книги / САПР изделий из композиционных материалов. Моделирование процессов деформирования и разрушения в среде ANSYS

Производится с помощью функции Add:

Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansAdd Areas Pick All (объединить все области в одну).

14. Отверстия.

На первом этапе создаются две круговые области (поверхности), соответствующие отверстиям. Затем они «вычитаются» из конструкции операцией Subtract:

Utility Menu	Work Plane	Display WP (показать рабочую плоскость).
Main Menu	Preprocessor	Modeling	Create	-Areas- Circle
Solid Circle.
Круг радиуса 0.4 [дюйма] вычерчивается мышью по использованной
ранее схеме (см. п. 8).
Перемещение рабочей		плоскости (Work Plane) в начало глобаль-
ной системы координат (Global Origin):
Utility Menu	Work Plane – Offset WP		Global Origin.

Второй круг радиуса 0.4 вычерчивается мышью по использованной ранее схеме. Удаление с экрана триады рабочей плоскости с последую-

щим «вырезанием» отверстий:
Utility Menu	Work Ðlane	Display Work Play.
Вырезание отверстий:
Main Menu	Preprocessor	Modeling Operate Booleans	Subtract
Areas.
Сначала отмечаем мышью поверхность, из которой производится вы-
резание (весь кронштейн)		ÎÊ отмечаем мышью отверстия	ÎÊ.

15.Сохранение геометрии в отдельном файле (рис. П6.2): Utility Menu File Save as.

Вводим имя файла Model.db в нижней строке ÎÊ.

16.Построение сеточной модели (Meshing):

Установка рекомендуемого размера элементов:

Main MenuPreprocessor Meshing Shape & Size Manual Size Global Size ввести 0.5 в поле Size ÎÊ.

Создание конечно-элементной сети (рис. П6.3). Для областей сложной геометрии в программе ANSYS рекомендуется метод свободного (Free) разбиения:

Main MenuPreprocessorMeshingAreasFreePick All (все имеющиеся поверхности). Сохранение текущих данных в файле с другим именем:

211

		Рис. П6.2. Геометрическая модель
Utility Menu	File	Save as.

В нижней строке ввести Mesh.db ÎÊ.

Рис. П6.3. Сеточная модель

Процессинг

Этап решения включает конкретизацию метода и параметров расче- та, задание граничных условий.

17. Задание граничных условий в перемещениях.

212

Закрепление (Displacements) на границе первого, защемленного по

контуру отверстия:
Main Menu	Solution Loads (Define Loads) Apply Structural
Displacements	On Keypoints.

Отметить четыре ключевых точки на отверстии ÎÊ.

Выбрать All DOF (все степени свободы); ввести 0 в поле Value (нулевые перемещения); установить флаг KEXPND в положение ON (распространить действие команды на узлы, лежащие между ключевыми

точками) ÎÊ.
Отрисовать линии:
Utility Menu	Plot	Lines.
Сохранить базу данных в файле Mesh.db:
Utility Menu → File → Save db.
18. Давление на границе второго отверстия:
Main Menu	Solution	Loads (Define Loads) Apply	Pressure
On Lines.
Отметить мышью левую нижнюю четверть границы второго отвер-
ñòèÿ Apply	ввести 50 в поле VALI (давление на левом конце линии);
ввести 500 в поле VALJ (давление на правом конце линии)			Apply îò-

метить мышью правую нижнюю четверть границы второго отверстия Apply ввести 500 в поле VALI; ввести 50 в поле VALJ ÎÊ.

19. Запуск решателя:

Main Menu Solution Solve Current LS ÎÊ.

Закройте окно листинга. После появления сообщения «Solution is Done» нажмите Close â ýòîì îêíå.

Постпроцессинг

Результаты решения можно представить как в графической, так

èв текстовой форме.

20.Вызов главного постпроцессора и чтение результатов.

Выбирается первый (first) из нескольких (при пошаговом расчете) наборов выходных данных. Для данной задачи такой набор только один:

Main Menu General Postproc Read Results First Set.

21. Изображение деформированной формы области:

Main Menu General Postproc Plot Results Deformed Shape →

213

выбрать Def + Undeformed (показываются начальное и актуальное состояния одновременно) ÎÊ.

22. Изолинии эквивалентных напряжений по Мизесу (рис. П6.4):

Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu.

Рис. П6.4. Распределение эквивалентных напряжений по Мизесу

Выбрать Stress (напряжения) в левом scroll-меню; выбрать von Mises (SEQV) в правом scroll-менюÎÊ.

Удаление границ с экрана для облегчения просмотра:

Utility Menu Plot Ctrls Style Edge Options.

