текстовых данных, а также выполнять математические операции над наборами данных. Стандартный метод просмотра истории изменения результатов во времени заключается в построении графика изменения результатов от времени при расчетах переходных процессов или графика связи усилия с перемещением при расчетах нелинейных задач МДТТ.

Основными.шагами использования постпроцессора просмотра результатов по времени являются следующие.

1. Вызов постпроцессора просмотра результатов по времени в интерактивном режиме или посредством командной строки.

2. Создание переменных, использующих историю нагружения. Данная процедура использует не только идентификацию переменных, но также и хранение переменных.

3. Использование переменных для проведения расчетов данных, или извлечения, или создания связанных наборов данных.

4. Подготовка выходной информации. Таковая может отображаться в виде графических изображений, текстовых материалов или выходных файлов.

4.6.1. Средства просмотра переменных, использующих историю нагружения

Переменные в данном постпроцессоре создаются, обрабатываются и визуализируются при помощи специальной диалоговой панели, показанной на рис. 4.6. Краткое описание диалоговой панели приведено ниже.

1. Панель инструментов (TOOLBAR). Панель инструментов (toolbar) используется для управления действиями при операциях использования истории нагружения. Допускаются сворачивание двух панелей (см. ниже № 2 и 4) и сохранение компактной панели инструментов, включающих два этих объекта.

Add Data Вызов диалоговой панели -Add Time-History Variables Подробности см. ниже

в п. 4.6.3 Создание переменных Delete Data Удаление указанной переменной посредством панели Variable List Graph Data Графическое отображение до десяти переменных с использованием предварительно

определенных свойств. Подробности см. ниже в п. 4.6.5 Просмотр переменных-List Data Создание списка значений данных, включая предельные значения, для шести переменных Properties Указание отдельных переменных и общих свойств

Import Data Вызов диалоговой панели для добавления информации в пространство переменной.

Подробности см. в п. 4.6.5 Импорт данных полного текста русской документации к комплексу ANSYS

Export Data Вызов диалоговой панели для экспорта данных в файл или массив APDL. Подробности

см. в п. 4.6.6 Экспорт данных полного текста русской документации к комплексу ANSYS

Overlay Data Переход к выпадающему списку выбора данных для графического наложения.

Подробности см. в п. 4.6.5 Импорт данных полного текста русской документации к комплексу ANSYS

Clear Time- Удаление всех переменных и восстановление всем настройкам значений по умолчанию History Data (команда RESET)

Refresh Data Обновление списка переменных. Данная функция используется в случае, если отдельные

переменные создавались без использования средства просмотра переменных Results to View Переход к выпадающему списку вывода результатов, имеющих комплексную форму (то есть действительную и мнимую части, или амплитуду и фазу)

JReal

л.....

Calcutta

Рис. 4.6. Диалоговая панель работы с переменными

2. Скрывающийся и (или) появляющийся список переменных Variable List.

Щелчок в произвольном месте данной полосы (панели) сворачивает список переменных для временного уменьшения размера панели средств просмотра.

3. Список переменных Variable List. Данное поле содержит список созданных переменных, учитывающих историю нагружения. В данном списке для выбора и обработки переменных используется указание объекта мышью.

4. Скрывающееся и (или) появляющееся средство вычисления (Calculator). Щелчок в произвольном месте данной полосы (панели) сворачивает средство вычисления для временного уменьшения размера панели средств просмотра.

5. Поле ввода имени переменной (Variable Name). В данном поле указывается имя (название) создаваемой переменной (максимально 32 символа).

6. Поле ввода выражения (Expression). В данном поле указывается выражение, связанное с создаваемой переменной.

7. Выпадающий список переменных APDL. В этом списке указывается переменная, созданная средствами APDL, которая используется для ввода выражения.

8. Выпадающий список переменных, использующих историю нагружения.

В данном списке указывается ранее созданная и сохраненная переменная, которая используется для ввода выражения.

9. Область вычислений. Область вычислений (калькулятор, calculator) используется для добавления стандартных математических операций и функций в создаваемые выражения. Для этого следует нажимать кнопки, которые добавляют различные функции в поле ввода выражения. Щелчок на кнопке INV позволяет вызывать дополнительные операции, обозначенные сверху кнопок.

