ANSYS Mechanical

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. Верификационный| vk.com/id446425943отчет. Том 1

•Предельное число циклов (указанное аргументом NITR команды OPSUBP)

достигнуто.

•Число последовательных неосуществимых проектов (указанное аргументом NINFS команды OPSUBP) достигло указанного предела. По умолчанию данное значение равно 7.

4.3.14.2Метод первого порядка

Аналогично методу аппроксимации подзадачи, метод первого порядка преобразует задачу в “не имеющую ограничений” посредством добавления к целевой функции штрафных функций:

где:

Px – штрафная функция для переменных типа DV;

Pg, Ph, Pw – штрафные функции для переменных типа SV.

Однако, в отличие от метода аппроксимации подзадачи, минимизируется собственно модель из конечных элементов, а не ее приближение.

Метод первого порядка использует градиенты зависимых переменных по переменным проекта. Для каждой итерации вычисления градиентов (которые могут использовать метод скорейшего спуска или метод сопряженных направлений) выполняются для определения направления поиска и для минимизации задачи, не имеющей ограничений, применяется стратегия линейного поиска.

Таким образом, каждая итерация состоит из набора внутренних итераций, которые включают направление поиска и вычисления градиента. Именно поэтому одна итерация оптимизации для метода первого порядка выполняет несколько циклов расчета.

Команда OPFRST имеет два аргумента, которые могут использоваться для улучшения сходимости расчета первого порядка. Допускается указание первого приращения, прикладываемого к диапазону переменной проекта, используемого для вычисления градиента (DELTA) и, также, предельного размера шага поиска на линии (SIZE). Как правило, для расчета достаточно использования значений, применяемых по умолчанию. Более подробную информацию см. в Теоретическом руководстве комплекса ANSYS.

По сравнению с методом аппроксимации подзадачи, метод первого порядка затрачивает большие ресурсы и является более точным. Однако высокая точность, не всегда гарантирует лучшее решение. Ниже приведено несколько подобных ситуаций:

•Метод первого порядка может сойтись к неосуществимому проекту. В этом случае вероятно обнаружение локального минимума, или выход за границы пространства проекта. Если подобное происходит, рекомендуется выполнять расчет при помощи метода аппроксимации подзадачи (команда OPTYPE, SUBP), которая лучше использует полное пространство проекта. Кроме того, для определения расположения пространства выполнимого проекта (если таковые существуют) можно создать случайные проекты (команда OPTYPE, RAND) и далее повторно вызвать метод первого порядка, используя выполнимый набор проекта в качестве исходной точки.

•Метод первого порядка с высокой вероятностью может найти локальный минимум. Подобное может наблюдаться в связи с тем, что метод первого порядка начинает вычисления относительно одной начальной точки пространства проекта и ищет минимум. Если начальная точка также находится вблизи локального минимума, эта точка может быть обнаружена вместо глобального минимума. При наличии подозрений об обнаружении локального минимума, можно использовать метод аппроксимации подзадачи или создания случайного проекта, как описано выше.

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. Верификационный| vk.com/id446425943отчет. Том 1

• Допуск целевой функции, являющийся слишком малым, может вызвать выполнение значительного числа итераций. Поскольку этот метод использует фактическое представление модели из конечных элементов (а не аппроксимацию), он будет стремиться находить точное решение в соответствии с указанным допуском.

Проверка сходимости

Итерации метода первого порядка повторяются вплоть до обнаружения сходимости или до прекращения работы. Задача считается сошедшейся, если при сравнении текущего варианта как с предыдущим, так и с “лучшим” проектом, удовлетворено одно из следующих условий:

• Изменение значения целевой функции текущего (j) проекта по отношению к лучшему (b) проекту меньше допуска значения целевой функции (τ):

• Изменение значения целевой функции текущего (j) проекта по отношению к предыдущему (j-1) проекту меньше допуска значения целевой функции (τ):

Кроме того, для окончательной итерации имеется требование использования самого быстрого спуска, иначе выполняются дополнительные итерации.

Задача может закончиться прежде обнаружения сходимости. Подобное может произойти в случае выполнения числа итераций, равного аргументу NITR команды OPFRST.