Выбрать Edges Only â ïîëå [/EDGE] (показывать только границы областей); выбрать Dashed/Solid (сплошными линиями); выбрать Replot (обновить изображение после выполнения команды) ÎÊ.

23. Просмотр списка значений усилий в граничных узлах.

Данная операция позволяет вывести в текстовой форме значения компонент сил в узлах, лежащих на границах области:

Main MenuGeneral PostprocList ResultsReaction SoluAll Items ÎÊ (просмотр всех реакций в появившемся окне)Close на обрамлении окна с листингом.

24. Выход из программы.

При выполнении процедуры выхода можно сохранить данные в различном объеме: геометрия, граничные условия (save Geom+Loads); ãåî-

214

метрия, граничные условия, параметры расчета (save Geom+Loads+Solu); геометрия, граничные условия, параметры расчета, результаты (save Everything); без сохранения (No Save!); ìåíþ:

Utility Menu File Quit.

Приложение 7

Применение p-метода для расчета пластинки с отверстием*

Постановка задачи

Стальная пластинка с круглым центральным отверстием подвергается одноосному растяжению. Задача симметрична, поэтому рассматривается четверть конструкции. На соответствующих границах задаются симметричные краевые условия в перемещениях, устанавливаются две точки сопряжения (конвергенции). Исследуется напряженно-деформи- рованное состояние пластинки. Расчетная схема конструкции приведена на рис. П7.1. Материал: сталь АISI С1020 с модулем Юнга 30,023·106 Ра/in (in-дюймы) и коэффициентом Пуассона 0,29. Допущение: плосконапряженное состояние.

Рис. П7.1. Расчетная схема

Этапы решения

1. Заголовок задачи.

2.Инициализация параметров для построения геометрии модели.

3.Установка фильтров.

4.Выбор типа и параметров элементов.

5.Определение свойств элементов.

6.Свойства материала.

*Автор – О.Ю. Сметанников, доцент кафедры ВМиМ, ПГТУ.

216

7.Построение прямоугольной области.

8.Построение круговой области.

9.Вырезание отверстия в пластинке.

10.Разбиение области на элементы с атрибутами по умолчанию.

11.Описание граничных условий в перемещениях.

12.Приложение растягивающей распределенной нагрузки на части внешней границы.

13.Добавление точек контроля сходимости результатов (конвергенции).

14.Запуск решателя.

15.Загрузка постпроцессора и чтение из файла результатов расчета.

16.Изображение деформированной пластинки.

17.Приведение результатов к узлам локальной сетки КЭ.

18.Изображение поля напряжений σx.

19.Получение образа графического окна (Capture Image).

20.Анализ эквивалентных по Мизесу напряжений.

21.Увеличение градации внутри КЭ при отображении результатов расчета.

22.Отображение напряжений σx и сравнение с полученным ранее образом (captured image).

23.Выход из ANSYS-программы.

			Препроцессинг
1.	Имя задачи (Jobname).
После данной операции все файлы, созданные в процессе работы,
будут иметь указанное имя:
Utility Menu		File	Change jobname	ввести: Plate ÎÊ.
Набрать заголовок «p-Method Plate with a hole» в диалоге:
Utility Menu		File	Change Title ...	ÎÊ.
2. Описать скалярные переменные под геометрические характери-
стики конструкции; меню:
Utility Menu		Parameters Scalar Parameters...
Ввести в строке ввода: Height = 10				Accept Width = 20 Accept
Radius = 5		Accept	Close.
3. Установка фильтров.

217

Данная операция позволяет исключить из всех меню ANSYS пункты, не относящиеся к типу анализа решаемой задачи, а также выбрать метод исследования сходимости результатов (h- èëè p- методы); меню:

Main Menu Preferences.

Выбрать класс задач: Structural .

Выбрать p-method в нижней части окна: ÎÊ. 4. Выбор типа и параметров КЭ.

Выбирается плоский четырехугольный p-элемент Plane 145; меню:

Main Menu Preprocessor Element type Add / Edit / Delete; нажать

Add (добавить новый тип элемента); выбрать p-Elements2D Quad 145; нажать ÎÊ; выбрать Options (опции элемента); выбрать для опции ÊÇ значение Ðlànå stress w/thk (плосконапряженный элемент с указанием толщины); нажать ÎÊ Close.

5. Описание вещественных констант (Real constants); задаются для элементов, чьи свойства нельзя в полной мере описать положением их узлов. Типичные примеры − толщина плоских элементов и параметры поперечного сечения балочных элементов; меню:

Main Menu Preprocessor Real constants нажать Add (добавить к существующему списку наборов параметров) ÎÊ (константы для элемента PLANE145) ввести 0.25 (в дюймах) в поле ÒÍÊ (толщина элемента) ÎÊ.

