- •Table of Contents
- •Chapter 1: Probabilistic Design
- •1.1. Understanding Probabilistic Design
- •1.1.1. Traditional (Deterministic) vs. Probabilistic Design Analysis Methods
- •1.1.2. Reliability and Quality Issues
- •1.2. Probabilistic Design Terminology
- •1.3. Using Probabilistic Design
- •1.3.1. Create the Analysis File
- •1.3.1.1. Example Problem Description
- •1.3.1.2. Build the Model Parametrically
- •1.3.1.3. Obtain the Solution
- •1.3.1.4. Retrieve Results and Assign as Output Parameters
- •1.3.1.5. Prepare the Analysis File
- •1.3.2. Establish Parameters for Probabilistic Design Analysis
- •1.3.3. Enter the PDS and Specify the Analysis File
- •1.3.4. Declare Random Input Variables
- •1.3.5. Visualize Random Input Variables
- •1.3.6. Specify Correlations Between Random Variables
- •1.3.7. Specify Random Output Parameters
- •1.3.8. Select a Probabilistic Design Method
- •1.3.8.1. Probabilistic Method Determination Wizard
- •1.3.9. Execute Probabilistic Analysis Simulation Loops
- •1.3.9.1. Probabilistic Design Looping
- •1.3.9.2. Serial Analysis Runs
- •1.3.9.3. PDS Parallel Analysis Runs
- •1.3.9.3.1. Machine Configurations
- •1.3.9.3.1.1. Choosing Slave Machines
- •1.3.9.3.1.2. Using the Remote Shell Option
- •1.3.9.3.1.3. Using the Connection Port Option
- •1.3.9.3.1.4. Configuring the Master Machine
- •1.3.9.3.1.5. Host setup using port option
- •1.3.9.3.1.6. Host and Product selection for a particular analysis
- •1.3.9.3.2. Files Needed for Parallel Run
- •1.3.9.3.3. Controlling Server Processes
- •1.3.9.3.4. Initiate Parallel Run
- •1.3.10. Fit and Use Response Surfaces
- •1.3.10.1. About Response Surface Sets
- •1.3.10.2. Fitting a Response Surface
- •1.3.10.3. Plotting a Response Surface
- •1.3.10.4. Printing a Response Surface
- •1.3.10.5. Generating Monte Carlo Simulation Samples on the Response Surfaces
- •1.3.11. Review Results Data
- •1.3.11.1. Viewing Statistics
- •1.3.11.2. Viewing Trends
- •1.3.11.3. Creating Reports
- •1.4. Guidelines for Selecting Probabilistic Design Variables
- •1.4.1. Choosing and Defining Random Input Variables
- •1.4.1.1. Random Input Variables for Monte Carlo Simulations
- •1.4.1.2. Random Input Variables for Response Surface Analyses
- •1.4.1.3. Choosing a Distribution for a Random Variable
- •1.4.1.3.1. Measured Data
- •1.4.1.3.2. Mean Values, Standard Deviation, Exceedence Values
- •1.4.1.3.3. No Data
- •1.4.1.4. Distribution Functions
- •1.4.2. Choosing Random Output Parameters
- •1.5. Probabilistic Design Techniques
- •1.5.1. Monte Carlo Simulations
- •1.5.1.1. Direct Sampling
- •1.5.1.2. Latin Hypercube Sampling
- •1.5.1.3. User-Defined Sampling
- •1.5.2. Response Surface Analysis Methods
- •1.5.2.1. Central Composite Design Sampling
- •1.5.2.2. Box-Behnken Matrix Sampling
- •1.5.2.3. User-Defined Sampling
- •1.6. Postprocessing Probabilistic Analysis Results
- •1.6.1. Statistical Postprocessing
- •1.6.1.1. Sample History
- •1.6.1.2. Histogram
- •1.6.1.3. Cumulative Distribution Function
- •1.6.1.4. Print Probabilities
- •1.6.1.5. Print Inverse Probabilities
- •1.6.2. Trend Postprocessing
- •1.6.2.1. Sensitivities
- •1.6.2.2. Scatter Plots
- •1.6.2.3. Correlation Matrix
- •1.6.3. Generating an HTML Report
- •1.7. Multiple Probabilistic Design Executions
- •1.7.1. Saving the Probabilistic Design Database
- •1.7.2. Restarting a Probabilistic Design Analysis
- •1.7.3. Clearing the Probabilistic Design Database
- •1.8. Example Probabilistic Design Analysis
- •1.8.1. Problem Description
- •1.8.2. Problem Specifications
- •1.8.2.1. Problem Sketch
- •1.8.3. Using a Batch File for the Analysis
- •1.8.4. Using the GUI for the PDS Analysis
- •Chapter 2: Variational Technology
- •2.1. Harmonic Sweep Using VT Accelerator
- •2.1.1. Structural Elements Supporting Frequency-Dependent Properties
- •2.1.2. Harmonic Sweep for Structural Analysis with Frequency-Dependent Material Properties
- •2.1.2.1. Beam Example
- •Chapter 3: Adaptive Meshing
- •3.1. Prerequisites for Adaptive Meshing