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. Верификационный| vk.com/id446425943отчет. Том 1

4.4Библиотека конечных элементов

Библиотека конечных элементов ПК ANSYS содержит более шестидесяти типов элементов для задач статического и динамического анализа, более двадцати – для задач теплопередачи, а также включает в себя многочисленные магнитные элементы, элементы теории поля и специальные элементы. Это разнообразие элементов позволяет ПК ANSYS проводить расчёты стержневых, оболочечных и твердотельных систем в двумерной и трёхмерной постановке, расчёт трубопроводов, а также позволяет решать нелинейные задачи, в т.ч. контактные задачи и расчёт вантовых систем. Возможно включение в ANSYS собственных типов КЭ, моделей материалов, специализированных команд, решателей и модулей оптимизации. Создаваемый тип КЭ может иметь собственный набор “реальных” характеристик, произвольное число узлов и степеней свободы, а также любую из поддерживаемых моделей материалов.

Типы верифицированных в данном отчете конечных элементов представлены ниже.

4.4.1 Элементы связей

LINK1 (2D 2-узловой ферменный элемент) – плоский стержневой элемент, воспринимающий растяжение или сжатие, имеющий две степени свободы в узле.

LINK8 (пространственный стержневой элемент, работающий на растяжение или сжатие) – пространственный стержневой элемент, имеет одну ось, может воспринимать растяжение и сжатие и имеет три степени свободы в каждом узле.

LINK10 (пространственный стержневой элемент, работающий на растяжение или сжатие) – пространственный стержневой элемент с использованием билинейной матрицы жесткости, порождающей одноосный элемент, воспринимающий только растяжение (или только сжатие). Имеет три степени свободы в каждом узле: перемещения в направлении осей X, Y и Z узловой системы координат.

4.4.2 Балочные (стержневые) элементы

BEAM3 (2D 2-узловой балочный элемент) – плоский (двумерный) линейный элемент балки, имеющий 2 узла (по 3 степени свободы в каждом).

BEAM4 (3D 2-узловой балочный элемент) – пространственная упругая балка с прямолинейной осью, может воспринимать растяжение, сжатие, кручение и изгиб. Имеет шесть степеней свободы в каждом узле, обладает свойством изменения жёсткости при приложении нагрузок и больших перемещений.

BEAM24 (3D тонкостенный балочный элемент) – элемент с одной осью,

произвольным поперечным сечением (открытым или замкнутым), имеющим возможность воспринимать растяжение, сжатие, изгиб и кручение в соответствии с теорией Сен-Венана. Может использоваться произвольное открытое или односвязное замкнутое поперечное сечение. Элемент имеет шесть степеней свободы в каждом узле.

BEAM44 (3D 2-узловой балочный элемент) – пространственный линейный элемент балки, имеющий 3 узла: 2 “содержательных” узла располагаются на оси элемента (по краям), третий является узлом ориентации и может быть общим для нескольких элементов. В качестве дополнительной возможности имеется учёт влияния крутильных (сдвиговых) деформаций.

BEAM54 (2D 2-узловой балочный элемент) – плоский (двумерный) линейный элемент балки, имеющий 2 узла. Данный элемент имеет возможность учёта поперечного сдвига и эффекта упругого основания (опционально).

BEAM188 (3D 2-узловой балочный элемент) – пространственный линейный элемент балки, имеющий 3 узла: 2 “содержательных” узла располагаются на оси элемента (по краям), третий является узлом ориентации и может быть общим для нескольких элементов. Элемент поддерживает учет сдвига и депланации.

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. Верификационный| vk.com/id446425943отчет. Том 1

BEAM189 (3D 3-узловой балочный элемент) – пространственный квадратичный элемент балки, имеющий 4 узла, три из которых лежат на оси элемента (два по краям, один в середине), четвёртый – узел ориентации. Элемент поддерживает учет сдвига и депланации.

4.4.3 Плоские (двумерные) элементы

PLANE2 (2-D 6-узловой треугольный элемент) – используется для моделирования конструкций с двухмерным НДС. КЭ может использоваться в качестве плоского (с плоским напряженным или деформированным состоянием) или осесимметричного элемента. Имеет форму треугольника, определяется 6-ю узлами (имеющими по две степени свободы).

PLANE35 (2-D 6-узловой температурный элемент) – является 6-узловым треугольным элементом совместимым с 8-узловым элементом PLANE77. Треугольная форма делает его эффективным для моделирования нерегулярных сеток. Элемент имеет одну степень свободы – температура в каждом узле.

