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

Произведите операцию экструзии поверхностей и плоских КЭ в направлении нормали на заданную глубину:

Main Menu PreprocessorModelingOperate Extrude/Sweep

-Area- Along Normalвыберите курсором одну из областей → Apply

наберите в поле DIST: 0.05 → OK.

Повторите операцию экструзии со второй плоской областью. Повторите операцию слияния совпадающих объектов:

Main MenuPreprocessorNumberung CtrlsMerge ItemsAllOK.

3.6. Создание поверхностных элементов.

Селектируйте (отберите) узлы, которые находятся на верхней четверти цилиндрической поверхности. Для этого первоначально выполните:

Для проверки направления нормалей поверхностных элементов селектируйте эти элементы и визуализируйте триады элементных систем

Utility Menu → Plot → Elements. Восстановите активность всех объектов:

Utility Menu Select Everything.

4. Описание условий закрепления и нагружения. Перейдите в меню решателя:

201

Рис. П5.3. Элементные и глобальные триады СК

Main Menu Solution.

Селектируйте все узлы в плоскости Z=0 (плоскость XY)

Utility MenuSelectEntitiesNodesBy Location: Z coordinates: 0

(вектор давления определяется значениями VAL2, VAL3, VAL4).

202

Show pres and convect as: Arrows OK

Размер и цвет стрелок указывает на величину нормального давления на поверхностный элемент (рис. П5.4); при этом однонаправленное давление спроецировано на составляющие относительно триады элементной СК, а тангенциальные компоненты нагрузки проигнорированы согласно опциям КЭ.

Рис. П5.4. Нормальные компоненты вектора нагрузок

Восстановите активность всех объектов:

Utility Menu Select Everything.

Процессинг

5. Запуск решателя:

Main Menu Solution Solve Current LS ÎÊ.

203

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

Постпроцессинг

6. Просмотр результатов расчета. Войти в постпроцессор:

Main Menu General Postproc.

Скройте поверхностные элементы, т.е. оставьте только объемные КЭ (Solid45, номер 1 в списке КЭ в данном примере), в терминах степеней свободы которых и были получены результаты:

Utility MenuSelectElementsBy attributesElement type Num введите 1 OK.

Адекватность полученных результатов оценивается следующим образом: расчетную схему можно рассматривать с позиций теории сопротивления материалов как изгиб консольной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой. В таком случае, на верхней (в направлении оси Y) поверхности в заделке возникают максимальные растягивающие напряжения изгиба (в данном случае, компонент тензора напряжений SZ), а на нижней поверхности − минимальные. Порядок максимальных напряжений также оценивается по известным уравнениям теории сопротивления материалов.

Рис. П5.5. Осевые напряжения (σz, Ïà)

204

Приложение 6

Статический анализ уголкового кронштейна

Постановка задачи

Уголковый кронштейн с двумя отверстиями (рис. П6.1) жестко закреплен по контуру верхнего отверстия, а к нижней половине нижнего отверстия приложено неравномерное давление. Материал − сталь А36, модуль Юнга Å = 30·106 Ïà/äþéì2, коэффициент Пуассона ν = 0,27. Допущения: рассматривается плосконапряженное состояние (уголок тонкий), напряжение σz=0.

Рис. П6.1. Расчетная схема

Этапы решения

1.Имя задачи.

2.Установка фильтров меню.

3.Тип элементов и их опции.

4.Параметры элементов.

5.Свойства материала.

6.Создание прямоугольников.

206

7.Изменение параметров изображения.

8.Перевод рабочего поля в полярную систему координат, построение кругов.

9.Перемещение рабочего поля.

10.Создание прямоугольных областей.

11.Галтель (закругление).

12.Создание областей по линиям.

13.Объединение областей.

14.Отверстия.

15.Сохранение базы данных.

16.Разбиение области на элементы.

17.Решение (Solving). Задание граничных перемещений.

18.Давление на границе второго отверстия.

19.Расчет.

20.Анализ результатов (Post processing). Вызов главного постпроцессора и чтение результатов.

21.Изображение деформированного контура области.

22.Изолинии эквивалентных напряжений по Мизесу.

23.Просмотр списка значений усилий в граничных узлах.

24.Выход из 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: Bracket, нажать ÎÊ. 2. Установка фильтров.

Данная операция позволяет исключить из всех меню ANSYS пункты, не относящиеся к типу анализа решаемой задачи; меню:

Main Menu Preferences.

Отметить Radio Button: Structural , нажать ÎÊ (выбрана статиче- ская задача механики деформируемого твердого тела).

3. Выбор типа и параметров КЭ.

