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

Синтаксис команды HPTCREATE:

HPTCREATE, TYPE, ENTITY, NHP, LABEL, VAL1, VAL2, VAL3,

ãäå TYPE − тип объекта, на котором создаются постоянные точки (LINE или AREA); ENTITY − номер объекта; NHP − номер точки; LABEL − способ создания (COORD или RATIO); VAL1, VAL2, VAL3 − координаты X,Y,Z или коэффициент позиционирования между конечными точками линии при способе RATIO (VAL1).

Другие операции с постоянными точками:

–отбор постоянных точек; команда KSEL;

–отбор линий с активными постоянными точками; команда LSEL;

–отбор поверхностей с активными постоянными точками; команда АSEL.

Для всех операций отбора меню:

Utility Menu Select Entities.

В диалоговом окне в первой ячейке ComboBox выбрать соответствующий тип объектов (Keypoints, Lines, Areas), во втором − By Hard Points. Создание листинга активных (селектированных) постоянных точек; команда KLIST или меню:

Utility Menu List Keypoints Hard Points;

–создание листинга линий с активными постоянными точками; команда LLIST или меню отсутствует;

–создание листинга поверхностей с активными постоянными точками; команда ALIST; меню отсутствует;

–отображение в графическом окне активных постоянных то- чек; команда KPLOT или меню:

Utility Menu Plot Keypoints Hard Points;

– удаление постоянных точек; команда HPTDELETE или меню:

Main Menu Preprocessor Delete Keypoints Hard Points.

21

2.1.3.Создание линий и операции с ними

Êлиниям в среде ANSYS относят линейные примитивы: прямые линии, окружности и дуги, сплайны, а также линии, образующиеся в результате булевых операций (пересечения, вычитания и др.) и кратчайшие линии между точками на пространственных поверхностях.

Способы создания линий:

– создание линий между двумя ключевыми точками в активной системе координат; команда L или меню:

Main Menu Preprocessor Create Lines In Active Coord.

Созданная таким способом линия не обязательно будет прямой. Например, если активной СК в данный момент является цилиндрическая или сферическая СК, созданная линия может быть спиралью;

– Создание прямой линии между двумя точками независимо от того, какая система координат в данный момент является активной; команда

Порядок действий: выбрать линию (нажать кнопку ОК), выбрать клю- чевую точку, в которой будет заканчиваться новая линия. В результате исходная линия будет разбита на две в точке пересечения с новой линией;

–создание линии под заданными углами или перпендикулярно

êдвум линиям; команда L2ANG или меню:

Main Menu Preprocessor Create Lines Angle to 2 Lines, Main Menu Preprocessor Create Lines Norm to 2 Lines;

– создание линии по касательной к выбранной линии в одной из ее конечных точек; команда LTAN или меню:

Main Menu Preprocessor Create Lines Tangent to Line;

– создание линии по касательной к двум линиям; команда L2TAN или меню:

Main Menu Preprocessor Create Lines Tan to 2 Lines;

– создание кратчайшей линии на поверхности между двумя точками; команда LAREA или меню:

22

Main Menu Preprocessor Create Lines Overlaid on Area;

– создание дуги по трем точкам или двум точкам и радиусу; команда LARC или меню:

Main Menu Preprocessor Create Arcs Through 3 KPs, Main Menu Preprocessor Create Arcs By End KPs & Rad.

В обоих случаях важен порядок указания точек. В первом случае сначала отмечаются конечные точки дуги, а затем − промежуточная точ- ка. Во втором случае сначала отмечаются конечные точки дуги (нажать кнопку ОК), затем – промежуточная точка, которая определяет плоскость дуги и направление центра дуги, далее в диалоговом окне в поле RAD вводится радиус дуги. При этом следует учитывать, что угловая мера дуги должна быть не более 180î;

– создание дуги или окружности по центру и углу; команда CIRCLE или меню:

Main Menu Preprocessor Create Arcs By Cent & Radius, Main Menu Preprocessor Create Arcs Full Circle.

В этих случаях не требуются заранее созданные ключевые точки. Позиционировать центр можно в глобальной декартовой СК (X,Y,Z) или

âкоординатах рабочей плоскости WP (X,Y) путем занесения координат

âокне ввода диалогового окна (через запятую, десятичный разделитель − точку) или указанием маркером мыши. Замкнутая окружность, созданная вторым способом, состоит из 4 равных дуг (особенность алгоритмов триангуляции при генерации сеточной модели).

При создании окружности или дуги первым способом после указания координат центра указываются координаты точки, определяющей радиус и начало отсчета угла. Затем в диалоговом окне задается угол (параметр ARC) и число равных сегментов (параметр NSEG), на которые будет разбита линия (не менее 3). В дальнейшем при определении угловых координат положительное направление всегда исчисляется против часовой стрелки;

–создание кубического сплайна с обычными граничными условиями на концах; команда BSPLIN или меню:

Main Menu Preprocessor Create Splines Spline thru KPs, Main Menu Preprocessor Create Splines Spline thru Locs.