6. Свойства материала.

Задается изотропный материал с постоянными свойствами; меню:

Main Menu Preprocessor Material props Constant-Isotropic ÎÊ

(набор свойств для материала 1)ввести 3030.023Е6 в поле ÅÕ (модуль упругости, МПа)ввести 0.29 в поле NUXY (коэффициент Пуассона)

ÎÊ.

7. Создание прямоугольной поверхности:

Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasRectangle By 2 Corners.

Задаем координаты левого нижнего угла и размеры прямоугольника: WPX = 0, WPY = 0, WIDTH = width, HEIGHT = height (width и height – инициализированные ранее переменные)ÎÊ.

Для более наглядного отображения геометрии устанавливается опция, включающая выделение цветом и нумерацию двумерных объектов (Areas – поверхности). Подобные функции расположены в пункте меню:

218

Utility MenuPlot CtrlsNumberingÎÊвыбрать: Area numbers ÎÊ.

8. Создать круговую поверхность:

Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Circle Solid Circle.

Ввести координаты центра и радиус: WPX = 0, WPY = 0, RAD =

=radiusÎÊ.

9.Вырезать отверстие:

Main Menu	Preprocessor	Modeling	Operate	Booleans Subtract
Areas.
Указателем мыши отметить прямоугольник А1				ÎÊ	отметить
круговую поверхность А2		ÎÊ.
10. Разбиение области на элементы с атрибутами по умолчанию:
Main Menu	Preprocessor	Meshing	Mesh Areas		Free Pick

All (выделить все). В данном примере предварительно установлен 3-й уровень плотности сети (см. главу 3).

11. Описание граничных условий в перемещениях. В данном примере перемещения на осях симметрии задаются традиционным способом. Альтернативный вариант – использование пункта Symmetry B.C.

Сначала настроим отображение нумерации объектов:
Utility Menu	PlotCtrls Numbering
Line Numbers – в положение ON (включить нумерацию линий) ,
Area Numbers – Off (отключить нумерацию поверхностей) ÎÊ.
Закрепить ключевые точки и узлы между ними:
Main Menu	Preprocessor	Loads (Define)	Apply	Structural
Displacement	On Keypoints (задать перемещения по ключевым точкам);

отметить концы линии L9ÎÊ; выбрать UY для Lab2 (задается значение для компоненты вектора перемещений Uy); ввести значение 0 в поле VALUE; ввести Yes в поле KEXPND (для всех узлов данной линии) Applyотметить концы линии L10ÎÊ; выбрать UX для Lab2 (задается значение для компоненты вектора перемещений Ux); ввести 0 в поле VALUE; ввести Yes в KEXPND (для всех узлов данной линии) → ÎÊ.

Альтернативный способ:
Main Menu	Preprocessor	Loads (Define)	Apply	Structural
Displacement	Symmetry B.C.	On Lines выбрать линии L9 и L10
ÎÊ.

219

12. Приложение растягивающей распределенной нагрузки на части внешней границы:

Main Menu Preprocessor Loads (Define) Apply Structural PressureOn Linesотметить линию L2ÎÊввести в поле VALI значение: −100 ÎÊ.

Процессинг

13. На этапе расчета вводятся две точки конвергенции, после чего инициируется конечно-элементный алгоритм. Добавление точек контроля сходимости результатов (конвергенции):

Main MenuSolutionLoad Step Optsp-MethodConvergence Crit

выбрать Replace (заменить) выбрать Local for Solids äëÿ p-Convergence criteria ÎÊ отметить узел на пересечении линий L5 и L9изменить погрешность сходимости TOLER íà 1выбрать DOF solution (сходимость по перемещениям)выбрать Translation UXÎÊ Add ÎÊ выделить пересечение линий L5 и L10 ÎÊ изменить погрешность конвергенции в процентах TOLER íà 1 выбрать stress (сходимость по напряжениям) выбрать X-direction SX ÎÊ Close.

14. Запуск решателя:

Main Menu Solution Solve Current LS ÎÊ.

Закройте окно листинга. После появления сообщения «Solution is Done» нажмите Close â ýòîì îêíå.

Постпроцессинг

На данном этапе строятся изолинии напряжений и перемещений,

àтакже исследуются напряжения в точках «подсети» ð-элемента.

15.Загрузка постпроцессора и чтение из файла результатов расчета с последней итерации:

Main Menu General Postproc Read Results Last Set

16. Отображение деформированной формы конструкции (рис. П7.2):

Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shapeотметить Def + Undef edge (отображать недеформированную и деформированную форму конструкции) ÎÊ.

220