способ обеспечивает ограничение перемещений в направлении осей узловой системы координат (СК) XYZ. При создании узла ему сопоставляется прямоугольная СК, называемая узловой, оси которой по умолчанию параллельны осям глобальной СК. Этот способ удобен, если необходимо ограничить перемещения, параллельные глобальным осям. Второй способ ограничивает перемещения в любом требуемом направлении и состоит в описании линейного условия, налагаемого на перемещения. Следует заметить, что узловую СК можно повернуть удобным образом, после чего первый способ также пригоден для ограничения перемещений узла в любом направлении.

Способ 1:

Main Menu  Preprocessor  Loads  Define Loads Apply  StructuralDisplacement  On Nodes  Выбрать «мышью» очередной узел  Apply  Указать ограничиваемые степени свободы, например, для третьего узла образца отчета следует указать:

 Apply  Выбрать «мышью» очередной узел  Apply … после указания ограничений для последнего узла нажать кнопку “OK”.

Способ 2:

Main Menu  Preprocessor  Coupling / Ceqn  Constraint Eqn… 

В открывшемся окне вводятся параметры условия для перемещений одного или нескольких узлов. Условие для перемещений узла №2 в образце отчета имеет вид:

c_xu_2x + c_yu_2y + c_zu_2z = 0. (1)

В обозначениях ANSYS то же условие представляется так:

C1*UX + C2*UY + C3*UZ = CONST. (2)

Соответствие обозначений в соотношениях (1) и (2) достаточно очевидно, в частности, CONST = 0. Заполнение полей для узла №2 имеет вид:

 OK.

• Условие может быть введено для степеней свободы разных узлов, но в данном случае следует указывать один и тот же узел: NODE1 = NODE2 = NODE3 = 2.

3. Задание нагрузок на узлы:

Main Menu  Preprocessor  Loads  Define Loads Apply  Structural Force/Moment  On Nodes  Выбрать один или несколько узлов «мышью» на схеме  Apply  Указать компоненту нагрузки для выбранных узлов и ввести значение компоненты. Например, для узла №5 компонента P_z вводится так:

 Apply (если приложение нагрузок будет продолжено) или OK (если приложение нагрузок завершается).

Этим завершается формирование модели. Перед запуском на решение полезно визуально оценить построенную схему сооружения. Для указания на схеме векторов нагрузок и символов ограничений степеней свободы воспользуйтесь командой меню утилит PlotCtrls  Symbols… Для масштабирования векторов нагрузок пользуйтесь командой PlotCtrls  Style  Vector Arrow Scaling…

Неправильно заданные граничные условия можно уничтожить командами:

Main Menu  Preprocessor  Loads  Define Loads Delete Structural Displacement (для уничтожения ограничений на ст. св.) или Force/Moment (для уничтожения нагрузок)  On Nodes  Выбрать один или несколько узлов «мышью» на схеме  Apply  Указать уничтожаемые компоненты  OK.