- •3.2. Employing Adaptive Meshing
- •3.3. Modifying the Adaptive Meshing Process
- •3.3.1. Selective Adaptivity
- •3.3.2. Customizing the ADAPT Macro with User Subroutines
- •3.3.2.1. Creating a Custom Meshing Subroutine (ADAPTMSH.MAC)
- •3.3.2.2. Creating a Custom Subroutine for Boundary Conditions (ADAPTBC.MAC)
- •3.3.2.3. Creating a Custom Solution Subroutine (ADAPTSOL.MAC)
- •3.3.2.4. Some Further Comments on Custom Subroutines
- •3.3.3. Customizing the ADAPT Macro (UADAPT.MAC)
- •3.4. Adaptive Meshing Hints and Comments
- •3.5. Where to Find Examples
- •Chapter 4: Rezoning
- •4.1. Benefits and Limitations of Rezoning
- •4.1.1. Rezoning Limitations
- •4.2. Rezoning Requirements
- •4.3. Understanding the Rezoning Process
- •4.3.1. Overview of the Rezoning Process Flow
- •4.3.2. Key Commands Used in Rezoning
- •4.4. Step 1: Determine the Substep to Initiate Rezoning
- •4.5. Step 2. Initiate Rezoning
- •4.6. Step 3: Select a Region to Remesh
- •4.7. Step 4: Perform the Remeshing Operation
- •4.7.1. Choosing a Remeshing Method
- •4.7.1.1. Remeshing Using a Program-Generated New Mesh (2-D)
- •4.7.1.1.1. Creating an Area to Remesh
- •4.7.1.1.2. Using Nodes From the Old Mesh
- •4.7.1.1.3. Hints for Remeshing Multiple Regions
- •4.7.1.1.4. Generating a New Mesh
- •4.7.1.2. Remeshing Using a Generic New Mesh (2-D and 3-D)
- •4.7.1.2.1. Using the REMESH Command with a Generic New Mesh
- •4.7.1.2.2. Requirements for the Generic New Mesh
- •4.7.1.2.3. Using the REGE and KEEP Remeshing Options
- •4.7.1.3. Remeshing Using Manual Mesh Splitting (2-D and 3-D)
- •4.7.1.3.1. Understanding Mesh Splitting
- •4.7.1.3.2. Geometry Details for Mesh Splitting
- •4.7.1.3.3. Using the REMESH Command for Mesh Splitting
- •4.7.1.3.4. Mesh-Transition Options for 2-D Mesh Splitting
- •4.7.1.3.5. Mesh-Transition Options for 3-D Mesh Splitting
- •4.7.1.3.7. Improving Tetrahedral Element Quality via Mesh Morphing
- •4.7.2. Mesh Control
- •4.7.3. Remeshing Multiple Regions at the Same Substep
- •4.8. Step 5: Verify Applied Contact Boundaries, Surface-Effect Elements, Loads, and Boundary Conditions
- •4.8.1. Contact Boundaries
- •4.8.2. Surface-Effect Elements
- •4.8.3. Pressure and Contiguous Displacements
- •4.8.4. Forces and Isolated Applied Displacements
- •4.8.5. Nodal Temperatures
- •4.8.6. Other Boundary Conditions and Loads
- •4.9. Step 6: Automatically Map Variables and Balance Residuals
- •4.9.1. Mapping Solution Variables
- •4.9.2. Balancing Residual Forces
- •4.9.3. Interpreting Mapped Results
- •4.9.4. Handling Convergence Difficulties
- •4.10. Step 7: Perform a Multiframe Restart
- •4.11. Repeating the Rezoning Process if Necessary
- •4.11.1. File Structures for Repeated Rezonings
- •4.12. Postprocessing Rezoning Results
- •4.12.1. The Database Postprocessor
- •4.12.1.1. Listing the Rezoning Results File Summary
- •4.12.1.2. Animating the Rezoning Results
- •4.12.1.3. Using the Results Viewer for Rezoning
- •4.12.2. The Time-History Postprocessor
- •4.13. Rezoning Restrictions
- •4.14. Rezoning Examples
- •4.14.1. Example: Rezoning Using a Program-Generated New Mesh
- •4.14.1.1. Initial Input for the Analysis
- •4.14.1.2. Rezoning Input for the Analysis
- •4.14.2. Example: Rezoning Using a Generic New Mesh
- •4.14.2.1. Initial Input for the Analysis
- •4.14.2.2. Exporting the Distorted Mesh as a CDB File
- •4.14.2.3. Importing the File into ANSYS ICEM CFD and Generating a New Mesh
- •4.14.2.4. Rezoning Using the New CDB Mesh
- •Chapter 5: Mesh Nonlinear Adaptivity
- •5.1. Mesh Nonlinear Adaptivity Benefits, Limitations and Requirements
- •5.1.1. Rubber Seal Simulation
- •5.1.2. Crack Simulation
- •5.2. Understanding the Mesh Nonlinear Adaptivity Process
- •5.2.1. Checking Nonlinear Adaptivity Criteria
- •5.2.1.1. Defining Element Components
- •5.2.1.2. Defining Nonlinear Adaptivity Criteria
- •5.2.1.3. Defining Criteria-Checking Frequency
- •5.3. Mesh Nonlinear Adaptivity Criteria
- •5.3.1. Energy-Based
