Разделы
Главная Сапромат Моделирование Взаимодействие Методы Инновации Индукция Исследования Факторизация Частоты
Популярное
Как составляется проект слаботочных сетей? Как защитить объект? Слаботочные системы в проекте «Умный дом» Какой дом надежнее: каркасный или брусовой? Как правильно создавать слаботочные системы? Что такое энергоэффективные дома?
Главная »  ANSYS 

1 ... 4 5 6 7 8 9 10 ... 64

Геометрические нелинейности 61

ремещения, усилия, давления и т. д.). Исходные значения температуры, перемещения и давления должны являться пиковым значением (амплитудой). Исход-нос значение для усилия и потока тепла должно быть числом, равным пиковому значению для единичной длины, умноженному на длину окружности. Условие симметрии определяется по значению ISYM и также указывается командой MODE.

Результаты расчета записываются в файл результатов. Перемещения и напряжения выводятся в форме пиковых (амплитудных) значений синусоидальной функции. Результаты могут быть вычислены и суммированы в модуле POST1 для различных значений окружной координаты (0). Это. может быть проведено сохранением данных результатов для требуемого значения координаты и при помощи аргумента ANGLE команды SET. Случай нагружения может быть создан командой LCWRITE. Операция повторяется для каждого набора результатов, и далее случаи нагружения комбинируются (объединяются) или масштабируются командой LCOPER. Также можно создавать контурное изображение напряжений (и температур) и изображение деформированной модели.

Смешивание гармонических элементов е другими, негармоническими элементами должно проводиться с осторожностью. Гармонические элементы не должны использоваться в нелинейных расчетах, таких как расчеты с большими перемещениями или контактные расчеты.

2.9. Геометрические нелинейности

Геометрические нелинейности соответствуют нелинейностям конструкции или компонента, вызванным изменением геометрической формы при появлении перемещений. Это значит, что жесткость [К] является функцией перемещений {и}. Жесткость изменяется под влиянием изменения формы и (или) поворотов материала в конструкции. Комплекс может учитывать пять типов геометрических не линейностей.

1. Большие деформации предполагают, что деформации не являются бесконечно малыми (являются конечными). Изменения формы (например, площади поперечного сечения, толщины и т. д.) также учитываются. Перемещения и повороты могут являться произвольно значительными.

2. Большие повороты предполагают, что повороты являются большими, но механические деформации (вызывающие напряжения) оцениваются при помощи линеаризованных уравнений. Конструкция считается не изменяющей форму, за исключением движения в виде жесткого целого. Элементы этого класса соответствуют своей первоначальной форме.

3. Изменение жесткости при приложении нагрузок предполагает, что и деформации, и повороты являются малыми. Для учета отдельных нелинейных эффектов поворотов используется аппроксимация первого порядка.

4. Изменение жесткости при наличии скорости вращения предполагает, что и деформации, и повороты являются малыми. Данная опция описывает радиальное движение массы тела в задачах МДТТ, связанное с наличием уг-



ловой скорости. Следовательно, данный эффект схож с большими перемещениями и одновременной аппроксимацией малого вращения. 5. Изменение жесткости, связанное с приложением давления, описывает изменение жесткости, вызванное эффектом следящей нагрузки при повороте нагрузки в форме давления. R задачах г. большими перемещениями подобное может влиять на скорость сходимости.

2.10. Библиотека элементов

Описание каждого из элементов содержит общую характеристику элемента, изображение элемента, исходные данные элемента, список исходных данных элемента и расчетные данные элемента. Среди описания общих данных элементов могут иметься дублирующие замечания, поэтому они приводятся в данном месте главы, а не в описании каждого элемента.

В частности, давления могут указываться в виде нагрузок, приложенных к поверхностям (ребрам) элемента, что показано номерами, обведенными окружностями, на соответствующих иллюстрациях. Положительное давление направлено внутрь элемента. Температуры и поток частиц в элементе могут указываться в виде объемных нагрузок, приложенных в узлах. Температура в узле I (Т(1)) по умолчанию равна TUNIF. Если все остальные температуры не указаны, они по умолчанию равны Т(1). Если для элементов II порядка (квадратичных) вес температуры в угловых узлах (например, I, J и К) указаны, температуры в промежуточных узлах равны среднему значению для соседних угловых узлов (то есть T(L) = 0,5 (T(I) + T(J))). При любом ином меч оде указания температур все неуказанные температуры по умолчанию равны TI.INIF. Это же правило распространяется и на поток частиц (если таковой в элементе используется), за исключением того, что вместо TUNIF подставляется нуль.

Узловые усилия, если они есть, для элементов типа PLANE.rxr указываются для единичной толщины при моделировании плоского деформированного и плоского напряженного состояний (за исключением случая KEYOPT(3) = 3) и для полных 360° длины дуги в осесимметричных расчетах.

Нагрузка в форме начальных напряжений (если таковая для элемента применяется, она указывается в списке Специальные возможности в виде Импорт начальных напряжений ) к данному элемешу может прикладываться командами ISFILE или ISTRESS. С подробностями можно ознакомиться в разделе, посвященном приложению начальных напряжений в полном тексте документации к комплексу ANSYS. В качестве альтернативы при помощи значения KEYOPT(9) = 1 (для отдельных элементов этот признак соответствует иным свойствам) можно вызвать ввод начальных напряжений с помощью подпрограммы пользователя USTRESS. Подробности применения этой подпрограммы см. в Руководстве по объектам, программируемым пользователем в комплексе ANSYS (Guide to ANSYS User Programmable Features).