4.6.2. Вызов постпроцессора просмотра результатов по времени

Вызов постпроцессора просмотра результатов по времени применяется для обработки расчетных данных, связанных со временем или частотой. После окончания расчета комплекс ANSYS использует расчетные данные для создания файла результатов. Активный файл результатов (*.RST, *.RFL, *.RTH, *.RMG и т. д.) автоматически загружается при входе в постпроцессор. Если выполненный расчет не создал файла результатов, над этим следует задуматься. Кроме того, для указания иного файла результатов для просмотра имеется специальная опция.

Последовательность Main Menu => TimeHist PostPro влечет вход в постпроцессор просмотра результатов по времени и вызов панели средства просмотра переменных, учитывающих историю нагружения. В последующих разделах описано применение в интерактивном режиме средств просмотра переменных, являющихся частью средств графического интерфейса пользователя (GUI). Альтернативные методы использования GUI описаны в документации к соответствующим командам. При необходимости повторного вызова средств просмотра в среде постпроцессора просмотра результатов по времени в меню TimeHist PostPro следует вызвать опцию Variable Viewer.

4.6.3. Создание переменных

Операции с историей нагружения применяют переменные, то есть таблицы результатов, связанных со временем (или с частотой). Объект результата может являться перемещением в узле UX, потоком тепла в элементе, усилием, развивающимся в узле, напряжением в элементе, магнитным потоком в элементе и т. д. Каждой из переменных присваивается собственное (уникальное) имя (название). Можно создавать до 200 таких переменных. Название переменной TIME резервируется для значения времени, и для значения частоты резервируется название FREQ. Все другие идентификаторы (имена) должны быть уникальными и состоять не более чем из 32 букв и знаков. Если уникальное имя не дается пользователем, комплекс ANSYS присваивает его сам. В дополнение к уникальным идентификаторам для отслеживания и использования переменных комплекс ANSYS использует числовые индексы (ссылочные номера). Эти номера могут использоваться совместно с именами при использовании команд и в отдельных диалоговых операциях. Числовой индекс отображается вместе с любым именем, которое указывается в диалоговой панели свойств данных.

Для связи с данными истории нагружения при помощи средств просмотра следует предпринять следующие действия.

1. Вызов кнопки Add Data. Результат: появление диалоговой панели выбора данных Add Time-History Variable*. Для выбора типа результата, который требуется добавить, используется древовидная структура объектов результатов в разделе Result Item данной диалоговой панели. Объекты результатов (расчетные объекты) представлены в древовидной иерархической структуре, в которой можно указать ряд стандартных расчетных объектов (отображаются только результаты, применяемые в расчете соответствующего типа). Раздел фаворитов добавлен для доступа к предварительно выбранным объектам данных. Здесь хранятся последние пятьдесят вхождений.

2. Указание имени объекта результатов и обеспечение дополнительной информации. Поле Variable Name (имя переменной) раздела Result Item Properties* (свойства объекта результатов) содержит имя, присвоенное комплексом ANSYS, однако это поле может быть отредактировано для использования любого имени, указанного пользователем. Если выбранное название (имя) не является уникальным (повторяется), появится запрос на перезапись существующих данных. В зависимости от типа результата, выбранного в разделе Result Item*, упомянутого выше, можно указать дополнительную информацию об объекте, такую как требуемая поверхность оболочки, компоненте усилия или информацию о номере слоя.

3. Вызов кнопки ОК. Результат: если требуется информация об объекте расчетной модели или подобном, появляется панель указания, после чего указывается соответствующий узел и (или) элемент модели. Далее окно (панель) Add Time-History Variable* закрывается и соответствующая переменная появляется в списке переменных средства просмотра переменных.

Если требуется создание более одной переменной, следует нажать кнопку Apply и далее указывать данные, добавляемые в список переменных, причем окно (панель) Add Time-History Variable* будет открыто.

4. (дополнительно) Добавление или изменение информации о свойствах. В зависимости от типа переменной, соответствующей результатам, допускается ввод дополнительных свойств информации. Раздел Time History Properties* включает определенную информацию о переменных, в том числе направление оси X указания данных и список описания данных. Эта информация может редактироваться в любое время посредством вызова кнопки Data Properties.