PLANE42 (2-D 4-узловой элемент) PLANE42 – элемент используется для двухмерного моделирования конструкций с объемным НДС. Элемент может использоваться в качестве плоского (с плоским напряженным или деформированным состоянием) или в качестве осесимметричного элемента. Для подавления дополнительных форм перемещений имеется специальная опция. Исходные данные включают четыре узла (имеющие по две степени свободы), толщину (только при использовании опции плоского напряженного состояния) и свойства ортотропного материала.

PLANE55 (2-D 4-узловой температурный элемент) – элемент применяется для теплового анализа в плоской постановке, установившихся и переходных процессов. Элемент имеет четыре узла с одной степенью свободы – температурой в каждом узле.

PLANE77 (2-D 8-узловой температурный элемент) – является аналогом элемента

PLANE55, имеет более высокий порядок. Элемент применяется для плоского термического анализа, установившихся и переходных процессов Элемент имеет восемь узлов с одной степенью свободы – температурой в каждом узле.

PLANE82 (2-D 4-узловые элементы) – является аналогом PLANE42. PLANE82 –

элемент 2-го порядка, имеет восемь узлов с двумя степенями свободы. Обеспечивает более точные результаты для смешанных сеток и допускает искажение формы элемента без существенной потери точности.

PLANE146 (2-D 6-узловой треугольный элемент) – треугольный р-элемент с максимальной степенью интерполяционного многочлена, равной 8. Элемент содержит шесть узлов, имеющих по две степени свободы: перемещение в направлении осей X и Y узловой системы координат.

PLANE182 (2-D 4-узловые элементы) – элемент может использоваться для моделирования плоского напряженного, плоского деформированного, обобщенного плоского деформированного или осесимметричного состояния. Определяется четырьмя узлами, имеющими по две степени свободы: перемещения в направлении осей X и Y узловой системы координат.

PLANE183 (2-D 8-узловой элемент) – 8-узловой плоский элемент 2-го порядка. Имеет квадратичное представление перемещений и пригоден для нерегулярных сеток. Элемент определяется восемью узлами, имеющими две степени свободы: перемещения в направлении осей X и Y узловой системы координат.

4.4.4 Оболочечные элементы

SHELL43 (3-D 4-узловой оболочечный элемент) – четырехузловой элемент, хорошо подходит для расчета линейных, искривленных моделей оболочек средней толщины. Элемент имеет шесть степеней свободы в каждом узле: перемещения в направлении X, Y и Z узловой системы координат и повороты вокруг осей X, Y и Z узловой системы координат.

SHELL63 (3-D 4-узловой оболочечный элемент) – четырехузловой элемент, имеет возможности учета мембранного растяжения – сжатия и изгиба. Элемент имеет шесть

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. Верификационный| vk.com/id446425943отчет. Том 1

степеней свободы в каждом узле: перемещения в направлении X, Y и Z узловой системы координат повороты вокруг осей X, Y и Z узловой системы координат. Элемент имеет возможность работы с изменением жесткости при приложении нагрузок и большими перемещениями.

SHELL93 (3-D 8-узловой оболочечный элемент) – восьмиузловой элемент, обычно использующийся для моделирования криволинейных оболочек и учитывающий поперечный сдвиг. Имеет по шесть степеней свободы в каждом узле. Вид перемещений является квадратичным в обоих направлениях в плоскости элемента.

SHELL99 (3D 8-узловой оболочечный элемент) – пространственный (трёхмерный) линейный элемент многослойной оболочки, имеющий восемь узлов: четыре “содержательных” узла располагаются по углам элемента, остальные четыре являются промежуточными

SHELL150 (3D 8-узловой оболочечный элемент) – восьмиузловой p–элемент оболочки с максимальной степенью интерполяционного многочлена, равной восьми. Предназначен для расчёта изгибных оболочек. Имеет шесть степеней свободы в каждом узле.

SHELL181 (3-D 4-узловой оболочечный элемент) – оболочечный элемент, имеющий четыре узла. В данном элементе реализована теория оболочек Миндлина-Рейсснера.

SOLSH190 (3D 8-узловые элементы объемной оболочки) – пространственный восьмиузловой элемент объёмной оболочки.

