KSWP - признак удаления точек, линий и поверхностей, принадлежащих данному объему-

0 (и по умолчанию) - объекты уничтожаются;

1 - объекты сохраняются.

Данная команда может быть применена только к объемам, на которых еще не создано сеток конечных элементов

Далее следует удалить все поверхности, не требующиеся для расчета (фактически паразитные), созданные вместе с объемами и переданные в пре- Рис 14 4 Модель, переданная в препроцессор процессор. Удаление поверхностей вместе с принадлежащими к ним линиями и точками производится командами экранного меню Preprocessor - Modeling-Delete - Area and Below. В командной строке при этом появляется запрос: [ADELE] 1 Pick or enter areas to be deleted (Укажите мышью или введите номера уничтожаемых поверхностей).

Из командной строки та же команда доступна в виде:

ADELE, NA1, NA2, NINC, KSWP где-

NA1 - номер первой поверхности в списке;

NA2 - номер последней поверхности в списке;

NINC - приращение номеров в списке (фактически номера образуют арифметическую прогрессию); KSWP - признак удаления точек и линий, принадлежащих данной поверхности:

0 (и по умолчанию) - объекты уничтожаются;

1 - объекты сохраняются.

Данная команда может быть применена только к поверхностям, на которых еще не создано сеток конечных элементов. В результате модель (поверхности) приобретает такой вид, как на рис. 14.5.

Далее для поверхностей, на которых будет строиться сетка конечных элементов, следует выбрать тип конечного элемента, определить свойства материала и характеристики конечного элемента (то есть толщину оболочки) и назначить эти тип КЭ, материал и характеристики как атрибуты поверхностей. Тип конечного элемента (Shell93 - КЭ оболочки II порядка) выбирается так, как показано на рис. 14.6.

Рис. 14.5. Окончательный вид модели из поверхностей

Lltoaty of FlaflMife IwjMfc

t> (i INoolin Layer 91 яННННННННнн1

ИиНииДИМНИИвИ

Рис. 14.6. Выбор типа конечного элемента для оболочки

ritjl Constant Sel Numbci 1, for !>HE1X93

Рис. 14.7. Назначение характеристик конечного

элемента

Характеристики конечного элемента для данного типа конечного элемента назначаются так, как показано на рис. 14.7.

Свойства материала указываются обычным путем, уже описанным выше.

Если пользователь создавал твердотельную модель средствами AutoCAD с размерами, указанными в миллиметрах, а производить расчет предпочитает в системе единиц СИ, поверхности следует масштабировать, то есть перевести модель из миллиметров в метры. Масштабирование поверхностей производится командами экранного меню Preprocessor - Operate - Scale - Areas. При этом в командной строке появляется запрос: [ARSCALE] Pick or enter areas to be scaled (Укажите мышью или введите номера масштабируемых поверхностей).

После указания требуемых поверхностей на экране появляется панель Scale Areas (рис. 14.8).

В данной панели следует:

в полях RX, RY, RZ Scale factors - in the active coordinate system - указать масштабные коэффициенты по осям X,Y и Z соответственно (все три 0,001);

поле KJNC Keypoint increment (Приращение номеров точек) оставить по умолчанию;

поле NOELEM Items to be scaled (Объекты для масштабирования) также оставить по умолчанию;

в списке IMOVE Existing areas will be (Действия над существующими поверхностями) выбрать опцию Moved (Перенести) - в противном случае исходные поверхности не будут удалены, и их все равно придется удалять или убирать из рассмотрения.

Из командной строки та же команда доступна в виде:

HK.IK.RZ Scale factors - j ни,

- i the actlm cuoMlnMe cysts*

I inn

! uui

KIMC Neyprjlnt lncHmt

МОЩИ Ibmm -* -W%* £ej, V- , Jt

ill H I inil H }

Cancel 1 №1)1

Рис. 14.8. Панель Scale Areas

ARSCALE, NA1, NA2, NINC, RX, RY, RZ, KINC, NOELEM, IMOVE

NA1 - номер первой поверхности в списке; NA2 - номер последней поверхности в списке;

NINC - приращение номеров в списке (фактически номера образуют арифметическую прогрессию);

RX, RY, RZ - масштабные факторы (в декартовой системе координат); при работе в цилиндрической или сферической системе координат RY и RZ соответствуют угловому сдвигу по соответствующим угловым координатам; KINC - приращение номеров точек;

NOELEM - признак масштабирования узлов и элементов сетки, построенных для данных поверхностей:

0 - узлы и элементы масштабируются вместе с поверхностями; 1 - узлы и элементы не масштабируются;

IMOVE - признак сохранения исходной поверхности:

0 - создается новая поверхность,

1 - исходная поверхность удаляется.