В первом случае нужно последовательно указать все точки, по которым строится сплайн. Во втором случае сначала указываются первая

23

и последняя точки сплайна (нажать кнопку ОК), затем – все промежуточ- ные точки;

– создание кубического сплайна с заданной ориентацией касатель-

В этих случаях дополнительно задаются координаты стартовой (XV1, YV1, ZV1) и финишной (XV6, YV6, ZV6) точек. Прямая между стартовой точкой и первой точкой сплайна определяет касательную на входе, а прямая между последней точкой сплайна и финишной точкой – касательную на выходе сплайна;

– создание сегментированного кубического сплайна; команда

Segmented Spline.

Отличие полученного таким способом сплайна состоит в том, что линия сплайна разбивается на отдельные линии, разбиение происходит в точках сплайна.

– создание линии путем вытягивания ключевой точки (точек) вдоль (параллельно) заданной траектории (линий); команда LDRAG или меню:

– создание дуги или окружности вращением ключевой точки относительно оси, образованной двумя точками. Операция может применяться к набору точек; команда LROTAT или меню:

Другие операции с линиями:

– копирование линий; команда LGEN или меню:

Main Menu Preprocessor Copy Lines;

24

– создание линий путем зеркального отображения исходного набора линий относительно одной из плоскостей, образуемых триадой СК; ко-

–отбор линий; команда LSEL или меню:

Utility Menu Select Entities;

–удаление линий, не связанных с сеточной моделью; команда LDELE или меню:

Main Menu Preprocessor Delete Line and Below, Main Menu Preprocessor Delete Lines Only.

В первом случае удаляются линии и ключевые точки, их образующие, во втором − только линии.

Примечание. Другие способы создания линий с использованием геометрических примитивов и булевых операций рассмотрены в разд. 2.2. Большинство операций по переопределению, изменению и удалению линий не могут быть применены к линиям, являющимся частью сеточной модели. Исключение составляют команды LDIV, LCOMB и LFILLT. В иных случаях перед применением, например, операции удаления линии необходимо очистить (Clear) модель от сети.

2.1.4. Создание поверхностей и операции с ними

Поверхности выполняют различные роли в процессе анализа. Как элемент предпоследнего уровня в иерархии геометрических объектов поверхности могут служить для построения объемных тел методом вос-

25

ходящего проектирования. При анализе плоских моделей геометриче- ская модель объекта строится в терминах поверхностей. В механике деформируемого твердого тела это, прежде всего, задачи о плоском напряженном состоянии (ПНС) и плоском деформированном состоянии (ПДС); в терминах опций КЭ ANSYS соответственно Plane stress è Plane strain (без учета конечной толщины или единичная толщина), а также Plane strs w/thk (ПНС с учетом реальной толщины). При анализе задач в рамках теории пластин и оболочек модели также обычно строятся в виде поверхностей (Plane, Shell). Другой класс задач, где в качестве модели выступает плоская поверхность − осесимметричное деформирование объемных тел. При осевой симметрии геометрии конструкции, материальных свойств, условий нагружения и закрепления достаточно в качестве модели рассматривать сечение конструкции в плоскости, проходящей через ось симметрии. В ANSYS ось симметрии – всегда ось Y, а соответствующая опция КЭ − Axisymmetric.

Способы создания поверхностей:

– создание поверхности в виде многоугольника указанием его вершин (в терминах ключевых точек); команда А или меню:

Main Menu Preprocessor Create Areas Arbitrary Through KPs;

– создание поверхности описанием ее границ, т.е. линий, образующих ее периметр; команда АL или меню:

Main Menu Preprocessor Create Areas Arbitrary By Lines;

– создание поверхности путем вытягивания линий вдоль (параллельно) заданной траектории (линий); команда ADRAG или меню:

Main MenuPreprocessorOperateExtrude / SweepLinesAlong Lines;

– создание поверхности путем вращения линий относительно оси, образованной двумя точками. Операция может применяться к набору линий. Команда AROTAT или меню:

Main Menu Preprocessor Operate Extrude / Sweep Lines About Axis;

– создание поверхностной фаски заданного радиуса на пересечении двух поверхностей; команда АFILLT или меню:

Main Menu Preprocessor Create Areas Arbitrary Area Fillet;

26

– создание поверхности по линиям, не образующим замкнутый контур. Операция может применяться к набору линий числом до 9, при этом первая указанная линия формирует кривизну поверхности, последняя является противоположным краем поверхности по отношению к первой линии, а промежуточные линии являются «ребрами» будущей поверхности и служат для построения сплайнов. Команда ASKIN; меню:

Main MenuPreprocessorCreateAreasArbitraryBy Skinning;

– создание поверхности масштабированием существующей поверхности с одновременным смещением пропорционально масштабу в направлении нормали к поверхности. Команда AOFFST или меню:

Main Menu Preprocessor Create Areas Arbitrary By Offset.

Другие операции с поверхностями:

– копирование или перемещение поверхностей. Команда АGEN;

– создание поверхностей путем зеркального отображения исходного набора поверхностей относительно одной из плоскостей, образуемых

В диалоге сначала выбираем поверхность, часть которой нужно скопировать (нажать кнопку ОК), затем по ключевым точкам на контуре этой поверхности (не менее 3) формируем сектор.