SHELL281 (3D 8-узловой оболочечный элемент) – пространственный (трёхмерный) оболочечный восьмиузловой конечный элемент, реализующий теорию оболочек МиндлинаРейсснера. Имеет восемь узлов: четыре “содержательных” узла располагаются по углам элемента, остальные четыре являются промежуточными. Данный элемент применяют для анализа тонких или среднетолщинных оболочек.

4.4.5 Объемные элементы

SOLID45 (3-D 8-узловой элемент) – элемент для моделирования трехмерных конструкций. Определяется восемью узлами. Направления соответствуют направлениям системы координат элемента.

SOLID65 (3-D 8-узловой элемент) – специальный объемный шестигранный восьмиузловой элемент с тремя степенями свободы в узле и дополнительными функциями формы внутриэлементных перемещений для повышения точности.

SOLID90 (3-D 20-узловой температурный объемный элемент) – восьмиузловой пространственный температурный элемент. Имеет 20 узлов с одной степенью свободы в каждом (температура). Элемент хорошо подходит для моделирования криволинейных границ.

SOLID185(3-D 8-узловой объемный элемент) – пространственный, восьмиузловой элемент. Использует В – метод (селективный метод редуцированного интегрирования), метод равномерного редуцированного интегрирования, или метод расширенной формулировки деформаций.

SOLID186 (3-D 20-узловые объемные элементы) – объемный (трехмерный)

гексаэдрический квадратичный элемент, имеющий двадцать узлов. Элемент имеет квадратичное представление перемещений и в состоянии использовать нерегулярную форму сетки.

SOLID187 (3-D 10-узловые объемные элементы) – объемный (трехмерный)

тетраэдрический квадратичный элемент. Определяется десятью узлами.

4.4.6 Суперэлементы

MATRIX50 (суперэлемент/подконструкция) – является группой предварительно собранных конечных элементов, которая рассматривается в качестве отдельного элемента и представлена редуцированными матрицами (жесткости, масс, нагрузок). После своего

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. Верификационный| vk.com/id446425943отчет. Том 1

создания суперэлемент может быть включен в любую модель ПК ANSYS и использоваться в любом типе расчета, для которого допускается его применение.

4.4.7 Контактные элементы

CONTAC12 (2D контактные элементы) – элемент, представляющий собой две поверхности, которые могут входить в физический контакт или выходить из него и могут скользить относительно друг друга. Элемент состоит из двух узлов, имеет по две степени свободы в каждом узле: линейные перемещения в направлении X и Y узловой системы координат.

CONTA171 (2D контактные элементы типа поверхность с поверхностью с двумя узлами) – используется для моделирования контактного взаимодействия и скольжения между двумерными ответными поверхностями (элемент TARGE169) и деформируемой поверхностью, определенной данным элементом. Элемент имеет две степени свободы в каждом узле: линейные перемещения в направлении X и Y узловой системы координат.

CONTA175 (2D/3D контактные элементы типа узел с поверхностью) – элемент может использоваться для представления контакта и скольжения между двумя поверхностями (или узлом – поверхностью, или линией – поверхностью) в 2D и 3D пространствах. Контакт происходит при внедрении контактного узла в элемент ответной поверхности TARGE169 или TARGE170. Касательные напряжения трения определяются.

CONTA176 (3D контактные элементы) – контактный трёхузловой элемент типа “линия-линия”. Предназначен для моделирования контакта с трёхмерными недеформируемыми линейными сегментами (TARGE170) и деформируемыми линейными сегментами, представленными самим элементом.

4.4.8 Специальные элементы

PIPE16 (3-D 2-узловой элемент трубопровода) – элемент подобный стержню или балке, имеющий возможности поддержки растяжения – сжатия, изгиба и кручения. Элемент имеет шесть степеней свободы в каждом из двух узлов.

PIPE20 (3-D 2-узловой элемент трубопровода) – прямолинейный двухузловой элемент трубопроводов, поддерживающий свойства растяжения–сжатия, кручения и изгиба. Элемент имеет шесть степеней свободы в каждом узле.

VISCO106 (2-D 4-узловой вязкоупругий элемент) – двумерный вязкоупругий элемент с 4-мя узлами. Используется для решения задач пластичности с большими деформациями.