4.6.4. Обработка переменных

для проведения расчета данных

В ряде случаев некоторые расчетные результаты, содержащиеся в файле результатов, могут подвергаться преобразованиям для создания дополнительных наборов переменных, обеспечивающих полезную информацию. Например, после создания переменной для перемещения, определенного в расчете переходного

процесса, можно вычислить скорость и ускорение путем применения операции дифференцирования по времени. Такая операция приведет к созданию новой переменной, что позволит проводить ее анализ совместно с другими расчетными результатами.

Средство просмотра переменных для выполнения вычислений содержит калькулятор с интуитивным интерфейсом. Все функции команд вызываются из раздела калькулятора. Калькулятор может быть развернут или свернут путем щелчка на линейке (заголовке), расположенной сверху раздела калькулятора.

Для обработки данных, связанных с историей нагружения, следует выполнять последовательность действий, перечисленную ниже.

1. Указание переменной в поле ввода имени переменной. Переменная должна иметь уникальное имя (Название), поскольку в противном случае ранее созданная переменная с таким же именем будет заменена.

2. Создание требуемого выражения путем обращения к требуемым кнопкам или указания переменных, связанных с историей нагружения, или параметров APDL в раскрывающихся списках.

Результат: соответствующие операторы, параметры APDL или имена других переменных появляются в поле ввода выражения Expression Input.

3. Вызов кнопки Enter в разделе калькулятора панели просмотра переменных. Результат: данные вычисляются, и имя переменной результата появляется в списке переменных. Доступ к выражению возможен в панели просмотра переменных на основе указания имени переменной до тех пор, пока панель средства просмотра не закрыта.

4.6.5. Просмотр переменных

После создания переменных их можно просматривать в графическом или текстовом виде.

Кнопка Graph Data* панели просмотра позволяет графически отображать все указанные переменные. На одном графике можно отобразить до десяти переменных. По умолчанию переменная, используемая в качестве оси X графика, является временем (TIME) для статических или переходных процессов или частотой (FREQUENCY) для расчетов вынужденных колебаний. Указание использования для оси X графика иной переменной проводится с использованием переключателя X-AXIS в списке переменных.

При отображении комплексных данных, появляющихся, например, при расчетах вынужденных колебаний, используется раскрывающийся список results to view , расположенный в правом верхнем углу панели просмотра, содержащий варианты Amplitude (амплитуда и по умолчанию), Phase angle (фазовый угол), Real (действительная часть) и Imaginary (мнимая часть).

Средства просмотра переменных сохраняют все точки времени, имеющиеся в файле результатов. Допускается просмотр только части этих данных путем указания диапазона значений для оси X. Это требуется в случае, когда определяется поведение решения в зоне некоторой точки времени, например в момент взаимо-

действия при расчете ударного взаимодействия. Такая возможность обеспечивается диалоговой панелью Data Properties*, имеющейся во вкладке X-AXIS. Следует обратить внимание, что данная настройка является глобальной и далее используется для создания всех последующих графиков.

Кнопка List Data панели (средств) просмотра переменных может использоваться для вызова списка значений переменных, содержащего до шести переменных.

При создании списка комплексных данных, таких как при расчетах вынужденных колебаний, используется раскрывающийся список results to view*, расположенный в правом верхнем углу панели просмотра, содержащий варианты вывода амплитуды и фазового угла (Amplitude and Phase Angle) или действительной и мнимой частей (Real and Imaginary). Для просмотра результатов в форме амплитуды и фазового угла применяется опция Amplitude and Phase Angle*. Для просмотра результатов в форме действительной и мнимой частей применяется опция Real and Imaginary*.

Допускается просмотр данных для ограниченного диапазона значений времени или частоты. Эта и иные возможности содержатся в диалоговой панели Data Properties*, находящейся во вкладке Lists . В дополнение к указанию диапазона времени или частоты данная диалоговая панель также позволяет следующее:

- контроль строк перед повторением заголовка в списке;

- дополнительный вывод предельных значений указанных переменных;

- указание вывода для каждой n-ой точки данных.

