.,ир1

Г

MKfrwM* .и<,.1р 1-

Рис. 9.21. Панель Create Keypoints in Active Coordinate System

В этой панели в поле NPT Keypoint number следует указывать номер точки (в принципе, этого можно и не делать, так как система в состоянии назначать номера сама из числа пока не занятых), а в полях X, Y, ZLocation in active CS- три координаты этой точки.

Из командной строки создать новую точку можно командой:

К, NPT, X, Y, Z

NPT - номер точки, X,Y,Z - ее координаты.

Как уже сказано выше, номер точки в явном виде можно не указывать.

2. Из выпадающего меню вызвать команду создания новой системы координат WorkPlahe - Local Coordinate Systems - Create Local CS - By 3 Keypoints +.

После этого пользователь должен указать курсором три точки на экране - точку начала координат (в данном случае - точку А), точку, определяющую направление локальной оси X (точку Б), и точку, определяющую ориентацию локальной плоскости XY (точку В). После этого на экране появляется панель Create CS By 3 KPs (рис. 9.22).

Create CS By 3 KPs

Рис. 9.22. Панель Create CS By 3 KPs

Change Active CS lo Specified CS

Рис. 9.23. Change Active CS to Specified CS

В поле KCN Coordinate system number требуется указать номер локальной системы координат, которая станет активной.

Из командной строки та же самая команда доступна следующим образом: CSYS,KCN, где KCN - номер активизируемой системы координат. Вновь созданная система координат активизируется сразу, но для создания навыка этот пункт полезно выполнить,

4. В активной цилиндрической системе координат скопировать требуемый объект. Из экранного меню копирование объектов вызывается следующим образом: Preprocessor - Сору - Volumes. После этого требуется указать на экране объекты, и тогда появляется панель Copy Volumes (рис. 9.24). В этой панели в поле ITIME Number of copies - including original указывается число копий, включая оригинал; в полях DX X-offset in active CS, DY Y-offset in active CSn DZ Z-offset in active CS следует указать перемещения по осям X, Y и Z соответственно. Перемещение в 90 единиц по оси Y цилиндрической системы

В этой панели в поле KCN Ref number of new coord sys (ссылочный номер новой координатной системы) рекомендуется оставить стоящий по умолчанию номер 11 (сделать меньше все равно не получится - номера по 10-й включительно используются МКЭ или зарезервированы, но можно выбрать номер больше 11), в списке KCS Type of coordinate system (тип координатной системы) необходимо указать Cylindrical 1 (цилиндрическая система координат). Остальные поля можно не трогать.

Из командной строки та же самая команда доступна следующим образом:

CSKP,KCN,KCS,PORIG,PXAXS,PXYPL,PARl,PAR2

KCN - номер системы координат (как уже указывалось, должен быть больше 0); KCS - признак типа локальной системы координат:

0 или CART - декартова система координат;

1 или CYLIN - цилиндрическая система координат;

2 или SHPE - сферическая система координат;

3 или TORO - тороидальная система координат; PORIG - номер точки начала координат;

PXAXS - номер точки, определяющей направление локальной оси X; PXYPL - номер точки, определяющей ориентацию локальной плоскости XY.

3. Из выпадающего меню вызвать команду активации новой системы координат WorkPlahe -* Change Active CS -* Specified Coord Sys... После этого на экране появляется панель Change Active CS to Specified CS (рис. 9.23).

Пору Volumes

Рис. 9.24. Панель Copy Volumes

координат соответствует повороту на 90° вокруг оси Z.

Из командной строки та же самая команда доступна следующим образом:

VGEN, ITIME, NV1, NV2, NINC, DX, DY, DZ, KINC, NOELEM, IMOVE

ITIME - число копий, включая оригинал; NV1 - номер первого копируемого объема;

NV2 - номер последнего копируемого объема;

NINC - приращение номеров в списке копируемых объемов (фактически

список номеров образует арифметическую прогрессию);

DX - перемещение вдоль оси X текущей системы координат;

DY - перемещение вдоль оси Y текущей системы координат;

DZ - перемещение вдоль оси Z текущей системы координат;

KINC, NOELEM, IMOVE - можно не использовать.

5. Удаление исходного объема. Объем следует удалять вместе с относящимися к нему объектами - поверхностями, линиями и точками.

6. Удаление использовавшейся системы координат. Из экранного меню вызывается следующим образом: WorkPlahe - Local Coordinate Systems - Delete Local CS... В результате на экране появляется панель Delete Local CS (рис. 9.25).

В поле KCN1 Delete coord systems from следует указать номер первой удаляемой системы координат, в поле KCN2 to - номер последней удаляемой системы ко-ординат, в поле КС IN С in steps of- шаг приращения номеров (список номеров образует арифметическую прогрессию).

Из командной строки та же самая команда доступна следующим образом: CSDELE, KCN1, KCN2, KCINC (параметры см. выше). рис 9 Панель Deete Loca cs

7. Удалить три вспомогательные точки.

8. Сжать нумерацию всех объектов.