- •5.3.2. Position-Based
- •5.3.3. Contact-Based
- •5.3.4. Frequency of Criteria Checking
- •5.4. How a New Mesh Is Generated
- •5.5. Convergence at Substeps with the New Mesh
- •5.6. Controlling Mesh Nonlinear Adaptivity
- •5.7. Postprocessing Mesh Nonlinear Adaptivity Results
- •5.8. Mesh Nonlinear Adaptivity Examples
- •5.8.1. Example: Rubber Seal Simulation
- •5.8.2. Example: Crack Simulation
- •Chapter 6: 2-D to 3-D Analysis
- •6.1. Benefits of 2-D to 3-D Analysis
- •6.2. Requirements for a 2-D to 3-D Analysis
- •6.3. Overview of the 2-D to 3-D Analysis Process
- •6.3.1. Overview of the 2-D to 3-D Analysis Process Flow
- •6.3.2. Key Commands Used in 2-D to 3-D Analysis
- •6.4. Performing a 2-D to 3-D Analysis
- •6.4.1. Step 1: Determine the Substep to Initiate
- •6.4.2. Step 2: Initiate the 2-D to 3-D Analysis
- •6.4.3. Step 3: Extrude the 2-D Mesh to the New 3-D Mesh
- •6.4.4. Step 4: Map Solution Variables from 2-D to 3-D Mesh
- •6.4.5. Step 5: Perform an Initial-State-Based 3-D Analysis
- •6.5. 2-D to 3-D Analysis Restrictions
- •Chapter 7: Cyclic Symmetry Analysis
- •7.1. Understanding Cyclic Symmetry Analysis
- •7.1.1. How the Program Automates a Cyclic Symmetry Analysis
- •7.1.2. Commands Used in a Cyclic Symmetry Analysis
- •7.2. Cyclic Modeling
- •7.2.1. The Basic Sector
- •7.2.2. Edge Component Pairs
- •7.2.2.1. CYCOPT Auto Detection Tolerance Adjustments for Difficult Cases
- •7.2.2.2. Identical vs. Dissimilar Edge Node Patterns
- •7.2.2.3. Unmatched Nodes on Edge-Component Pairs
- •7.2.2.4. Identifying Matching Node Pairs
- •7.2.3. Modeling Limitations
- •7.2.4. Model Verification (Preprocessing)
- •7.3. Solving a Cyclic Symmetry Analysis
- •7.3.1. Understanding the Solution Architecture
- •7.3.1.1. The Duplicate Sector
- •7.3.1.2. Coupling and Constraint Equations (CEs)
- •7.3.1.3. Non-Cyclically Symmetric Loading
- •7.3.1.3.1. Specifying Non-Cyclic Loading
- •7.3.1.3.2. Commands Affected by Non-Cyclic Loading
- •7.3.1.3.3. Plotting and Listing Non-Cyclic Boundary Conditions
- •7.3.1.3.4. Graphically Picking Non-Cyclic Boundary Conditions
- •7.3.2. Solving a Static Cyclic Symmetry Analysis
- •7.3.3. Solving a Modal Cyclic Symmetry Analysis
- •7.3.3.1. Understanding Harmonic Index and Nodal Diameter
- •7.3.3.2. Solving a Stress-Free Modal Analysis
- •7.3.3.3. Solving a Prestressed Modal Analysis
- •7.3.3.4. Solving a Large-Deflection Prestressed Modal Analysis
- •7.3.3.4.1. Solving a Large-Deflection Prestressed Modal Analysis with VT Accelerator
- •7.3.4. Solving a Linear Buckling Cyclic Symmetry Analysis
- •7.3.5. Solving a Harmonic Cyclic Symmetry Analysis
- •7.3.5.1. Solving a Full Harmonic Cyclic Symmetry Analysis
- •7.3.5.1.1. Solving a Prestressed Full Harmonic Cyclic Symmetry Analysis
- •7.3.5.2. Solving a Mode-Superposition Harmonic Cyclic Symmetry Analysis
- •7.3.5.2.1. Perform a Static Cyclic Symmetry Analysis to Obtain the Prestressed State
- •7.3.5.2.2. Perform a Linear Perturbation Modal Cyclic Symmetry Analysis
- •7.3.5.2.3. Restart the Modal Analysis to Create the Desired Load Vector from Element Loads
- •7.3.5.2.4. Obtain the Mode-Superposition Harmonic Cyclic Symmetry Solution
- •7.3.5.2.5. Review the Results
- •7.3.6. Solving a Magnetic Cyclic Symmetry Analysis
- •7.3.7. Database Considerations After Obtaining the Solution
- •7.3.8. Model Verification (Solution)
- •7.4. Postprocessing a Cyclic Symmetry Analysis
- •7.4.1. General Considerations
- •7.4.1.1. Using the /CYCEXPAND Command
- •7.4.1.1.1. /CYCEXPAND Limitations
- •7.4.1.2. Result Coordinate System
- •7.4.2. Modal Solution
- •7.4.2.1. Real and Imaginary Solution Components
- •7.4.2.2. Expanding the Cyclic Symmetry Solution
- •7.4.2.3. Applying a Traveling Wave Animation to the Cyclic Model
- •7.4.2.4. Phase Sweep of Repeated Eigenvector Shapes
- •7.4.3. Static, Buckling, and Full Harmonic Solutions
- •7.4.4. Mode-Superposition Harmonic Solution
- •7.5. Example Modal Cyclic Symmetry Analysis
- •7.5.1. Problem Description