Далее следует указать количество элементов по линиям и построить сетку конечных элементов.

Разумеется, что после импорта модели, но перед указанием числа КЭ на линиях следует произвести объединение геометрически совпадающих объектов и сжать их нумерацию (команды NUMMRG,ALL, ,LOWh NUMCMP,ALL). Сетка конечных элементов приобретет такой вид, как на рис. 14.9.

Такой вид имеет модель, созданная на основе модели, не подвергавшейся никаким дополнительным воздействиям Как видно, между трубами на цилиндрической поверхности сетка КЭ имеет не совсем удовлетворительный вид. Это произошло из-за того, что цилиндрическая часть расчетной модели имеет достаточно сложную форму, в том числе два отверстия.

Этот недостаток можно устранить, оставив в каждой поверхности только по одному отверстию. Для этого следует предпринять следующие действия:

1. Выйти из программы МКЭ ANSYS.

2. Вновь открыть созданную геометрическую модель в среде AutoCAD.

3. При помощи команд Slice рассечь имеющиеся твердые тела (объекты типа solid) по плоскостям XY и ZX.

4. Сохранить модель в виде файла в стандарте ACIS.

5. Импортировать измененную модель в препроцессор МКЭ ANSYS.

6. Объединить геометрически совпадающие объекты.

7. Сжать нумерацию объектов.

8. Удалить все объемы с сохранением поверхностей (следует помнить, что общее число объемов существенно увеличилось по сравнению с предыдущей моделью).

9. Удалить все поверхности, не требующиеся для дальнейшего расчета и относящиеся к ним линии и точки (поверхностей удалять придется также очень много).

10. Масштабировать оставшиеся поверхности. В результате модель приобретет такой вид, как на рис. 14.10. Как видно на рис. 14.10, в каждой цилиндрической поверхности осталось только по одному отверстию.

11. Построить новую сетку конечных элементов.

В результате всех перечисленных операций сетка конечных элементов приобретает такой вид, как на рис. 14.11. Эта сетка более удачна, чем сетка на рис. 14.9.

Думается, пользователь в состоянии самостоятельно приложить требуемые нагрузки и закрепления, произвести расчет и просмотреть его результаты.

Рис. 14.10. Вид поверхностей построенная на измененной

измененной модели геометрической модели

Колебания упругих тел

Геометрические модели, рассматриваемые в данной главе, создаются исключительно средствами препроцессора МКЭ ANSYS ввиду их достаточно простой формы.

В данной главе описаны следующие случаи создания и использования расчетных моделей для исследования колебаний (определения форм и частот собственных колебаний):

1. Колебания ненагруженной консольной балки.

2. Колебания консольной балки, нагруженной осевым усилием.

Для расчета задачи могут быть применены объемные конечные элементы как I, так и II порядков.

Последовательность действий, описываемых в данной главе, сводится к следующему:

1. Создание геометрической модели средствами препроцессора МКЭ ANSYS.

2. Определение типа элемента, характеристик элемента и материала.

3. Создание сетки конечных элементов.

4. Приложение нагрузок и закреплений.

5. Выполнение расчета.

6. Просмотр результатов.

7. Изменение сетки КЭ и повторный расчет (при необходимости). Ниже описывается последовательность перечисленных действий.

Для создания консольной балки достаточно применить команду препроцессора построения прямоугольного параллелепипеда, вызываемую из экранного меню Preprocessor - Modeling-Create - Volumes-Block -* By Dimensions... При этом на экране появится панель Create Block by Dimension (рис. 15.1).

Задавая значения координат точек, ограничивающих создаваемый прямоугольный параллелепипед, пользователь должен понимать, что эта команда аналогична команде box AutoCAD, которая строит аналогичный объект по двум точкам с координатами (XI, Yl, Z1) и (Х2, Y2, Z2).