Как видно из приведенной последовательности действий, повернуть объект в среде AutoCAD или Autodesk Mechanical Desktop (одной командой 3drotate) гораздо проще, чем сделать то же самое в препроцессоре МКЭ ANSYS.

Задание атрибутов для объемов производится стандартным способом, путем вызова команды из экранного меню Preprocessor - Attributes-Define -> All Volumes... После этого на экране появляется панель Volnme Attributes (рис. 9.26).

Volume Attributes

[WRIT J Assign ftttrlKutes te All Selected Volumes ПАТ 11> 1>Ц;м1№.;

г

REAL Real W t£<tsX tfyb№

----3

SOI.IDTTHI

- . in.-.- V... .-

Рис. 9.26. Панель Volume Attributes

В данной панели указываются номер материала и тип конечного элемента. Далее указывается число узлов на линиях и строится сетка КЭ. Поскольку объем имеет достаточно сложную форму, на нем лучше создавать нерегулярную сетку конечных элементов.

Из экранного меню такой способ создания сеток вызывается следующим образом: Preprocessor - Meshing-Mesh - Volumes-Free.

Из командной строки та же самая команда вызывается следующим образом:

VMESH, NV1, NV2, NINC

NV1 - номер первого объема, на котором создается сетка; NV2 - номер последнего объема;

NINC - приращение номеров в списке (список номеров образует арифметическую прогрессию).

В результате сетка КЭ должна выглядеть примерно так, как это показано на рис. 9.27.

Далее на построенную модель требуется наложить закрепления. Поскольку указывать конкретные узлы очень сложно, работа ведется с набором поверхностей, содержащих требуемые узлы. Закрепления прилагаются в цилиндрической системе координат, то есть будет имитироваться работа подшипников.

Для приложения этих закреплений необходимо выполнить следующие операции:

1. Выделение необходимых поверхностей - из выпадающего меню осуществляется командами Select - Entities. После вызова команды на экране появляется панель Select Entities. На этой панели поля необходимо установить так, как показано на рис. 9.28. После нажатия кнопки Apply пользователь должен при помощи курсора указывать поверхности, которые следует удалить из активного набора. В результате должны остаться только цилиндрические поверхности, представленные на рис. 9.29. По ним должны быть приложены радиальные закрепления. По торцу подшипникового бурта должно быть приложено осевое закрепление.

Рис. 9.27. Построенная сетка конечных элементов

Рис. 9.28. Панель Select Entities

Рис. 9.29. Поверхности подшипниковых опор

Рис. 9.30. Панель Apply U.ROT on Areas

Это осевое закрепление прикладывается путем использования выпадающего меню следующим способом: Preprocessor -> Loads - Loads-Apply - Structural-Displacement - On Areas. После этого пользователь должен указать требуемую поверхность, после чего на экране появляется панель Apply U.ROT on Areas (рис. 9.30).

В этой панели в списке Lab2 DOFs to be constrained надо выделить направление перемещения UZ (поскольку осью вращения зубчатого колеса является ось Z), а в поле VALUE Displacement value указать значение перемещения - ноль.

Из командной строки та же самая команда вызывается следующим образом: DA,644,UZ,0. В данном случае 644 - номер поверхности.

После этого поверхность торца бурта можно также удалить из активного набора. Из командной строки данную 644-ю поверхность можно удалить командой ASEL,U, 644.

2. Активизирование встроенной цилиндрической системы координат МКЭ ANSYS. Вызывается из выпадающего меню следующим способом: WorkPlane - Change Active CS to - Global Cylindrical. Из командной строки та же самая команда вызывается следующим образом: CSYS,1-

3. Выделение узлов, относящихся к поверхностям подшипниковых опор. Необходимо знать, что невозможно приложить закрепления в цилиндрической системе координат к поверхности, исходно созданной в декартовой системе координат, и тем более к поверхности, созданной сторонними средствами и впоследствии импортированной. Перевести поверхность, созданную в одной системе координат, в другую - также нереально. Поэтому перемещения в цилиндрической системе координат должны быть приложены исключительно к узлам.

Поскольку панель Select Entities все еще находится на экране, ее поля надо установить в положение, показанное на рис. 9.31, и нажать кнопку Apply. Если пользователь уже удалил данную панель с экрана, ее необходимо вызвать обратно.

Из командной строки выбор узлов, относящихся к поверхностям, проводится в виде NSLA,S,1

Перевод имеющихся узлов в текущую систему координат осуществляется из экранного меню следующим образом: Preprocessor - Move / Modify Rotate Node CS - To Active CS. Из командной строки та же самая команда вызывается так: NROTAT,ALL.

4. Приложение радиальных закреплений в выделенных узлах. Во всех выделенных узлах следует приложить закрепление в направлении оси X (в цилиндрической системе координат направление вдоль этой оси соответствует радиусу).