- •7.5.2. Problem Specifications
- •7.5.3. Input File for the Analysis
- •7.5.4. Analysis Steps
- •7.6. Example Buckling Cyclic Symmetry Analysis
- •7.6.1. Problem Description
- •7.6.2. Problem Specifications
- •7.6.3. Input File for the Analysis
- •7.6.4. Analysis Steps
- •7.6.5. Solve For Critical Strut Temperature at Load Factor = 1.0
- •7.7. Example Harmonic Cyclic Symmetry Analysis
- •7.7.1. Problem Description
- •7.7.2. Problem Specifications
- •7.7.3. Input File for the Analysis
- •7.7.4. Analysis Steps
- •7.8. Example Magnetic Cyclic Symmetry Analysis
- •7.8.1. Problem Description
- •7.8.2. Problem Specifications
- •7.8.3. Input file for the Analysis
- •Chapter 8: Rotating Structure Analysis
- •8.1. Understanding Rotating Structure Dynamics
- •8.2. Using a Stationary Reference Frame
- •8.2.1. Campbell Diagram
- •8.2.2. Harmonic Analysis for Unbalance or General Rotating Asynchronous Forces
- •8.2.3. Orbits
- •8.3. Using a Rotating Reference Frame
- •8.4. Choosing the Appropriate Reference Frame Option
- •8.5. Example Campbell Diagram Analysis
- •8.5.1. Problem Description
- •8.5.2. Problem Specifications
- •8.5.3. Input for the Analysis
- •8.5.4. Analysis Steps
- •8.6. Example Coriolis Analysis
- •8.6.1. Problem Description
- •8.6.2. Problem Specifications
- •8.6.3. Input for the Analysis
- •8.6.4. Analysis Steps
- •8.7. Example Unbalance Harmonic Analysis
- •8.7.1. Problem Description
- •8.7.2. Problem Specifications
- •8.7.3. Input for the Analysis
- •8.7.4. Analysis Steps
- •Chapter 9: Submodeling
- •9.1. Understanding Submodeling
- •9.1.1. Nonlinear Submodeling
- •9.2. Using Submodeling
- •9.2.1. Create and Analyze the Coarse Model
- •9.2.2. Create the Submodel
- •9.2.3. Perform Cut-Boundary Interpolation
- •9.2.4. Analyze the Submodel
- •9.3. Example Submodeling Analysis Input
- •9.3.1. Submodeling Analysis Input: No Load-History Dependency
- •9.3.2. Submodeling Analysis Input: Load-History Dependency
- •9.4. Shell-to-Solid Submodels
- •9.5. Where to Find Examples
- •Chapter 10: Substructuring
- •10.1. Benefits of Substructuring
- •10.2. Using Substructuring
- •10.2.1. Step 1: Generation Pass (Creating the Superelement)
- •10.2.1.1. Building the Model
- •10.2.1.2. Applying Loads and Creating the Superelement Matrices
- •10.2.1.2.1. Applicable Loads in a Substructure Analysis
- •10.2.2. Step 2: Use Pass (Using the Superelement)
- •10.2.2.1. Clear the Database and Specify a New Jobname
- •10.2.2.2. Build the Model
- •10.2.2.3. Apply Loads and Obtain the Solution
- •10.2.3. Step 3: Expansion Pass (Expanding Results Within the Superelement)
- •10.3. Sample Analysis Input
- •10.4. Top-Down Substructuring
- •10.5. Automatically Generating Superelements
- •10.6. Nested Superelements
- •10.7. Prestressed Substructures
- •10.7.1. Static Analysis Prestress
- •10.7.2. Substructuring Analysis Prestress
- •10.8. Where to Find Examples
- •Chapter 11: Component Mode Synthesis
- •11.1. Understanding Component Mode Synthesis
- •11.1.1. CMS Methods Supported
- •11.1.2. Solvers Used in Component Mode Synthesis
- •11.2. Using Component Mode Synthesis
- •11.2.1. The CMS Generation Pass: Creating the Superelement
- •11.2.2. The CMS Use and Expansion Passes
- •11.2.3. Superelement Expansion in Transformed Locations
- •11.2.4. Plotting or Printing Mode Shapes
- •11.3. Example Component Mode Synthesis Analysis
- •11.3.1. Problem Description
- •11.3.2. Problem Specifications
- •11.3.3. Input for the Analysis: Fixed-Interface Method
- •11.3.4. Analysis Steps: Fixed-Interface Method
- •11.3.5. Input for the Analysis: Free-Interface Method
- •11.3.6. Analysis Steps: Free-Interface Method
- •11.3.7. Input for the Analysis: Residual-Flexible Free-Interface Method
- •11.3.8. Analysis Steps: Residual-Flexible Free-Interface Method
- •11.3.9. Example: Superelement Expansion in a Transformed Location
- •11.3.9.1. Analysis Steps: Superelement Expansion in a Transformed Location
- •11.3.10. Example: Reduce the Damping Matrix and Compare Full and CMS Results with RSTMAC