MPC184 (жёсткие стержневые элементы без возможности изгиба) – элемент кинематических ограничений. Имеет возможность моделирования как простых (приравнивание перемещений в шарнире), так и более сложных связей, например жёстких тел или кинематических связей, передающими движение между деформируемыми частями модели некоторым образом (ползуны и т.п.). Данные элементы формируются на основе метода множителей Лагранжа.

MASS21 (элемент сосредоточенной массы) – точечный элемент сосредоточенной массы. Определяется единственным узлом, компонентами сосредоточенной массы в направлении осей системы координат элемента и моментами инерции относительно осей системы координат элемента.

INTER202 (2D 4-узловой элемент моделирования сцепления) INTER202 – двумерный четырёхузловой конечный элемент, моделирующий зону сцепления частей конструкции (например, расслоение композитов).

TARGE169 (2-D ответные элементы) – элемент используется для представления ответных двухмерных поверхностей для связи с контактными элементами CONTA171, CONTA172. Имеет 2 либо 3 узла в зависимости от применяемых КЭ, на поверхность которых он накладывается.

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. Верификационный| vk.com/id446425943отчет. Том 1

TARGE170 (3-D ответные элементы) – элемент используется для представления ответных трёхмерных поверхностей для связи с контактными элементами CONTA173, CONTA174, CONTA175. Имеет четыре либо восемь узлов в зависимости от типа КЭ, на поверхность которых он “накладывается”.

SURF152 (2-D элемент температурных поверхностных эффектов) – предназначен для объемного термического анализа. Элемент может использоваться для варьирования нагрузок и поверхностных эффектов. Он может накладываться на поверхности любого пространственного температурного элемента. Варьируемые нагрузки и поверхностные эффекты могут существовать одновременно. Элемент может иметь от 4-х до 9-ти узлов.

4.4.9 Комбинированные элементы

COMBIN40 (комбинация пружины и демпфера) – элемент, комбинирующий свойства пружины и демпфера. Имеет два узла, по одной степени свободы в каждом.

4.5Создание геометрических и расчетных моделей

Входные данные для анализа в ПК ANSYS задаются в общем препроцессоре PREP7. В нем существует возможность создания и геометрической и КЭ-модели. Такие необходимые для расчёта параметры, как геометрические характеристики, свойства материала, граничные условия, нагрузки и т.д. можно определить через графический интерфейс, пользовательские файлы или макросы, написанные на встроенном языке программирования APDL.

4.5.1Обзор методов создания моделей

Втерминологии комплекса ANSYS под созданием модели в данном описании подразумевается процесс определения геометрического расположения узлов и элементов модели. Существует возможность применения следующих методов создания модели:

•создание геометрической модели средствами комплекса ANSYS;

•использование прямой генерации (узлов и элементов);

•импорт моделей, созданных средствами CAD.

Обычная процедура моделирования может воспроизводить перечисленную ниже последовательность действий:

•Предварительная (начальная) постановка задачи. Указывается цель расчета, определяется базовая форма модели, выбираются применяемые типы элементов, и назначается требуемая дискретность (плотность) сетки. Обычно эти действия выполняются перед началом сеанса работы с комплексом ANSYS.

•Вход в препроцессор (PREP7) и начало процедуры создания модели. Чаще всего модель создается при помощи процедур геометрического моделирования.

•Настройка рабочих плоскостей.

•Создание базовых геометрических объектов при помощи геометрических примитивов и булевых операций.

•Активизация требуемых систем координат.

•Создание объектов геометрической модели “снизу вверх”, то есть создание точек и, при необходимости, последующее формирование линий, поверхностей и объемов.

•При необходимости использование дополнительных булевых операций или операций контроля номеров для связывания отдельных разделенных областей геометрической модели в единую геометрическую модель.

•Создание таблицы атрибутов элементов (указание типов элементов, геометрических характеристик, свойств материалов и систем координат элементов).

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. Верификационный| vk.com/id446425943отчет. Том 1

•Назначение указателей атрибутов элементов.

•При необходимости назначение опций контроля вида сетки, что позволяет создавать сетку с требуемой плотностью. Эта процедура требуется не всегда, поскольку в комплексе имеется размер элемента, применяемый по умолчанию. При необходимости автоматического улучшения сетки самим комплексом в данном месте следует выйти из препроцессора и активизировать адаптивное построение сетки.

•Создание узлов и элементов на основе геометрической модели.

