бочих станций и PC количество требуемой памяти зависит от числа пикселей (например, точек на экране) для каждого кадра. На устройствах X-window сокращение размера графического окна уменьшает число пикселей, обеспечивая возможность увеличения длины вызываемой анимации.

Несмотря на то что допускается создание анимации в различных окнах комплекса ANSYS, анимации, созданные средствами OpenGL (команда /DV3D,ANIM,0), не сохраняют информацию об окнах. ДОПУСКАЕТСЯ сохранение нескольких окон при использовании драйверов XI1/WIN32, или при использовании драйвера OpenGL командой /DV3D,ANIM,KEY (при условии ненулевого значения аргумента KEY).

Лучшей альтернативой основным командам создания анимации, описанным выше, является использование специальных макросов создания анимации за один шаг .

- ANDATA (Utility Menu => PlotCtrls => Animate Over Results) создает последовательную контурную анимацию на основе диапазона расчетных данных. Этот макрос позволяет создавать последовательную анимацию, основанную на последней команде создания изображения (например, PLDISP).

- ANDSCL (Utility Menu = PlotCtrls Animate Deformed Shape) создает последовательную анимацию вида деформированного состояния в постпроцессоре POST1. Перед использованием макроса ANDSCL требуется вызвать команду изображения деформированного состояния (такую как

PLDISP).

- ANCNTR (Utility Menu => PlotCtrls => Animate => Deformed Results) создает последовательную анимацию контуров значений, наложенных на вид деформированной модели в постпроцессоре. Перед использованием макроса требуется вызвать команду изображения контуров значений, деформированного состояния или обоих (такую как PLNSOL,S,EQV).

- ANMODE (Utility Menu => PlotCtrls => Animate Mode Shape) создает последовательную анимацию вида Деформированного состояния формы (колебаний) в постпроцессоре POST1. Перед использованием макроса ANMODE требуется вызвать команду изображения деформированного состояния.

- ANTIME (Utility Menu => PlotCtrls => Animate => Over Time) создает последовательную анимацию вида деформированного состояния как функции времени в постпроцессоре POST1. Перед использованием макроса требуется вызвать команду изображения контуров значений, деформированного состояния или обоих, а также требуется иметь результаты расчета, соответствующие нескольким значениям параметра времени.

- ANISOS (Utility Menu => PlotCtrls => Animate => Isosurfaces) создает последовательную анимацию поверхностей равного значения при изображении деформированного вида в виде контуров в постпроцессоре POST1. Перед использованием макроса ANISOS требуется вызвать команду изображения результатов в виде контуров..

- ANCUT (Utility Menu = PlotCtrls = Animate => Q-Slice Contours или Utility Menu => PlotCtrls => Animate => Q-Slice Vectors) создает последовательную анимацию вида деформированного состояния для секущей плоскости в виде контуров в постпроцессоре POST1. Перед использованием макроса требуется вызвать команду изображения результатов в виде контуров.

- ANFLOW (Utility Menu =s PlotCtrls => Animate => Particle Flow) создает последовательную анимацию потока частиц или движения заряженной частицы. Перед использованием макроса требуется вызвать команду изображения следа потока частиц на изображении элементов (то есть команду PLTRAC).

- ANHARM (Utility Menu => PlotCtrls => Animate => Time-harmonic) создает изменяющуюся во времени анимацию результатов, зависящих от времени, на основе последней команды изображения (например, PLNSOL,B, SUM). Анимация преобразует комплексные переменные расчета (действительные и мнимые наборы) в результаты, изменяющиеся за один период.

Глава 2

Описание

конечных элементов комплекса ANSYS

2.1. Общие свойства элементов......44

2 2 Ст. к:мы кипииина) ..................51

В2 3 Свойства млториаппп с3

2 4 Узлпвыр и *чпрчмн1ннр нагрузки........................................54

.25 Элементы в форцр < треугольникиь, призм

и тетрачдрсж КН

jsc 2 Ь. Элсминтио'шпочок гю

Г 2.7. Ососимм(;тричм1.1г :)л.М1ни.1 ЬУ

( /И IJCff ИГЛМСIРИЧМЫЙ JJltfMCHTLI

цл с непггч hmmri ричными нагрузками . Rfl

.29 ГииМ1[)ич1:икии

Яй нелинейности ............;......................61

. 2 10.-Библиотокс! эппмшппп Ti2

Описание конечных элементов комплекса ANSYS предназначено для обеспечения пользователей информацией об индивидуальных элементах, входящих в комплекс ANSYS.