- •Chapter 12: Rigid-Body Dynamics and the ANSYS-ADAMS Interface
- •12.1. Understanding the ANSYS-ADAMS Interface
- •12.2. Building the Model
- •12.3. Modeling Interface Points
- •12.4. Exporting to ADAMS
- •12.4.1. Exporting to ADAMS via Batch Mode
- •12.4.2. Verifying the Results
- •12.5. Running the ADAMS Simulation
- •12.6. Transferring Loads from ADAMS
- •12.6.1. Transferring Loads on a Rigid Body
- •12.6.1.1. Exporting Loads in ADAMS
- •12.6.1.2. Importing Loads
- •12.6.1.3. Importing Loads via Commands
- •12.6.1.4. Reviewing the Results
- •12.6.2. Transferring the Loads of a Flexible Body
- •12.7. Methodology Behind the ANSYS-ADAMS Interface
- •12.7.1. The Modal Neutral File
- •12.7.2. Adding Weak Springs
- •12.8. Example Rigid-Body Dynamic Analysis
- •12.8.1. Problem Description
- •12.8.2. Problem Specifications
- •12.8.3. Command Input
- •Chapter 13: Element Birth and Death
- •13.1. Elements Supporting Birth and Death
- •13.2. Understanding Element Birth and Death
- •13.3. Element Birth and Death Usage Hints
- •13.3.1. Changing Material Properties
- •13.4. Using Birth and Death
- •13.4.1. Build the Model
- •13.4.2. Apply Loads and Obtain the Solution
- •13.4.2.1. Define the First Load Step
- •13.4.2.1.1. Sample Input for First Load Step
- •13.4.2.2. Define Subsequent Load Steps
- •13.4.2.2.1. Sample Input for Subsequent Load Steps
- •13.4.3. Review the Results
- •13.4.4. Use Analysis Results to Control Birth and Death
- •13.4.4.1. Sample Input for Deactivating Elements
- •13.5. Where to Find Examples
- •Chapter 14: User-Programmable Features and Nonstandard Uses
- •14.1. User-Programmable Features (UPFs)
- •14.1.1. Understanding UPFs
- •14.1.2. Types of UPFs Available
- •14.2. Nonstandard Uses of the ANSYS Program
- •14.2.1. What Are Nonstandard Uses?
- •14.2.2. Hints for Nonstandard Use of ANSYS
- •Chapter 15: State-Space Matrices Export
- •15.1. State-Space Matrices Based on Modal Analysis
- •15.1.1. Examples of SPMWRITE Command Usage
- •15.1.2. Example of Reduced Model Generation in ANSYS and Usage in Simplorer
- •15.1.2.1. Problem Description
- •15.1.2.2. Problem Specifications
- •15.1.2.3. Input File for the Analysis
- •Chapter 16: Soil-Pile-Structure Analysis
- •16.1. Soil-Pile-Structure Interaction Analysis
- •16.1.1. Automatic Pile Subdivision
- •16.1.2. Convergence Criteria
- •16.1.3. Soil Representation
- •16.1.4. Mudslides
- •16.1.5. Soil-Pile Interaction Results
- •16.1.5.1. Displacements and Reactions
- •16.1.5.2. Forces and Stresses
- •16.1.5.3. UNITY Check Data
- •16.2. Soil Data Definition and Examples
- •16.2.1. Soil Profile Data Definition
- •16.2.1.1. Mudline Position Definition
- •16.2.1.2. Common Factors for P-Y, T-Z Curves
- •16.2.1.3. Horizontal Soil Properties (P-Y)
- •16.2.1.3.1. P-Y curves defined explicitly
- •16.2.1.3.2. P-Y curves generated from given soil properties
- •16.2.1.4. Vertical Soil Properties (T-Z)
- •16.2.1.4.1. T-Z curves defined explicitly
- •16.2.1.4.2. T-Z curves generated from given soil properties
- •16.2.1.5. End Bearing Properties (ENDB)
- •16.2.1.5.1. ENDB curve defined explicitly
- •16.2.1.5.2. ENDB curves generated from given soil properties
- •16.2.1.6. Mudslide Definition
- •16.2.2. Soil Data File Examples
- •16.2.2.1. Example 1: Constant Linear Soil
- •16.2.2.2. Example 2: Non-Linear Soil
- •16.2.2.3. Example 3: Soil Properties Defined in 5 Layers
- •16.2.2.4. Example 4: Soil Properties Defined in 5 Layers with Mudslide
- •16.3. Performing a Soil-Pile Interaction Analysis
- •16.3.2. Mechanical APDL Component System Example
- •16.3.3. Static Structural Component System Example
- •16.4. Soil-Pile-Structure Results
- •16.5. References
- •Chapter 17: Coupling to External Aeroelastic Analysis of Wind Turbines
- •17.1. Sequential Coupled Wind Turbine Solution in Mechanical APDL
- •17.1.1. Procedure for a Sequentially Coupled Wind Turbine Analysis
- •17.1.2. Output from the OUTAERO Command