•После создания узлов и элементов добавляются объекты типа контактных элементов поверхности с поверхностью, связей степеней свобод и уравнений ограничений.

•Сохранение данных модели в файле Jobname.DB.

•Выход из препроцессора.

Для создания модели могут применяться два метода: геометрическое моделирование и прямая генерация (узлов и элементов). При использовании геометрического моделирования описываются геометрические границы модели, назначаются средства контроля размера и требуемой формы элементов и далее вызываются средства комплекса ANSYS, автоматически создающие все узлы и элементы. В отличие от этого, при прямой генерации пользователь сам определяет расположение каждого узла и размер, форму и связность каждого элемента до создания этих объектов в модели комплекса ANSYS.

Несмотря на возможность определенной автоматической генерации данных, метод прямой генерации, по существу, практически является непосредственным (ручным) методом, который требует, чтобы пользователь сам контролировал номера узлов при создании сетки конечных элементов. Такое детальное слежение может усложнять создание больших моделей и потенциально способствует появлению ошибок моделирования. Геометрическое моделирование является более мощным и универсальным методом, чем прямая генерация, и считается предпочтительным методом создания модели.

4.5.2 Системы координат

Комплекс ANSYS имеет несколько типов систем координат, используемых для разных целей:

•глобальные и локальные системы координат, использующиеся для указания места расположения объектов (узлов, точек и т. п.) в пространстве;

•дисплейные (экранные) системы координат, использующиеся для просмотра

объектов;

•узловые системы координат, использующиеся для определения направлений степеней свободы в узлах и направления узловых расчетных результатов;

•элементные системы координат, использующиеся для определения направления свойств материалов и направления элементных расчетных результатов;

•системы координат результатов, использующиеся для преобразования узловых

иэлементных результатов к виду, требующемуся для просмотра в текстовом и графическом вариантах, а также для иных операций в препроцессоре РОSТ1.

Глобальные и локальные системы координат используются для определения положения геометрических объектов. По умолчанию координаты узла или точки считаются определенными в глобальной декартовой системе координат. Для ряда моделей удобнее определять координаты в системе координат, отличающейся от глобальной декартовой. Комплекс ANSYS позволяет использование любой из трех определенных систем координат

илюбого числа систем координат, созданных пользователем (локальных).

Глобальные системы координат могут рассматриваться в качестве рекомендуемых систем координат. Комплекс ANSYS имеет три предварительно установленные системы координат - декартову, цилиндрическую и сферическую. Все три системы являются правыми и, по определению, имеют общую точку начала. Системы координат различаются номерами: 0 – для декартовой, 1 – для цилиндрической и 2 – для сферической системы координат.

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. Верификационный| vk.com/id446425943отчет. Том 1

Во многих случаях может оказаться необходимым создание пользовательских систем координат, которые отличаются от глобальных систем координат точкой начала или направлением осей.

4.6Приложение нагрузок, проведение вычислений, операции с результатами

На данном этапе для указания типа расчета и опций расчета, приложения нагрузок, указания опций шага нагрузок и вызова процедуры расчета при помощи метода конечных элементов используется модуль SOLUTION. Кроме того, нагрузки могут прикладываться в модуле препроцессора PREP7.

4.6.1 Приложение нагрузок

Основной задачей расчета конструкций при помощи МКЭ является исследование поведения конструкции или ее составной части в условиях приложения разнообразных внешних воздействий. Поэтому, приложение нагрузок является весьма важным этапом расчета. Комплекс ANSYS дает возможность приложения нагрузок разными способами. Кроме того, существенную помощь при создании нагрузок в ходе решения могут оказать опции приложения нагрузок.

Понятие “нагрузки” в терминах ANSYS включает в себя граничные условия, а также внешние и внутренние усилия. Примерами нагрузок для разных типов расчетов являются следующие:

Прочность (МДТТ): перемещения, усилия, давления, температуры (для определения термических напряжений и деформаций), инерционные силы.

Тепловые расчеты: температуры, удельные потоки тепла, конвекции, внутренняя генерация тепла, граничные условия в бесконечности.

Магнетизм: магнитные потенциалы, магнитные потоки, линии магнитного потока, плотности магнитного потока, граничные условия на бесконечности.

Электричество: электрические потенциалы (напряжения), электрические токи, электрические заряды, плотности зарядов, граничные условия в бесконечности.

