Лекция №3 Последовательность выполнения типового прочностного анализа в среде комплекса ANSYS

• Основные этапы расчета• Создание модели• Указание имени задания (Jobname) и заголовка

задания• Указание системы единиц измерения• Указание типов элементов• Указание геометрических характеристик элементов• Указание свойств материалов• Линейные свойства материалов• Данные, зависящие от температуры• Создание геометрии модели на основе узлов и

элементов• Приложение нагрузок и выполнение расчета• Указание типа расчета и опций расчета• Просмотр результатов

Структура лекции:Структура лекции:

Основные этапы расчета

Типовая процедура проведения расчета в среде комплекса ANSYS сводится к трем действиям:1. Создание модели.2. Приложение нагрузок и получение решения.3. Просмотр результатов.

Создание модели

Для создания модели применяется препроцессор PREP7.На данную стадию затрачивается наибольшее количество времени.Создание модели включает в себя:- указание имени задания (jobname) и заголовка задания.-указание типов элементов, геометрических характеристик элементов, свойств материалов и геометрии модели Указание имени задания (Jobname)Имя задания jobname является идентифицирующим именем. При указании имени задания (jobname) для расчета это имя jobname становится первой частью названия всех файлов, создаваемых при работе комплекса. Расширение, для имен этих файлов является идентификатором типа, например, таким, как .DB. Путем использования индивидуального имени задания jobname для каждого расчета можно получить гарантию сохранности всех файлов от перезаписи.Команда создания имени /FILNAMEВызов из выпадающего меню:Utility Menu → File → Change Jobname

Указание заголовка задания

Команда указания заголовка задания : /TITLE (или, из выпадающего меню Utility Menu → File → Change Title), указывает заголовок задания. Комплекс ANSYS включает заголовок во все графические экраны и в выходные данные расчета. Для указания подзаголовков применяется команда /STITLE; подзаголовки включаются выходные данные расчета, но не выводятся в графические экраны.

Указание системы единиц измерения

• Комплекс ANSYS не предполагает использования единой системы единиц для расчетов. • Путем использования команды /UNITS в базе данных комплекса ANSYS указывается признак используемой системы единиц измерения.• Данная команда не преобразует данные из одной системы единиц в другую, но применяется для указания системы единиц измерения при последующем просмотре результатов.

Указание типов элементов

Библиотека элементов комплекса ANSYS содержит свыше 200 различных типов элементов. Каждый тип элемента имеет уникальный номер и префикс, указывающий категорию типа элемента: BEAM4, PLANE77, SOLID96 и так далее. Для такой операции используются команды семейства ET (ET, ETCHG и так далее) или их эквиваленты, вызываемые средствами GUI; Тип элемента определяется его именем и элементу присваивается ссылочный номер типа. Команды, показанные ниже, определяют два типа элемента, BEAM4 и SHELL63, и присваивают им номера типов, соответственно, 1 и 2.ET,1,BEAM4ET,2,SHELL63Ряд типов элементов имеют дополнительные опции (признаки), именуемые KEYOPT, указываемые в виде KEYOPT(1), KEYOPT(2) и так далее. Указание признаков KEYOPT проводится при помощи команд ET или KEYOPT (или, из экранного меню, Main Menu → Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete).

Геометрические характеристики элементов

Геометрические характеристики элементов являются свойствами, зависящими от типа элемента, в частности, от вида поперечного сечения балочных элементов. Например, в состав геометрических характеристик элемента BEAM3, двумерного балочного элемента, входят площадь поперечного сечения (AREA), момент инерции (IZZ), высота сечения (HEIGHT), коэффициент учета сдвиговых деформаций (SHEARZ), начальная деформация (ISTRN) и добавочная масса, отнесенная к единице длины (ADDMAS).

Геометрические характеристики элементов указываются командами семейства R (R, RMODIF и так далее).

При создании собственно элементов сетки проводится указание соответствующего ссылочного номера геометрических характеристик при помощи команды REAL (или, из экранного меню, Main Menu → Preprocessor → Modeling → Create → Elements → Elem Attributes).

Указание свойств материалов Большинство типов элементов требуют указания свойств материалов. В зависимости

от типа расчета, свойства материалов могут быть линейными или нелинейными. Каждый набор свойств материала имеет свой ссылочный номер. Таблица связи

ссылочного номера материала с набором свойств материала именуется таблицей материалов. В пределах одного расчета можно создавать несколько наборов свойств материалов (для обеспечения соответствия нескольким материалам, используемым в модели).

При создании собственно элементов сетки проводится указание соответствующего ссылочного номера материала путем применения команды MAT.

Линейные свойства материала могут быть постоянными или зависящими от температуры, а также изотропными или ортотропными. Для указания постоянных свойств материала (как изотропных, так и ортотропных) применяется следующая команда:

Команда MP Вызов из экранного меню: Main Menu → Preprocessor → Material Props → Material Models Пример: MP,EX,1,2E11 ! Модуль Юнга для материала № 1 составляет 2E11 MP,DENS,1,7800 ! Плотность для материала № 1 составляет 7800 MP,KXX,1,43 ! Коэффициент теплопроводности для материала № 1 составляет 43

Данные, зависящие оттемпературы В исходном варианте вид таблицы

настраивается для указания данных, не зависящих от температуры, в результате чего поля указания температур имеют серый цвет (недоступны).

В данном случае следует принять решение об указании данных для различных температур и при необходимости можно добавить столбцы текстовых полей для данных, представляющих каждую температуру.

Удаление или добавление данных, зависящих от температуры, допускается в любой момент. Предварительного указания факта зависимости данных от температур не требуется.