- •Chapter 18: Applying Ocean Loading from a Hydrodynamic Analysis
- •18.1. How Hydrodynamic Analysis Data Is Used
- •18.2. Hydrodynamic Load Transfer with Forward Speed
- •18.3. Hydrodynamic Data File Format
- •18.3.1. Comment (Optional)
- •18.3.2. General Model Data
- •18.3.3. Hydrodynamic Surface Geometry
- •18.3.4. Wave Periods
- •18.3.5. Wave Directions
- •18.3.6. Panel Pressures
- •18.3.7. Morison Element Hydrodynamic Definition
- •18.3.8. Morison Element Wave Kinematics Definition
- •18.3.9. RAO Definition
- •18.3.10. Mass Properties
- •18.4. Example Analysis Using Results from a Hydrodynamic Diffraction Analysis
- •Index
- •ОГЛАВЛЕНИЕ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •1.1. Методология проектирования технологических объектов
- •1.2. Компьютерные технологии проектирования
- •1.3. Системы автоматизированного проектирования в технике
- •1.4. Системы инженерного анализа
- •2.2.1. Создание и сохранение чертежа
- •2.2.2. Изменение параметров чертежа
- •2.2.3. Заполнение основной надписи
- •2.2.4. Создание нового вида. Локальная система координат
- •2.2.5. Вычерчивание изображения прокладки
- •2.2.6. Простановка размеров
- •2.2.7. Ввод технических требований
- •2.2.8. Задание материала изделия
- •2.3. Сложные разрезы в чертеже детали «Основание»
- •2.3.1. Подготовка чертежа
- •Cохранить документ.
- •2.3.2. Черчение по сетке из вспомогательных линий
- •2.3.3. Изображение разрезов
- •2.4. Чертежи общего вида при проектировании
- •3.1. Интерфейс программы
- •3.2. Общее представление о трехмерном моделировании
- •3.3. Основные операции геометрического моделирования
- •3.3.1. Операция выдавливания
- •3.3.2. Операция вращения
- •3.3.3. Кинематическая операция
- •3.3.4. Построение тела по сечениям
- •3.4. Операции конструирования
- •3.4.1. Построение фасок и скруглений
- •3.4.2. Построение уклона
- •3.4.3. Сечение модели плоскостью
- •3.4.4. Сечение по эскизу
- •3.4.5. Создание моделей-сборок
- •3.5. Разработка электронных 3D-моделей тепловых устройств
- •3.5.1. Электронные модели в ЕСКД
- •3.5.2. Электронные «чертежи» в ЕСКД
- •3.5.4. Электронная модель сборочного изделия «Газовая горелка»
- •ГЛАВА 4. ИНЖЕНЕРНЫЙ АНАЛИЗ ГАЗОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА В ANSYS CFX
- •4.1. Область применения ANSYS CFX
- •4.2. Особенности вычислительного процесса в ANSYS CFX
- •4.3. Программы, используемые при расчетах в ANSYS CFX
- •4.4. Организация процесса вычислений в среде пакета Workbench
- •4.4.1. Графический интерфейс пользователя
- •5.1. Постановка теплофизических задач в ANSYS Multiphysics
- •5.2. Решение задач в пакете ANSYS Multiphysics
- •5.2.1. Графический интерфейс пользователя
- •5.2.2. Этапы препроцессорной подготовки решения
- •5.2.3. Этап получения решения и постпроцессорной обработки результатов
- •5.3.5. Нестационарный теплообмен. Нагрев пластины в печи с жидким теплоносителем
- •5.4.1. Температурные напряжения при нагреве
- •БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ВВЕДЕНИЕ
В учебном пособии изложены основы компьютерного проектирования технических объектов. Рассмотрены системы автоматизированного проектирования и инженерного анализа технических решений. Методы конструирования рассматриваются на примерах, использующих систему проектирования «КОМПАС-3D». Система «КОМПАС-3D» имеет ряд конкурентных преимуществ в сравнении с другими пакетами проектирования и динамично развивается. По мнению многих конструкторов, она является лучшим программным продуктом для традиционного 2D-проектирования и очень удобным средством выполнения проектов по стандартам Российской Федерации. «КОМПАС-3D» легка в освоении, имеет удобные библиотеки и обширный функционал даже в некоммерческих версиях. Поэтому она оказалась самым востребованным средством обучения методам современного проектирования в системе инженерного образования. Вопросы проектирования с использованием систем численного инженерного анализа в учебном пособии рассмотрены на примерах, использующих пакеты ANSYS Multiphysics и
ANSYS CFX.