5. Приложение окружных закреплений. В конструкции реального зубчатого колеса имелись шлицы, но в данную модель они не были включены. Пользователю рекомендуется выбрать самостоятельно поверхности внутри подшипниковых опор (с большим диаметром), выбрать узлы, относящиеся к этим поверхностям, перенести узлы в цилиндрическую систему координат и приложить в этих узлах закрепления в направлении оси Y (данная ось в цилиндрической системе координат соответствует окружному направлению). Таким образом, реальные шлицы заменяются окружным закреплением по цилиндрической поверхности. В результате все необходимые закрепления к модели приложены. После этого пользователь может сам приложить требуемые нагрузки, запустить задание на выполнение и просмотреть полученные результаты.

Рис. 9.32. Зубчатый венец, созданный средствами Autodesk Mechanical Desktop и импортированный в ANSYS

* ЛИЛ1 lied to \r jfeyfpoirus t

!<* ufiteb. *fi

WTW - ф-у УЧУ

tnvHrt i

Рис. 9.31. Панель Select Entities при выборе узлов, относящихся к поверхностям

И наконец, последнее, что представляется необходимым оговорить в данной главе.

Выше была приведена последовательность действий при правке геометрии модели, созданной средствами AutoCAD. Далее была показана последовательность действий при создании модели средствами Autodesk Mechanical Desktop. На рис. 9.32 показан зубчатый венец, созданный средствами Autodesk Mechanical Desktop и импортированный в ANSYS. Никакой правке поверхности зубчатого венца в препроцессоре МКЭ не подвергались.

Создание расчетной модели и расчет на прочность корпусной детали

Как и большинство геометрических моделей, рассматриваемых в данной книге, геометрическая модель корпусной детали, используемая в данной главе, может создаваться как средствами AutoCAD, так и средствами Autodesk Mechanical Desktop. Для проведения расчета используется твердотельная модель, которая передается в препроцессор МКЭ в формате ACIS.

Деталь в зависимости от функций агрегата, в который она входит, может нагружаться внутренним или внешним давлением, воздействиями подшипниковых опор (если таковые есть), которые в зависимости от детализации могут прикладываться как сосредоточенные усилия или как давление, равномерно или неравномерно распределенное по поверхности.

Для расчета зубчатого колеса могут быть применены конечные элементы и I, и II порядков.

Как и в предыдущих случаях, последовательность действий сводится к следующему:

1. Создание геометрической модели средствами AutoCAD или Autodesk Mechanical Desktop.

2. Передача построенной геометрической модели в препроцессор МКЭ ANSYS.

3. Определение типа элемента, характеристик элемента и материала.

4. Создание сетки конечных элементов.

5. Приложение нагрузок и закреплений.

6. Выполнение расчета.

7. Просмотр результатов.

8. Изменение сетки КЭ и повторный расчет (при необходимости).

Создание геометрической модели корпусной детали средствами AutoCAD

Геометрическая модель корпусной детали создается как объект типа solid. Эскиз корпусной детали показан на рис. 10.1.

В ходе построения геометрической модели требуется выполнить следующие действия:

1. Построение плоского профиля детали (левая часть эскиза).

2. Создание замкнутой полилинии - поперечного сечения детали.

3. Создание тела вращения.

4. Построение профиля поперечного сечения выступа на корпусной детали (показанного в правой части эскиза).

5. Создание твердотельного объекта выступа.

6. Размножение выступа массивом.

7. Объединение исходного осесимметричного тела и выступов в единое тело.

8. Создание профиля поперечного сечения полости выступа.

9. Создание твердотельного объекта полости выступа.

10. Размножение полости выступа массивом.

11. Вычитание из детали с выступами объектов - полостей.

12. Создание твердотельного объекта осесимметричной полости корпусной детали для удаления из модели частей выступов, выходящих во внутреннюю полость корпусной детали, и вычитание этой полости из исходной корпусной детали.

13. Создание необходимых галтелей.

На этом создание геометрической модели корпусной детали завершено.

Разумеется, порядок выполнения разных операций может несколько меняться, как и сами принципы построения отдельных составляющих детали. Поскольку размеры корпусной детали не приводятся, пользователь может сам назначить модели размеры, соответствующие корпусным деталям, встречающимся в практике отдельных машиностроительных КБ и иных организаций.

Плоский контур детали строится средствами AutoCAD и состоит из линий и дуг окружности. Галтели сравнительно малого радиуса в профиль не вносятся, фаски отсутствуют как в профиле, так и в твердотельной модели.

Положение профилей для дальнейшего формирования твердотельного объекта показано на рис. 10.2.

На рис. 10.2. цифрами обозначены:

/ - профиль основной части корпусной детали;

2 - профиль полости корпус-

ной детали;

3 - профиль выступа;

4 - профиль полости выступа.

В данном случае рекомендуется в качестве оси симметрии корпусной детали выбрать мировую Рис- 10-2- Профили, применяемые для ось Y системы координат построения корпусной детали AutoCAD, как это обычно делается на чертежах. В дальнейшем, при желании пользователя, деталь можно развернуть в пространстве в нужное положение. Впрочем, поскольку корпуса, как правило, неподвижны при работе агрегатов, этого можно и не делать.

Создание плоской полилинии внутри замкнутого профиля производится командами выпадающего меню Design - Boundary... или из командной строки (Boundary).

После этого на экране появляется панель Boundary Creation (рис. 10.3).