Из командной строки та же команда доступна в виде:

Создание геометрической модели средствами препроцессора МКЭ ANSYS

BLOCK, XI, Х2, Yl, Y2, Zl, Z2

Рис. 15.1. Панель Create Block by Dimension

XI, X2 - координаты прямоугольного параллелепипеда по оси X; Yl, Y2 - координаты прямоугольного параллелепипеда по оси Y; Zl, Z2 - координаты прямоугольного параллелепипеда по оси Z. Построенный объект показан на рис. 15.2.

Далее выбираются:

применяемый тип конечного элемента (в данном случае Solid95)\

материал (в данном случае сталь, Е = 2* 10й Н/м2, ц = 0,3 и р = 7850 кг/м3).

После этого существующему объему присваивается тип конечного элемента и материал.

Далее следует указать число элементов по линиям существующего объема. При этом для проведения первого расчета ре- Рис. 15.2. Построенный объем

комендуется на восьми коротких

линиях построить по одному элементу, а на четырех длинных - 10 или 12 элементов.

После задания атрибутов и числа создаваемых на линиях конечных элементов для существующего объема можно построить сетку конечных элементов. Поскольку объем имеет форму прямоугольного параллелепипеда, на нем рационально построить регулярную сетку конечных элементов.

Регулярная сетка конечных элементов создается командами экранного меню Preprocessor Meshing-Mesh -► Volumes-Mapped -> 4 to 6 sides. При этом в командной строке появляется запрос: [VMESH] Pick or enter volumes to be meshed (Укажите мышью или введите номер объемов для создания сетки). Пользователь должен указать требуемый объем, после чего на нем строится сетка конечных элементов.

Из командной строки та же команда доступна в виде:

VMESH, NV1, NV2, NINC

NV1 - номер первого объема в списке; NV2 - номер последнего объема в списке;

NINC - приращение номеров в списке (фактически номера образуют арифметическую прогрессию).

Приложение закреплений к узлам должно обеспечивать гипотезу прямой нормали, обычно применяемую для расчета балок. Для соблюдения гипотезы прямой нормали необходимо обеспечить закрепление торца балки в направлении оси Z (можно отдельно для каждого из узлов, лежащих на торце, а можно - для всего торца, то есть поверхности, целиком).

Приложение закрепления по поверхности обеспечивается командой экранного меню Preprocessor - Loads - Loads-Apply - Structural-Displacement - On Areas. После этого в командной строке появляется запрос: [DA] Pick or enter areas for displacement constraints (Укажите мышью или введите номер поверхности для приложения перемещений). После указания требуемых поверхностей и отказа от дальнейшего выбора на экране появляется панель Apply U,ROT on Areas (рис. 15.3).

Arn.lv ПО! оп.Л.сл

Cort-l an I ij i Lm

Рис. 15.3 Панель Apply U,ROT on Areas

В этой панели в списке Lab2 DOFs to be constrained следует выбрать направление UZ, а в поле VALUE Displacement value указать значение перемещения (значение 0 можно не указывать).

Из командной строки та же команда вызывается в виде:

DA, AREA, Lab, Valuel, Value2

AREA - номер поверхности (можно указать номер в явном виде, можно указать ALL, то есть все, а можно ввести символ Р, после которого поверхность указывается мышью);

Lab - метка типа перемещения:

SYMM - симметричные перемещения относительно плоскости (в этом случае значения Value 1 и Value2 не указываются, подробнее см. симметричные и антисимметричные силовые факторы и соответствующие им перемещения в курсе Сопротивления материалов );

ASYM - антисимметричные перемещения относительно плоскости (в этом случае значения Value 1 и Value2 не указываются, подробнее см. симметричные и антисимметричные силовые факторы и соответствующие им перемещения в курсе Сопротивления материалов );

UX - перемещение в направлении текущей оси X;

UY - перемещение в направлении текущей оси Y;

UZ - перемещение в направлении текущей оси Z;

ROTX - вращение вокруг текущей оси X;

ROTY - вращение вокруг текущей оси Y;

ROTZ - вращение вокруг текущей оси Z;

TEMP - температура;

MAG - магнитный скалярный потенциал;

VOLT - электрический скалярный потенциал;

АХ - магнитный векторный потенциал в направлении оси X;

AY - магнитный векторный потенциал в направлении оси Y;

AZ - магнитный векторный потенциал в направлении оси Z;

ALL - все доступные для данного типа расчета.