Создание геометрии модели на основе узлов и элементов

•Генерация конечно-элементной модели – создание узлов и элементов является наиболее сложным этапом•Существуют два метода создания конечно-элементной модели: 1) посредством геометрического моделирования 2) посредством прямой генерации узлов и элементов. •При использовании геометрического моделирования описывается

геометрическая форма модели, а далее комплексу ANSYS указываются инструкции для автоматического создания сетки из узлов и элементов на основе геометрической модели. •При использовании прямой генерации координаты каждого узла и

последовательность узлов в элементах указывается пользователем непосредственно. В данном случае имеется возможность при необходимости проведения ряда действий, обеспечивающих дополнительные удобства, например, копирование набора существующих узлов и элементов, симметричного отражения и тому подобного.

Указание типа расчета

Тип расчета выбирается в соответствии с условиями нагружения и вычисляемым откликом системы.

Например, если вычисляются собственные частоты и формы колебаний, применяется расчет собственных колебаний.

В комплексе ANSYS выполняются следующие типы расчетов:

1) статических (или стационарных) процессов

2) переходных процессов

3) вынужденных колебаний

4) собственных колебаний

5) устойчивости

6) применения суперэлементов (подконструкций).

Указание опций расчета Опции расчета позволяют проводить настройку расчета выполняемого типа. Типовыми

опциями расчета являются метод проведения вычислений, учет (отсутствие учета) изменения жесткости при приложении нагрузки и опции Ньютона – Рафсона и др.

Для указания типа расчета и опций расчета применяется команда ANTYPE (Main Menu → Preprocessor → Loads → Analysis Type → New Analysis или Main Menu → Preprocessor → Loads → Analysis Type → Restart) и соответствующие команды указания опций расчета (TRNOPT, HROPT, MODOPT, SSTIF, NROPT и так далее).

При выполнении расчета статического или полного переходного процесса для указания большого числа опций расчета можно воспользоваться диалоговой панелью Solution Controls

Допускается вызывать новый расчет или повторный расчет. Линейный повторный расчет позволяет возобновлять задание в точке его прекращения или аварийной остановки при статических расчетах. Изменение типа расчета и опций расчета после первого расчета не допускается.

ANTYPE,TRANS TRNOPT,FULL NLGEOM,ON Следующим шагом после указания типа расчета и опций расчета является приложение

нагрузок. Отдельные типы расчетов задач МДТТ требуют предварительного указания отдельных объектов, например, управляющих степеней свобод и условий зазора.

Приложение нагрузок

Понятие нагрузки, включает в себя граничные условия (закрепления, значения ограничений или значения полей на границах), а равно иные силовые факторы, приложенные внешним или внутренним способом. В комплексе ANSYS нагрузки разделены на шесть основных категорий:

– ограничения степеней свобод; – усилия; – нагрузки, приложенные на поверхности; – нагрузки, приложенные в объеме; – инерционные нагрузки; – нагрузки связанных расчетов. Большинство из этих нагрузок можно прикладывать как к

объектам геометрической модели (точкам, линиям и поверхностям), так и к объектам расчетной модели (узлам и элементам).

Указание опций шага нагрузки Опции шага нагрузки являются опциями, изменяющимися для

отдельных шагов нагрузки, такими, как число промежуточных шагов, время конца шага нагрузки и контроль выходных данных. В зависимости от типа выполняемого расчета, опции шага нагрузки могут требоваться или не требоваться

Вызов расчета Для вызова процедуры расчета используется следующая команда: Команда SOLVE Вызов из экранного меню: Main Menu → Solution → Solve → Current LS Main Menu → Solution → solution_method Результаты записываются в файлы результатов (Jobname.RST,

Jobname.RTH или Jobname.RFL) Имеется удобный способ проведения расчета для нескольких шагов нагрузки:

Команда LSSOLVE Вызов из экранного меню: Main Menu → Solution → Solve → From LS Files

Просмотр результатов

После получения результатов можно для просмотра результатов использовать постпроцессоры комплекса ANSYS. Имеются два модуля постпроцессоров: POST1 и POST26.

Общий постпроцессор POST1 используется в целях просмотра результатов для одного промежуточного шага (шага по времени) по всей модели или ее части, находящейся в активном наборе.

Команда входа в модуль POST1: /POST1 (Main Menu → General Postproc) применима только на начальном уровне.

В данном модуле для демонстрации и интерпретации результатов таковые можно просматривать в контурном виде, в виде деформированной модели и в табличном виде. Модуль POST1 включает также набор дополнительных возможностей, включая оценку погрешностей, комбинирование случаев нагружения, вычисления дополнительных данных на основе расчетных результатов и операции использования траектории.

Постпроцессор просмотра результатов по времени POST26 используется в целях просмотра результатов для указанной точки модели в ходе всех шагов по времени. Команда входа в модуль POST1:

/POST26 (Main Menu → TimeHist Postpro) применима только на начальном уровне. Результаты просматриваются в виде графиков или в текстовом виде. Модуль POST26 включает дополнительные возможности, а именно арифметические и алгебраические вычисления.

Контрольные вопросы

Назовите краткую последовательность действий при выполнении типового прочностного анализа в среде комплекса ANSYS.

Каким образом можно указать имя и заголовок задания? Каким образом можно указать тип используемого элемента? Как определяют геометрические характеристики конечных

элементов? Как определяют свойства используемого для расчета

материала? Как осуществляется создание геометрической модели? Как можно указать тип расчета и определить опции расчета? Назовите основные шаги действий при приложении нагрузок,

действующих на модель. Назовите основные типы нагрузок. Каким образом можно провести расчет в системе ANSYS? В каких модулях происходит просмотр результатов,

полученных после расчета? Назовите основные характеристики каждого из них.