Глава 5

Расчет задач МДТТ

5.М. OGjup мегчд.). расчета задач механики деформируемого t твердою 10па(МДТТ, НДС)...........538

> > 5.2. Расчет статических задач

МДТТ.................................539

. 5.3 Рлгчгч фирм и ч к гиг

Ш5ств1нны\ колг-О шии ..............542 ,.г?Расчит выну* домны/ колебаний.....................................550

5 5. Рс1СЧР1 задач ус к-ичивосги..... 556

6. Расчет ньлиы'иннх задач lyifflTT............................................561

5.7. Кшпнктмыо аадачи........573

-5.8. Рисчит г татичмс к'ло --. напрч-кенно-дсфирмироианного состояния при помощи элементов.................................585

5.9. Расчет балочных конструкций.. 591

i

В данной главе описаны основные операции, выполняемые при расчете задач механики деформируемого твердого тела (МДТТ) в комплексе ANSYS

5.1. Обзор методов расчета задач механики деформируемого твердого тела (МДТТ, НДС)

Расчет задач механики деформируемого твердого тела, вероятно, является наиболее часто применяемым приложением метода конечных элементов.

В семействе продуктов ANSYS выполняются расчеты семи типов задач МДТТ. Первичными неизвестными (узловыми степенями свобод), вычисляемыми в задачах МДТТ, являются перемещения. Другие объекты, такие как деформации, напряжения и силы реакции, определяются на основе узловых перемещений.

Задачи МДТТ решаются только в программных продуктах ANSYS/Multiphy-sics, ANSYS/Mechanical, ANSYS/Structural и ANSYS/Professional.

Возможно проведение типов расчета, упомянутых ниже.

- Расчет статического напряженно-деформированного состояния (НДС), Static Analysis - используется для определения перемещений, напряжений и т. д. в условиях статических условий нагружения. Возможен расчет линейных и нелинейных задач. Нелинейности включают пластичность, изменение жесткости конструкции при нагружении, большие перемещения, большие деформации, гиперупругость, контактные задачи и ползучесть.

- Расчет форм и частот колебаний, Modal Analysis - используется для определения собственных частот и форм колебаний конструкции. Возможны разные методы определения форм и частот.

- Расчет вынужденных колебаний, Harmonic Analysis - используется для определения поведения конструкции при нагрузках, гармонически изменяющихся во времени.

- Анализ переходных динамических процессов, Transient Dynamic Analysis -используется для определения поведения конструкции при воздействии произвольно изменяющихся во времени нагрузок. Возможно применение всех видов нелинейностей, указанных для расчета статического НДС.

- Анализ случайных колебаний, Spectrum Analysis - расширение возможностей расчета собственных колебаний, используемое для вычисления напряжений и деформаций при наличии спектра воздействия или входной спектральной плотности мощности (случайные колебания).

- Рйсчет устойчивости систем, Buckling Analysis - используется для вычисления нагрузок, приводящих к потере устойчивости, и форм потери устойчивости. Возможно проведение расчёта линейных задач устойчивости (расчет собственных значений) и расчет задач нелинейной устойчивости.

- Расширенный динамический анализ, Explicit Dynamics Analysis - комплекс ANSYS обеспечивает связь с комплексом МКЭ LS-DYNA который применяется для расчетов задач с большими динамическими деформациями и сложными контактными взаимодействиями.

Для расчетов, описанных в документации, при использовании средств меню пользователь должен определять применяемый материал при помощи интуитивно понятных интерактивных средств диалоговой панели. Данные средства используют иерархическую древовидную структуру категорий материала, которая предназначена для обеспечения удобств выбора требуемой модели материала.

Для расчетов задач МДТТ в семействе продуктов ANSYS имеются два метода: h-метод и р-метод. Н-метод может использоваться для расчета любых типов задач, а р-метод - только для расчета задач определения линейного статического НДС. В зависимости от решаемой задачи h-метод обычно требует более мелкой сетки, чем р-метод. Р-метод имеет прекрасные средства расчета задач с требуемым уровнем точности при использовании достаточно грубых сеток. В общем случае обсуждение задач в документации относится к h-методу расчета.