– создание листинга всех активных поверхностей или выбранных. Команда ALIST; меню:

– отображение в графическом окне активных поверхностей. Команда APLOT; меню:

27

Utility Menu Plot Areas,

Utility Menu Plot Specified EntitiesAreas;

–отбор поверхностей. Команда ASEL; меню:

Utility Menu Select Entities.

–удаление поверхностей, не связанных с сеточной моделью. Команда ADELE; меню:

Main Menu Preprocessor Delete Area and Below, Main Menu Preprocessor Delete Areas Only.

Примечание. Другие способы создания поверхностей с использованием геометрических примитивов и булевых операций рассмотрены в разд. 2.2. Все операции по переопределению, изменению и удалению поверхностей не могут быть применены к поверхностям, являющимися частью сеточной модели. В этих случаях перед применением, например, операции удаления поверхностей необходимо очистить (Clear) модель от сети.

2.1.5. Создание объемных тел и операции с ними

Объемное тело как элемент верхнего уровня в иерархии геометриче- ских объектов описывается перечнем номеров образующих его поверхностей, которые, в свою очередь, описываются перечнем номеров контурных линий, и т.д.

Способы создания тел:

– создание тела в виде многогранника указанием его вершин (в терминах ключевых точек). Команда V; меню:

Main Menu Preprocessor Create Volumes Arbitrary Through KPs;

– Создание тела описанием его границ, т.е. ограничивающих поверхностей. Команда VA; меню:

Main MenuPreprocessorCreateVolumesArbitraryBy Areas.

Операции экструзии:

– создание тела путем вытягивания поверхностей вдоль (параллельно) заданной траектории (линий). Команда VDRAG; меню:

Main Menu Preprocessor Operate Extrude / Sweep Areas Along Lines;

28

– создание тела путем вытягивания поверхностей по нормали. Команда VOFFST; меню:

Main Menu Preprocessor Operate Extrude / Sweep Areas Along Normal;

– создание тела путем вращением поверхностей относительно оси, образованной двумя точками. Команда VROTAT; меню:

Main Menu Preprocessor Operate Extrude / Sweep Areas About Axis;

– создание тела путем вытягивания поверхности с масштабированием и поворотом существующей поверхности относительно нормали к поверхности. Команда VEXT; меню:

Main Menu Preprocessor Create Areas Arbitrary By Offset.

Операции экструзии могут применяться не только к геометрическим объектам, но и к сеточным моделям. На рис. 2.1, á приведена трехмерная модель бура, полученная операцией экструзии с масштабированием и одновременным поворотом (VEXT) плоской сеточной модели (рис. 2.1, à), при этом трехмерные КЭ топологически подобны исходным плоским КЭ.

При экструзии поверхностной сеточной модели кроме объемных КЭ одновременно создаются все геометрические объекты: тела, поверхности, линии, точки.

Применение операций экструзии сеточной модели осуществляется

âнесколько этапов:

–создание сеточной модели на поверхности, к которой будет применена операция экструзии, с помощью плоских или оболочечных КЭ (см. главу 3);

Рис. 2.1. Пример операции экструзии с масштабированием и поворотом

29

–выбор и активация топологически подобного трехмерного типа элемента, соответствующего по форме и числу узлов на грани двумерному типу элемента;

–назначение числа разбиений (параметр NDIV команды ESIZE)

âнаправлении экструзии (вращения, выдавливания) для методов VROTAT, VEXT, VOFFST или число разбиений на линии, которая выступает в качестве траектории «протаскивания» при методе VDRAG (команды LESIZE или ESIZE, NDIV);

–запуск команды VROTAT, VEXT, VOFFST или VDRAG или соответствующих пунктов меню в ГПИ.

Примечание. Операции экструзии не могут быть применены к линиям и поверхностям, которые подверглись операции сеточной конкатенации − LCCAT или ACCAT (более подробно об этом см. в главе 3).

Если сеточная модель исходной поверхности была сгенерирована с атрибутами КЭ, назначенными командой ААТТ, то такие же атрибуты будет иметь противоположная поверхность после экструзии, но не боковые поверхности.

Более простой способ описания параметров разбиения при экструзии: команда EXTOPT; меню:

Main Menu Preprocessor -Modeling-Operate Extrude / Sweep Elem Ext Opts.

Параметры управления EXTOPT включают следующее:

–назначение создаваемой трехмерной сети через таблицу атрибутов КЭ номера материала, номера вещественной константы и номера элементной системы координат (см. подразд. 5.7);

–перенос атрибутов КЭ исходной поверхности на генерируемую трехмерную сеть;

–определение числа слоев КЭ и степени сгущения в направлении экструзии;

–удаление поверхностной сети после генерации трехмерной сеточной модели.

Другие операции с телами:

Методы экструзии создают одновременно и трехмерные тела, и их сеточные модели. Если тело уже создано и одна из поверхностей этого тела разбита на КЭ, то спроецировать двумерную сеть на объемное тело можно следующими способами:

30