Тип элемента, помимо прочего, определяет количество степеней свободы (перемещения и/или углы поворотов, температура и др.), форму

207

элемента (одномерный, четырехугольный, тетраэдральный и др.) и размерность.

Выбирается плоский четырехугольный восьмиузловой элемент второго порядка PLANE82; меню:

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

Add (добавить новый тип элемента); выбрать Structural solid в библиотеке элементов (левое окно); выбрать Quad 8 mode 82 â îêíå Selection; нажать ÎÊ; выбрать Options (опции элемента); выбрать для опции ÊÇ зна- чение Ðlànå stress w/thk (плосконапряженный элемент с указанием толщины); нажать ÎÊ Close.

4. 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

элемента PLANE82)ввести 0.5 в поле ÒÍÊ (толщина элемента)ÎÊ. 5. Свойства материала.

Как и для вещественных констант, можно подготовить несколько наборов свойств материалов, которые затем в различных комбинациях с другими параметрами элемента используются при создании конеч- но-элементной сети. В примере задается изотропный материал с постоянными свойствами; меню:

Main Menu Preprocessor Material props ConstantIsotropic ÎÊ

(набор свойств для материала ¹1)ввести 30.Е6 в поле ÅÕ (модуль упру-

Все введенные данные находятся в оперативной памяти компьютера, для их сохранения в файле Bracket на инструментальной панели следует выбрать Save_db.

6. Создание прямоугольных поверхностей.

Рисуется «скелет» конструкции − два взаимно перпендикулярных прямоугольника.

208

Main Menu Preprocessor -Modeling – Create -Areas- Rectangle By Dimensions (размерам) ввести в полях X1 = 0, X2 = 6, Y1 = 1, Y2 = 1 (переход – клавиша ÒÀÂ) координаты диагонально противоположных углов прямоугольника нажать Àððló (применить). После нажатия Àððló, â îòëè- ÷èå îò ÎÊ, выполнение текущей операции не прерывается ввести в полях X1 = 4, Х2 = 6, Y1 = 1, Y2 = 3 (второй прямоугольник) ÎÊ.

7. Изменение параметров изображения.

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

Utility Menu Plot Ctrls Numbering ÎÊ выбрать: Area numbers ÎÊ.

8. Перевод рабочего поля (Work Plane) в полярную систему координат, изображение круговой сетки.

По умолчанию рабочее поле привязывается к декартовой системе координат. Рабочее поле – основной инструмент для построения объектов сложной пространственной ориентации; на экране показывается в виде регулярной сетки серого цвета. Функции управления рабочим полем расположены в пункте Work Plane системного меню. Вначале уменьшаем масштаб изображения:

Utility Menu Plot Ctrls Pan, Zoom, Rotate ÎÊ нажать кнопку [ ] (уменьшение) Ñlîså.

Показать рабочее поле:

Utility Menu Workplane Display WP – появилась система координат рабочей плоскоcти. Сделать ее полярной:

Utility Menu Workplane WP Settings нажать Ðîlàr ÎÊ выбрать

Grid & Triad (показывать сетку и оси) ÎÊ ввести 0.1 в поле Swap incr (точность установки графического курсора) ÎÊ.

9. Создать круговую поверхность:

Main Menu Preprocessor -Modeling- Create -Areas- Circle Solid Circle.

Мышью (левой клавишей) отметить центр будущего круга в начале координат рабочего поля и отжать клавишу; при отжатой клавише мыши «растянуть» окружность до заданного радиуса (диаметр круга равен высоте прямоугольника) и нажать левую клавишу мыши.

Перемещение центра СК рабочей плоскости для построения второго круга:

209

Utility Menu Work Plane Offset WP to Keypoints.

Отметить мышью два нижних угла прямоугольника À2 ÎÊ. Аналогичным образом создаем вторую круговую поверхность:

Main MenuPreprocessor-Modeling- Create-Areas- CircleSolid Circle...

10. Слияние областей.

Пример использования одной из булевых (Boolean) операций для

Нажать Pick All для объединения всех поверхностей. 11. Закругление (галтель) между линиями.

Сначала задается нумерация линий в графическом окне:

Отметить мышью линии 17 и 8 (между ними и будет галтель) ÎÊ ввести 0.4 в поле Fillet radius (радиус закругления)ÎÊ.

Показывать линии в графическом окне:

личение) в меню Pan, Zoom, Rotateмышью, не отпуская левой клавиши, очертить рамку вокруг галтели и отжать клавишу. Создание новой области по контуру галтели:

Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitrary By Lines ÎÊ отметить мышью линии L4, L5, L6 → ÎÊ.

 ìåíþ Pan, Zoom, Rotate выбрать Fit (автоматическое масштабиро-

13. Объединение всех поверхностей в одну.

210