Данная часть книги не предназначена для использования в качестве первичного источника информации о комплексе, и эту информацию следует искать в соответствующих главах данной книги

2.1. Общие свойства элементов

Элементы библиотеки конечных элементов комплекса ANSYSимеют большое количество общих свойств. Эти свойства описываются в данной главе. Отдельное описание каждого элемента содержится ниже, в п. 2.10 Библиотека элементов , который включает общую таблицу исходных данных элементов. Пример типовой таблицы данных см., например: п. 2.10.3, Исходные данные . Эта таблица обычно содержит следующие объекты:

- название элемента;

- узлы;

- степени свободы;

- геометрические характеристики;

- свойства материала;

- нагрузки, приложенные к поверхности;

- объемные нагрузки;

- специальные возможности;

- признаки KEYOPT.

Подробности данных объектов описаны ниже.

2.1.1. Исходные данные элементов

Библиотека конечных элементов комплекса ANSYS включает в себя более 100 различных формулировок элементов, или типов. Тип элемента идентифицируется названием (максимум 8 символов), таким.как, например, ВЕАМЗ, и состоит из обозначения группы (BEAM) и уникального идентификационного номера (3). Описания элементов в п. 2.10 Библиотека элементов содержатся в порядке этих идентификационных номеров. Элемент выбирается из библиотеки для использования в расчете путем указания его названия командой ввода типа элемента (ЕТ).

Узлы, связанные с элементом, перечисляются в форме I, J, К и т. д. Элементы связаны с узлами в последовательности и в соответствии с ориентацией, показанной на первой иллюстрации в описании каждого типа элемента. Данная связность может создаваться автоматически при выполнении операции построения сетки или может быть непосредственно указана пользователем командой Е. Номера узлов должны соответствовать порядку, указанному в списке узлов. Порядок указания узлов для некоторых типов элементов определяет ориентацию системы координат элемента. Описание системы координат элемента см. ниже в п. 2.2 Системы координат .

Каждый тип элемента имеет набор степеней свобод, составляющих первичные узловые неизвестные, определяемые в ходе расчета. Таковыми могут являться перемещения, повороты, температуры, давления, напряжения (в вольтах) и т. д. Вторичные (производные) результаты, такие как напряжения, поток тепла и т. д., вычисляются на основе этих расчетных степеней свобод. Степени свободы не указываются в узлах пользователем в явном виде, а, скорее, подразумеваются

типом элемента, связанного с узлами. Поэтому в любом расчете в комплексе ANSYS выбор типов элементов является операцией высшего приоритета.

Данные, требуемые для вычисления матриц элемента, но не определяемые на основе координат узлов или свойств материалов, указываются в качестве геометрических характеристик. Обычно геометрические характеристики включают площадь поперечного сечения, толщину, внутренний диаметр, наружный диаметр и т. д. Основное описание геометрических характеристик приводится для каждого типа элемента. Геометрические характеристики указываются командой R. Значения геометрических характеристик, указываемых данной командой, должны указываться в порядке, предусмотренном списком геометрических характеристик элемента.

Для каждого типа элемента используются различные свойства материала. Стандартные свойства материала включают модуль Юнга (упругости), плотность, коэффициент температурного расширения, тепловой проводимости и т. д. Каждое свойство имеет в комплексе ANSYS свою метку - EX, EY и EZ для компонентов модуля Юнга для разных осей, DENS для плотности и т. д. Все свойства материала могут указываться в виде функций температуры.

Некоторые свойства, не применяемые в тепловых расчетах, называются линейными свойствами, поскольку обычные расчеты, проводимые с учетом данных свойств, требуют проведения только одной итерации. Свойства связи напряжений с деформациями называются нелинейными свойствами, поскольку расчеты, проводимые с учетом данных свойств, требуют проведения итерационных вычислений. Линейные свойства материалов указываются командами семейства MP, а нелинейные свойства - командами семейства ТВ. Некоторые элементы требуют других специальных данных, которые должны указываться в табличной форме. Эти табличные данные также указываются командами ТВ.

Различные типы элементов допускают приложение нагрузок к поверхностям. Нагрузки, приложенные к поверхностям, обычно являются давлением, приложенным к элементам задач МДТТ, конвекцией или потоком тепла для тепловых типов элементов и т. д. Дополнительные подробности см. ниже в разделе Узловые и элементные нагрузки .