В первой главе учебного пособия рассмотрены методология и средства компьютерного проектирования. Вторая глава описывает методы двумерного моделирования и построения чертежей объектов, третья глава представляет методы объемного проектирования и разработки электронных моделей технических объектов. На примерах показаны особенности и возможности инженерного анализа конструкций проектируемых устройств. Четвертая глава рассматривает принципы инженерного анализа гидродинамики и теплообмена в программном комплексе ANSYS CFX. Задачи ANSYS CFX сложны, и их удобно решать с использованием специального интерфейса ANSYS Workbench.
Пятая глава представляет разработанный учебно-справочный комплекс решения задач теплообмена и анализа термической прочности в программном
пакете ANSYS Multiphysics. Задачи ANSYS Multiphysics решаются в
6
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
интерфейсе программного комплекса, что очень удобно при решении отдельных и сравнительно небольших задач. При необходимости интерфейс
ANSYS Workbench читатели могут применить самостоятельно, используя материалы четвертой главы.
Технологии параметрического проектирования и оптимизации предполагается рассмотреть во второй части учебного пособия.
7
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ГЛАВА 1. КОМПЬЮТЕРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
1.1. Методология проектирования технологических объектов
Под проектированием понимают создание образа несуществующего объекта в заданной форме [1]. В технике проектирование может рассматриваться как создание описаний нового или модернизируемого технического объекта (изделия, процесса), достаточных для реализации этого объекта в заданных условиях. Процесс проектирования можно определить и как совокупность эвристических и алгоритмических операций, выполняемых на разных стадиях работы над проектом.
Проектирование начинается с разработки технического предложения или технического задания. В результате работы создается проект – комплект документации, содержащий информацию, достаточную для изготовления объекта. Комплект содержит чертежи, спецификации, пояснительные записки и т. д. Проект создается в результате выполнения комплекса исследовательских,
расчетных или конструкторских работ.
Процесс проектирования может быть автоматическим,
автоматизированным и неавтоматизированным. Автоматическое проектирование производится без участия человека на промежуточных этапах. Автоматизированное проектирование выполняется в процессе взаимодействии человека и компьютера. Неавтоматизированное проектирование осуществляется человеком без использования компьютеров.
Автоматизированное проектирование реализуется посредством системы автоматизированного проектирования (САПР).
Системный подход в техническом проектировании
В конкретных ситуациях проблемы часто решаются на основе ситуативного подхода, который опирается на опыт, интуицию, логику. Так удобно решать относительно простые тактические задачи.
Современные методы проектирования используют системный подход,
при котором технические объекты рассматриваются как целостная
совокупность (система) всех элементов и связей между ними. Состояние
8
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
системы в любой момент времени определяется параметрами. Считается, что система имеет цель функционирования, состоит из подсистем (элементов).
Элементы системы имеют иерархическую связь (элементы нижнего уровня подчинены элементам более высокого уровня).
В числе прочих принципов системного подхода можно отметить:
принцип историзма (объект рассматривается с учетом этапов его развития до рассматриваемого момента); принцип динамизма (свойства объекта изменяются во времени); принцип сходства (при исследовании необходимо использовать результаты изучения сходных объектов). Иначе говоря, системный подход – это еще и методология познания, основанная на представлении объектов целостной системой: инженерной, экономической, социальной и т. д.
Базируясь на системном подходе, можно выделить ряд основополагающих принципов процесса проектирования [1, 2].
1. Структуризация процесса проектирования, выделение последовательных стадий, этапов, процедур. Структуризация отражает блочно-
иерархический подход к проектированию.
2. Принцип итерационности процесса проектирования отражает возможность корректировать ранее принятые решения, устранять ошибки,
допущенные на предыдущих стадиях.
3.Модульный принцип состоит в максимальном использовании однотипных узлов (модулей) при проектировании машин.
4.Принцип унификации – многократного применения в конструкциях машин одних и тех же элементов, сокращающего номенклатуру деталей и материалов.
5.Принцип преемственности позволяет совмещать новые конструктивные элементы с хорошо отработанными ранее узлами.
6.Принцип блочности (декомпозиции) предусматривает разбиение объектов на блоки, которые проектируются отдельно.