Valuel - значение перемещения в текущей системе единиц измерения; Value2 - указатель, применяемый только при проведении расчетов в модуле FLOTRAN:

0 - значения перемещений прикладываются ко всем узлам поверхности;

1 - значения перемещений прикладываются к узлам и ребрам поверхности.

В случае использования перемещений типа MAG и VOLT значения Valuel и Value2 соответствуют действительной и мнимой частям потенциала. Кроме того, следует приложить закрепления к отдельным узлам, лежащим в данной плоскости:

к двум узлам, лежащим на оси X - в направлении оси Y;

к двум узлам, лежащим на

оси Y - в направлении оси X.

В результате модель с приложенными закреплениями приобретает такой вид, как на рис. 15.4.

Далее следует произвести оптимизацию сетки конечных элементов. После этого готовую расчетную модель можно использовать для расчета собственных форм и частот колебаний.

приложенными закреплениями

Рис. 15.5. Панель New Analysis

В этой панели следует активизировать переключатель Modal (Расчет собственных колебаний). Далее следует нажать кнопку ОК. Из командной строки данная команда вызывается в виде:

ANTYPE, Antype, Status, LDSTEP, SUBSTEP, Action

Antype - тип проводимого расчета:

STATIC или 0 - расчет статического напряженно-деформированного состояния;

BUCKLE или 1 - расчет задач устойчивости;

MODAL или 2 - расчет форм и частот собственных колебаний;

HARMIC или 3 - расчет вынужденных колебаний;

TRANS или 4 - расчет переходных процессов;

SUBSTR или 7 - расчет подконструкций (суперэлементов);

SPECTR или 8 - спектральный анализ (задачи сейсмических воздействий и т.п.).

Status - состояние проводимого расчета:

NEW - новый расчет;

REST - повторный запуск решения. LDSTEP - номер шага решения; SUBSTEP - номер подшага решения;

Action - определяет тип сохранения результатов решения при повторном запуске решения:

Расчет форм и частот собственных колебаний ненагруженной консольной балки

Выполнение расчета осуществляется в модуле Solution. Определение типа расчета производится командами экранного меню Solution - Analysis Type-New Analysis... После этого на экране появляется панель New Analysis (рис. 15.5).

CONTINUE (и по умолчанию) - результаты расчета будут сохранены с указанными номерами шага и подшага решения;

ENDSTEP - результаты расчета будут сохранены с новым номером шага решения;

RSTCREATE - результаты расчета будут сохранены в файле *.rst с указанными номерами шага и подшага решения.

В данном случае достаточно ввести из командной строки ANTYPE,2.

Для определения опций решения необходимо указать число вычисляемых собственных частот и соответствующих им собственных форм колебаний, диапазон, в котором будут вычисляться частоты, и некоторые другие данные.

Указание всех этих опций обеспечивается командой экранного меню Solution -* Analysis Options... Вызов этой команды влечет за собой появление на экране панели Modal Analysis, показанной на

рис. 15.6. В этой панели следует указать следующие значения и опции в соответствующих полях:

в разделе [MODOPTJ Mode extraction method оставить нажатой кнопку Subspace (способ поиска решения матричного уравнения);

в разделе [MODOPTJ Mode extraction method в поле No. of modes to extract ввести число 12 - число определяемых собственных частот и форм (по желанию пользователя, можно больше или меньше);

в разделе [MXPANDJ переключатель Expand mode shapes установить в положение Yes (эта опция позволит получить не только значение частоты, но и вид напряженно-деформированного состояния);

в разделе [MXPANDJ в поле NMODE No. of modes to be expanded указать 12 - число определяемых собственных частот и форм;

в разделе [MXPANDJ переключатель Elcalc Calculate elem results? (указание на расчет элементных результатов) установить в положение Yes.

Далее следует нажать на кнопку ОК, и на экране появится новая панель Subspace Modal Analysis (рис. 15.7).

В этой панели следует провести следующие действия:

Рис. 15.6. Панель Modal Analysis