Различные типы элементов допускают приложение нагрузок в объеме. Нагрузки, приложенные к объемам, обычно являются температурами, приложенными к элементам задач МДТТ, скоростью выделения тепла для тепловых типов элементов и т. д. Дополнительные подробности см. ниже в п. 2.4 Узловые и элементные нагрузки . Объемные нагрузки для каждого элемента указываются в таблице Перечень исходных данных элемента в виде обозначения (метки) и списка значений нагрузок, приложенных в различных точках элемента (см. полный текст русской документации к комплексу ANSYS). Например, для типа элемента PLANE42 список объемных нагрузок, имеющий вид температуры: Т(1), T(J), Т(К), T(L), - указывает, что температурные объемные нагрузки прикладываются в узлах I, J, К и L элемента. Объемные нагрузки указываются командами BF или BFE. Значения объемных нагрузок, указываемых командой BFE, должны указываться в порядке, предусмотренном списком объемных нагрузок.

Ключевые слова в списке Специальные возможности указывают возможность применения для элемента дополнительных свойств. Чаще всего эти возможности обеспечивают нелинейные свойства элемента и требуют выполнения итерационного расчета.

Признаки KEYOPT (или опции указания) являются переключателями, используемыми для включения или отключения различных опций элементов. Опции KEYOPT включают указание формулировки жесткости, вывода результатов, указания системы координат элемента и т. д. Основное описание признаков KEYOPT приводится для каждого типа элемента. Признаки KEYOPT идентифицируются номером, таким как KEYOPT(l), KEYOPT(2) и т. д., и каждый признак KEYOPT, снабженный номером, может иметь определенное значение. Значения для первых шести признаков KEYOPT (с KEYOPT(l) по KEYOPT(6)) могут быть указаны командами ЕТ или KEYOPT. Значения для KEYOPT(7) или выше для любого элемента указываются командой KEYOPT.

2.1.2. Результаты расчета

Выходные данные расчета состоят из узловых результатов (или первичного результата в виде значений степеней свобод) и элементных результатов (или вторичных результатов). Каждый из этих результатов описан ниже. Выходные данные записываются в выходной файл (Jobname.OUT, известный также как распечатка), базу данных и файл результатов (Jobname.RST, Jobname.RTH, Jobname.RMG или Jobname.RFL). Выходной файл может просматриваться средствами графического интерфейса пользователя (GUI), а база данных и файл результатов (иногда именуемый информационными данными) могут просматриваться в постпроцессоре.

Выходной файл содержит результаты расчета узловых степеней свобод, усилия узловые и реакции, и элементные результаты, в зависимости от настроек команды OUTPR. Элементные результаты прежде всего являются расчетными данными в центре тяжести для каждого элемента. Большинство элементов имеют признак KEYOPT, позволяющий вывести больший объем информации (например, в точках интегрирования).

Файл результатов содержит данные для всех требуемых расчетов, или шагов нагрузки (команда OTJTRES). В модуле POST1 для указания шага нагрузки, результаты которого подвергаются просмотру, вызывается команда SET. Объекты результатов для элементов, созданных на основе поверхностей или объемов, обычно восстанавливаются из базы данных командами PRNSOL, PLNSOL, PRESOL, PLESOL и т. д. Аргументы этих команд соответствуют меткам, содержащимся в описании исходной и расчетной информации для каждого элемента (например, п. 2.10.25: Список исходных данных элемента и таблица Описание расчетных данных элемента PLANE42 ). Например, просматриваемые напряжения в направлении оси X (обычно обозначаются SX) идентифицируются командами постпроцессора в виде объекта S и компонента X. Координаты центра тя4-жести ХС, YC, ZC идентифицируются в виде объекта CENT и компонентов X, Y

или Z. Доступны для применения данной командой только объекты, содержащиеся одновременно в описании этих команд и исходных или расчетных таблиц элементов. Исключением является ЕРТО, полная деформация, которая может применяться для всех объемных элементов и оболочек МДТТ, даже в случае, когда она отсутствует в таблицах описания расчетной информации для данных элементов.

Для отдельных данных результатов, таких как данные в точках интегрирования, всех вторичных данных для стержней, труб и балок МДТТ и контактных элементов, всех вторичных данных для стержней тепловых задач и данных слоев многослойных элементов, родовые обозначения (метки) не существуют. Вместо них для идентификации данных объектов применяются последовательные номера.

2.1.2.1. Узловые результаты

Узловые результаты расчета состоят из следующих данных:

- расчетных значений степеней свобод, таких как узловые перемещения, температуры и давления;

- расчетных реакций, вычисленных в узлах, на которые наложены ограничения - усилия в закрепленных узлах, поток тепла в степенях свободы температуры, имеющих ограничения, поток жидкости в степенях свободы давления, имеющих ограничения, и т. д.