5.2. Расчет статических задач МДТТ

В расчетах статических задач определяется влияние постоянных нагрузок, приложенных к конструкции, в которых игнорируются эффекты инерция и демпфирование, вызываемые нагрузками, изменяющимися во времени. Однако в статическом расчете могут учитываться постоянные инерционные нагрузки (такие как сила тяжести и скорость вращения) и нагрузки, изменяющиеся во времени, которые могут быть аппроксимированы статически эквивалентными нагрузками (например, эквивалентные ветровые и сейсмические нагрузки, обычно определяемые различными строительными нормами и правилами).

Расчеты статического НДС используются для определения перемещений, напряжений, деформаций и усилий в конструкции или деталях, вызванные нагрузками, которые не влекут существенных эффектов инерции или демпфирования. Предполагается наличие постоянства внешних нагрузок и поведения конструкции, то есть изменение нагрузки, и ответное поведение конструкции считается медленно изменяющимся во времени. Виды нагрузок, прикладываемых в статическом расчете, включают в себя:

- внешние приложенные усилия и давления;

- установившиеся силы инерции (например, сила тяжести или скорость вращения);

- предписанные (ненулевые) перемещения;

- температуры (для расчета температурных напряжений);

- поток частиц (используется при расчете изменения размеров при облучении).

Статический расчет может быть линейным или нелинейным. Возможны следующие типы нелинейностей: большие деформации, пластичность, ползучесть, изменение жесткости, контактные элементы, гиперупругие элементы и т. д. В данной главе рассматриваются линейные статические расчеты, с краткими ссылками на нелинейные расчеты.

Процедура расчета статических задач состоит из следующих действий.

3. Указание дополнительных опций расчета.

4. Приложение нагрузок.

5. Выполнение расчета.

6. Просмотр результатов.

При создании модели следует определить имя задания (jobname) и заголовок, а далее использовать.препроцессор PREP7 для указания типов элементов, геометрических характеристик элементов, свойств материалов и геометрии модели. Данные действия являются общими для большинства расчетных задач.

Выбор средств контроля решения включает в себя определение типа расчета и общие опции расчета, а равно указание опций шага нагрузки. При выполнении расчета статического НДС можно использовать упрощенный способ указания опций (вызываемый диалоговой панелью Solution Controls). Диалоговая панель Solution Controls имеет настройки по умолчанию, которые удобны для расчета многих задач статического НДС, что означает, что изменению подлежит только малое число опций, если это вообще требуется. Поскольку упрощенный способ указания опций является рекомендуемым средством назначения средств контроля решения, в данной главе рассматривается именно этот метод.

Если пользователь предпочитает не использовать диалоговую панель Solution Controls (вызывается из экранного меню последовательностью Main Menu => Solution => Analysis Type => Soln Controls), средства контроля решения могут назначаться путем использования стандартных команд комплекса ANSYS, вызываемых в том числе из меню (Main Menu => Solution => Unabridged Menu => Option).

Некоторые элементы, включая семейство элементов 18х, учитывают эффект изменения жесткости модели при приложении нагрузки (stress stiffening) вне зависимости от значений аргументов команды SSTIF. Для определения возможности учета элементом изменения жесткости при приложении нагрузки следует обращаться к описанию соответствующих элементов.

По умолчанию эффект изменения жесткости используется (значение ON) в случае, если команда NLGEOM имеет значение ON. Случаи, в которых использование эффекта изменения жесткости отключается (OFF), сводятся к следующему:

- изменение жесткости учитывается только в нелинейных задачах; при выполнении расчетов линейных задач (команда NLGEOM,OFF) эффект изменения жесткости отключается (OFF);

- до проведения расчета известно, что модель не подвергается потере устойчивости (бифуркация, прощелкивание).

Учет эффекта изменения жесткости в общем случае ускоряет сходимость нелинейных процессов. Учитывая указанное выше, можно включать учет эффекта изменения жесткости для ряда задач, в которых имеются проблемы сходимости решения, например в задачах с локальной потерей устойчивости.

Команда SSTIF

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Solution => Unabridged Menu => Analysis Options.