Потоки жидкостей и газов: скорости, давления.

Нагрузки делятся на шесть групп: ограничения на степени свобод, усилия (сосредоточенные нагрузки), поверхностные нагрузки, объемные нагрузки, инерционные нагрузки и нагрузки “связанных” расчетов (многодисциплинарные задачи).

Ограничения на степени свобод (DOF) устанавливают для степени свободы заранее известное значение. Примерами подобных связей являются перемещения и граничные условия в задачах прочности, предписанные температуры в тепловых расчетах и граничные условия при расчете потоков.

Силы (Forces) являются сосредоточенными нагрузками, прикладываемыми в узлах модели. Примерами являются силы и моменты в задачах прочности, удельные потоки тепла в тепловых расчетах и линии тока в магнитных расчетах.

Поверхностные нагрузки являются нагрузками, распределенными по поверхности. Примерами являются давление в задачах прочности, а также конвекция и поток тепла в тепловых расчетах.

Объемные нагрузки являются нагрузками, действующими в пределах всего тела. Примерами являются температуры и изменение размеров под влиянием потока частиц в задачах прочности, скорость выделения тепла в тепловых расчетах и плотность потока в расчетах магнетизма.

Инерционные нагрузки создаются наличием у конструкции массы, например при действии ускорения свободного падения, угловой скорости и углового ускорения. Таковые используются в основном при расчете задач прочности.

Нагрузки связанных расчетов являются частными случаями одного из указанных выше типов нагрузок для исследований, применяющих результаты одного расчета в качестве

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. Верификационный| vk.com/id446425943отчет. Том 1

нагрузок другого расчета. Примером может являться использование температур в качестве нагрузок при расчете прочности.

4.6.2 Шаги нагрузки, промежуточные шаги и итерации решения

Шаг нагрузки является набором нагрузок, для которого ищется решение. Для линейного статического расчета пользователь может использовать разные шаги нагрузок для получения разнообразных решений, например давление (ветровую нагрузку) для первого шага нагрузок, инерционные нагрузки на втором шаге нагрузок, оба вида нагружения и измененные закрепления на третьем шаге и т. д. При расчете переходных процессов последовательные шаги нагрузок соответствуют разным фазам истории нагружения конструкции.

Комплекс ANSYS использует активный набор элементов, определённый перед первым шагом нагрузки, и для выполнения последующих шагов, вне зависимости от того, меняется ли активный набор между шагами нагрузки. Для выбора активного набора элементов применяется команда ESEL.

Промежуточный шаг – промежуточный этап внутри шага нагрузки, для которого также может быть получено решение. Они могут использоваться в следующих случаях:

•при выполнении нелинейного статического (нелинейного стационарного) расчета промежуточный шаг применяется для непрерывного приложения нагрузок при получении точного решения;

•при выполнении расчета линейного или нелинейного переходного процесса промежуточный шаг применяется для удовлетворения принципам интегрирования по времени (поскольку для получения точного решения требуются минимальные шаги по времени течения процесса);

•при выполнении расчета вынужденных колебаний промежуточный шаг применяется для получения решения для нескольких частот в пределах назначенного спектра.

Итерация – дополнительный расчет, проводящийся в пределах промежуточного шага для получения сходимости решения. Итерация используется только в расчетах нелинейных процессов (статических и переходных), где она играет важную роль.

4.6.3Сущность “времени” при приложении нагрузок

Комплекс ANSYS использует термин “время” как параметр приложения нагрузок при

анализе всех статических или переходных процессов, вне зависимости от того, являются ли они действительно зависящими от времени. Преимущество подобного подхода заключается во введении во всех случаях нагружения независимого параметра (счетчика), устраняющего потребность в иных параметрах, зависящих от процесса нагружения. Соответственно, в задачах статики время может выражаться в паскалях (Па) или ньютонах (Н).

Кроме того, параметр времени всегда монотонно увеличивается, и большинство процессов также развивается с течением времени, за исключением коротких периодических процессов.

Очевидно, что при анализе переходных процессов или процессов, связанных со скоростью (ползучесть или вязкопластичность), параметр времени является хронологическим временем, определяемым в секундах, минутах или часах. Время назначается в конце каждого шага нагрузки при определении хронологии нагружения командой TIME.