Значения расчетных степеней свобод определяются для всех активных степеней свобод в модели объединением всех меток (обозначений) степеней свобод, связанных со всеми активными элементами. Эти значения выводятся для всех степеней свобод, имеющих ненулевую жесткость или проводимость, а сам вывод может контролироваться командами OUTPR.NSOL (для выходного, текстового файла) и OUTRES,NSOL (для вывода в файл результатов).

Расчетные реакции определяются во всех узлах, которые имеют ограничения (D, DSYM и т. д.). Вывод данной информации контролируется командами OUTPR.RSOL и OUTRES,RSOL.

Для векторных степеней свобод и соответствующих реакций вывод результатов в ходе расчета проводится в узловой системе координат. Если узел был передан в повернутую узловую систему координат, расчетные узловые результаты будут соответствовать этой повернутой узловой системе координат. Для узла с поворотом 6ху = 90°, выводится значение UX в направлении оси X узловой системы координат, которое на самом деле соответствует направлению оси Y глобальной системы координат. Повороты (ROTX, ROTY, ROTZ) выводятся в радианах, а фазовые углы в расчете вынужденных колебаний выводятся в градусах.

2.1.2.2. Элементные результаты

Расчетные элементные объекты (и их определения) указываются вместе с описанием типа элемента. Для элемента во всех случаях выводятся не все объекты, указанные в его таблице расчетных данных. Обычно объекты, не применяемые для текущего типа расчета или полностью имеющие нулевые значения, не выводятся

и подавляются для экономии размера файлов. Однако все нулевые усилия при расчете связанных полей выводятся, за исключением применения элементов связанных полей PLANE223, SOLID226 и SOLID227. Вывод данных в некоторых случаях зависит от указания исходной информации. Например, для тепловых элементов, имеющих нагрузки в виде конвекции на поверхности (CONV) или узлового потока тепла (HFLUX), вывод результатов будет проводиться в виде конвекции или потока тепла. Большинство расчетных данных появляется в списке элементных результатов. Отдельные объекты не отображаются в списке выходных результатов, но записываются в файл результатов.

2.1.2.3. Нагрузки, приложенные к поверхности

Вывод давлений для элементов задач МДТТ показывает распространение исходных давлений благодаря возможности приложения к элементам переменных по значениям нагрузок. Описание указания давлений см. в описании команд SF, SFE и SFBEAM. Например, для элемента типа PLANE42, для которого наличный список исходных нагрузок Давления: Ребро 1 (J-Г), Ребро 2 (K-J), Ребро 3 (L-K), Ребро 4 (I-L), - выходная строка PRESSURE распределяет давления в виде P1(J), P1(I); Р2(К), P2(J); P3(L), РЗ(К); и P4(I), P4(L). P1(J) должно интерпретироваться как давление для указателя нагрузок 1 (давление по нормали к ребру 1) в узле J; Р1(1) является нагрузкой для указателя 1 в узле I и т. д. (прим. автора: в оригинале упоминаются грани, но сам элемент является плоским, имеет ребра, а граней не имеет). Если давление указывается постоянным, а не переменным, оба узловых значения давления будут совпадать. Элементы балок, допускающие геометрический сдвиг узла, имеют дополнительный расчетный объект с названием OFFST. Для сохранения объема файла вывод давлений при нулевых значениях часто опускается. Аналогично иные объекты нагрузок, приложенных на поверхности (такие как конвекция (CONV) и поток тепла (HFLUX)), и нагрузки, приложенные в объеме (такие как температура (TEMP), поток частиц (FLUE) и выделение тепла (HGEN)), при нулевых значениях часто опускаются (или для температур, когда значение T-TREF равно нулю).

2.1.2.4. Результаты, вычисленные в центре тяжести

Расчетные данные, такие как напряжения, деформации, температуры и т. д., в выходной текстовой информации указываются в центре тяжести элемента (или вблизи его). Координаты центра тяжести при использовании больших перемещений вычисляются повторно. Расчетные значения вычисляются в виде среднего значения величин в точках интегрирования. Направления компонентов векторных объектов соответствуют исходным направлениям свойств материала, которые, в свою очередь, являются функцией системы координат элемента. Например, напряжение SX имеет то же направление, что и EX. Команда ETABLE может использоваться в постпроцессоре для вычисления значений в центре тяжести каждого элемента на основе его узловых значений.