7.Принцип иерархичности предусматривает разделение объекта на иерархические уровни. Например, машины разделяют на уровни: машина,
9
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
агрегат, узел, деталь. Механизмы разбивают на механизм, подузел, деталь,
элемент детали. В сложных системах выделяют систему, подсистему, элемент.
Предусматривают дополнительные подуровни.
Методы и технологии проектирования
Проектирование сложных объектов основано на применении принципов,
использованных рядом теорий и подходов.
Косновным методам (способам) проектирования относят:
декомпозицию, абстракцию, установление иерархии (классификации).
Алгоритмическая декомпозиция означает разделение процесса на модули,
выполняющие отдельные этапы общего процесса. Объектно-ориентированная декомпозиция рассматривает сложные системы как упорядоченную совокупность объектов, которые в процессе взаимодействия друг с другом определяют поведение системы (граф). Абстракция – игнорирование второстепенных деталей сложных объектов, создающая их обобщенную,
идеализированную модель.
Способами проектирования называют еще и разновидности моделирования: натурное, физическое и математическое. Натурное и физическое моделирование дают максимально достоверные результаты, но их реализация дорогостоящая и длительная. Поэтому они все активнее вытесняются математическим моделированием с использованием методов многовариантного проектирования и оптимизации.
Оптимальное проектирование можно разделить на два класса.
К первому классу относят задачи, в которых структура объекта считается заданной, и определяются числовые значения параметров, свойственных данной структуре. Такие задачи называют задачами параметрической оптимизации.
Ко второму классу принадлежат задачи, в которых предметом оптимизации являются не только параметры, но и структура объекта.
Например, выбираются оптимальный тип устройства или конструкций для заданных условий. Такие задачи называют задачами структурной
10
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
(структурно-схемной) оптимизации. Их решают методом последовательного исследования множеств или методом оптимального проектирования с автоматическим поиском схем.
Согласно методу последовательного исследования множеств, вначале на основе имеющегося опыта отбирают ограниченное число перспективных структур объекта, каждая из которых может быть описана своей совокупностью параметров. Далее последовательно проводят параметрическую оптимизацию каждой структуры (исследуют множество вариантов, реализующих данную структуру). Наконец, полученные оптимальные варианты сравнивают между собой и из них выбирают наилучший, принимая его за окончательное оптимальное решение задачи.
Методика решения задач проектирования различает два основных типа процессов проектирования: «сверху вниз» (от сложного к простому) и «снизу вверх» (от простого к сложному). При нисходящем проектировании
(проектирование «сверху вниз») сначала решаются задачи проектирования верхних уровней, затем нижних. При восходящем – наоборот. Практически процесс проектирования сочетает оба способа на различных этапах. Комплекс декомпозируется на устройства, то есть, в свою очередь, на узлы, а после проектирования узлов начинается обратный процесс: «сборка» узлов в устройство, а устройств – в комплекс.
Используются два подхода к конструированию при использовании автоматизированного проектирования. Первый подход базируется на двумерной геометрической модели и использовании компьютера как электронного кульмана. Изделие представляет чертеж, содержащий информацию для изготовления. Второй подход основан на пространственной геометрической модели изделия, по отношению к которой чертеж играет вспомогательную роль. При первом подходе (традиционном) обмен информацией осуществляется на основе конструкторской и технологической документации; при втором – на основе внутримашинного представления объекта.
11
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
В числе технологий проектирования различают сквозное проектирование, которое обеспечивает эффективную передачу данных и результатов каждого текущего этапа проектирования сразу во все последующие этапы. При этом используются общие базы: база данных и база знаний.
Параллельное проектирование развивает технологию сквозного проектирования, представляя всем участникам работы всю информацию о промежуточных и окончательных характеристиках изделия, начиная с самых ранних этапов проектирования. В отличие от сквозного проектирования, вся информация поступает не только на последующие этапы проектирования, но и на предыдущие, т. к. все этапы начинают выполняться одновременно. В
процессе проектирования объединяются все инструментальные средства, к
которым можно отнести среду управления проектированием, систему управления данными проекта и систему поддержки принятия решений.
Стадии проектирования, документация
В общем случае выделяют стадии проектирования: предпроектные исследования, техническое задание, эскизный проект, технический проект,
рабочий проект, испытание, внедрение в производство. Необходимые стадии и этапы выполняемых работ обычно устанавливаются техническим заданием.
При этом первые две стадии могут рассматриваться более детально с выделением стадий:
научно-исследовательских работ (патентный поиск, разработка и согласование с заказчиком технического задания (ТЗ), теоретические и экспериментальные исследования, обобщение результатов, обсуждение и согласование задания на ОКР);
опытно-конструкторских работ (ТЗ, техническое предложение,
эскизный проект, технический проект, разработка презентации).
На стадии научно-исследовательских работ (НИР) изучаются потребности в получении новых изделий, исследуются значения характеристик и параметров объектов. В результате формулируется техническое задание на разработку объекта. ТЗ определяет цель создания и назначение объекта,
12