2.1.2.5. Результаты, вычисленные на поверхностях

Результаты, вычисленные на поверхности, имеются в текстовой выходной информации для отдельных свободных поверхностей объемных элементов. Свободная поверхность является поверхностью, не связанной с любым другим элементом и не имеющей ограничений степеней свобод или узловых сосредоточенных нагрузок, приложенных на данной поверхности. Результаты, вычисленные на поверхности, не применяются для поверхностей, не являющихся свободными, или при наличии у элементов нелинейных свойств материала. Результаты, вычисленные на поверхности, также не применяются для элементов отключенных (команда EKILL) и впоследствии повторно активизированных (команда EALIVE). Результаты, вычисленные на поверхности, не учитывают эффектов больших деформаций.

Результаты, вычисленные на поверхности, автоматически подавляются при наличии у элемента нелинейных свойств материала. Результаты, вычисленные на поверхности, имеют ту же точность, что и расчетные перемещения. Значения не экстраполируются на поверхность от точек интегрирования, но вычисляются на основе узловых перемещений, нагрузок, приложенных к граням, и соотношений свойств материалов. Поперечные касательные напряжения на поверхностях считаются нулевыми. Нормальные к поверхности осевые напряжения имеют значения, равные давлению, приложенному к поверхности. Результаты, вычисленные на поверхности, не следует просматривать на гранях, сжатых в точку (линию), или на гранях нулевого радиуса (оси вращения) осесиммет-ричной модели.

Для трехмерных (3D) объемных элементов система координат грани имеет направление оси X, совпадающее с линией, соединяющей первые два узла грани, как указывается для давления, прикладываемого к элементу. Точное направле ние оси X соответствует линии, соединяющей промежуточные узлы или средние точки двух противоположных граней. Ось Y перпендикулярна оси X и лежит в плоскости грани.

2.1.2.6. Результаты,

вычисленные в точках интегрирования

Результаты, полученные для точек интегрирования, для отдельных элементов могут быть доступны в текстовом выходном файле. Координаты точек интегри рования при использовании больших перемещений вычисляются повторно. Для запроса записи данных точек интегрирования в виде узловых данных в файл результатов также может использоваться команда ERESX.

2.1.2.7. Элементные узловые результаты

Термин элементные узловые означает элементные данные, для каждого элемента отображаемые в его узлах. Этот тип результатов применяется для двухмерных

(2D) и трехмерных (3D) элементов объемного НДС, оболочек и различных других элементов. Элементные узловые результаты состоят из вторичных данных в элементах (например, напряжений, деформаций, потоков, градиентов и т. д.), вычисленных для каждого из узлов элемента. Эти данные обычно вычисляются во внутренних точках интегрирования и далее экстраполируются в узлы. Исключениями являются элементы, имеющие активную пластичность (отличную от нуля), ползучесть или радиационное набухание в точках интегрирования или при вызове команды ERESX,NO. В подобных случаях узловые результаты являются значениями в ближайшей к узлу точке интегрирования. Результаты обычно представляются в системе координат элемента. Осреднение узловых данных для смежных элементов проводится в среде постпроцессора POST1.

2.1.2.8. Элементные узловые нагрузки

Таковые являются нагрузками (усилиями) в элементе, действующими в каждом из его узлов. Их значения выводятся в конце вывода данных для элемента в узловой системе координат и обозначаются в виде статических нагрузок. Если задача является динамической, также выводятся усилия демпфирования и инерционные. Вывод элементных узловых нагрузок контролируется командами OTJTPR, NLOAD (для текстового выходного файла) и OUTRES,NLOAD (для вывода в файл результатов).

Элементные узловые нагрузки связаны с расчетными реакциями следующим образом: сумма статических, демпфирующих и инерционных нагрузок для отдельной степени свободы, вычисленная для всех элементов, связанных с данной степенью свободы, сложенная с приложенной узловой нагрузкой (указанной командами F или FK), равна значению усилия реакции в той же самой степени свободы с обратным знаком.

2.1.2.9. Нелинейные результаты

Нелинейные данные деформаций (EPPL, EPCR, EPSW и т. д.) всегда являются значениями в ближайшей точке интегрирования. При наличии ползучести напряжения вычисляются после коррекции пластичности, но перед коррекцией ползучести. Упругие деформации выводятся после коррекции ползучести.

2.1.2.10. Результаты расчетов плоских и осесимметричных моделей

Расчет двухмерных (2D) задач плоского напряженного и плоского деформированного состояний основывается на вычислениях для единичной толщины и выводе соответствующих расчетных значений для единичной толщины . Однако для многих элементов такого НДС допускается опция указания глубины (толщины). Расчет двухмерных (2D) осесимметричных задач основан на полных 360° дуги окружности. Вычисления и все соответствующие данные результатов также соответствуют полным 360° дуги окружности. В частности, полные усилия соответствуют полным 360° дуги окружности модели в задачах МДТТ, и полный по-