Руководство по объектам, программируемым пользователем в комплексе ANSYS (Guide to ANSYS User Programmable Features), в состав обязательной




документации, поставляемой совместно с комплексом ANSYS, не входит и может передаваться за отдельную плату только организациям, официально купившим комплекс ANSYS.

Дляотдельных элементов учет эффекта увеличения жесткости при приложении давления в расчете, использующем геометрические нелинейности, проводится командой SOLCONTROL ,INCP. Эффект увеличения жесткости при приложении давления автоматически учитывается в расчете линейной потери устойчивости. Если для учета эффекта увеличения жесткости при приложении давления требуется несимметричная матрица жесткости, используется команда NROPT,UNSYM.

Кроме того, для расчетных данных элемента эквивалентные деформации используют эффективный коэффициент Пуассона: для упругого и теплового расчетов значение указывается пользователем (команда MP,PRXY); при пластичности и ползучести значение равно 0.5.

Элементы имеют также системные соглашения и ограничения применения. В них, как правило, входят следующие указания.

- Длина элемента стержня должна быть положительной, и узлы I и J не должны совпадать.

- Площадь поперечного сечения элемента стержня должна быть больше нуля.

- Площадь элемента типа PLANExcA должна быть положительной.

- Применение элементов типа SOLIDxjct нулевого объема не допускается.

- Элемент типа SOLIDxxr не может быть искривлен так, чтобы распадаться на два отдельных объема. Обычно такое происходит при неправильном порядке указания узлов элемента.

- Элемент типа PLANExtx должен лежать в плоскости X-Y глобальной декартовой системы координат, как показано на соответствующей иллюстрации, и ось Y должна быть осью симметрии для расчетов осесимметричных задач. Осесимметричная модель должна создаваться в квадрантах с положительными значениями координат X.

- Грань (ребро) с удаленным промежуточным узлом подразумевает линейное, а не квадратичное (параболическое) изменение перемещений на данной грани (ребре).

- Вывод напряжений на поверхностях применим только при отсутствии конденсации грани (ребра) в точку и иных условиях, указанных в полном тексте документации к комплексу ANSYS.

Дополнительные соглашения и ограничения см. по полному тексту документации.

2.10.1. LINK1 - двумерный (2D) стержень (элемент фермы)

Описание элемента

Элемент LINK1 может использоваться в различных инженерных задачах. В зависимости от применения этот элемент может использоваться в качестве фермы,



связи, упругого элемента (пружины) и т. д. Двухмерный (2D) элемент стержня имеет одну ось, может воспринимать растяжение и сжатие и имеет две степени свободы в каждом узле - перемещения в направлении осей X и Y узловой системы координат. Как стержневой элемент, он не имеет свойств изгиба. Трехмерным (3D) элементом стержня является элемент LINK8.


Рис. 2.1. Геометрия элемента LINK1

Исходные данные элемента

Па рисунке 2.1 показаны геометрия элемента, расположение узлов и его система координат. Элемент определяется двумя узлами, площадью поперечного сечения, начальной деформацией и свойствами материала. Ось X системы координат элемента направлена вдоль элемента (по длине), от узла I к узлу J. Начальная деформация в элементе (ISTRN) вычисляется в виде Д/L, где Д является разницей между длиной элемента L (определяемой по координатам узлов I и J) и длиной элемента при нулевом значении продольной деформации.

Список исходных данных элемента Узлы I,J.

Степени свободы - UX, UY.

Геометрические характеристики:

- AREA - плошадь поперечного сечения:

- ISTRN - начальная деформация.

Свойства материала - EX, ALPX (или СТЕХ или THSX), DENS, DAMP. Нагрузки, прикладываемые к поверхности элемента - нет. Объемные нагрузки:

- температуры - T(I), T(J);

- поток частиц - FL(I), FL(J). Специальные возможности:

- пластичность;

- ползучесть; радиационное набухание;



- увеличение жесткости при наличии нагрузок;

- большие перемещения;

- рождение и смерть.

Признаки KEYOPT - нет. Расчетные данные элемента

Расчетные данные, связанные с элементом, делятся на два вида:

- узловые объекты, такие как узловые перемещения, включены в полное узловое решение;

- дополнительные элементные объекты, перечисленные в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Описание расчетных данных элемента LINK1

Определение

Номер элемента

NODES

Номера узлов элемента (I и J)

МАТ

Номер материала, используемого для элемента

VOLU

Объем элемента

XC.YC

Координаты точки, в которой вычисляются результаты

TEMP

Температуры в узлах I и J

FLU EN

Поток частиц в узлах I и J

MFORX

Осевое усилие в системе координат элемента

SAXL

Осевое напряжение в элементе

EPELAXL

Упругая осевая деформация в элементе

EPTHAXL

Температурная осевая деформация в элементе

EPINAXL

Начальная осевая деформация в элементе

SEPL

Эквивалентное напряжение по кривой деформирования

SRAT

Отношение истинного напряжения к напряжению на поверхности текучести

EPEQ

Эквивалентная пластическая деформация

HPRES

Гидростатическое давление

EPPLAXL

Осевая пластическая деформация

EPCRAXL

Осевая деформация ползучести

EPSWAXL

Осевая деформация радиационного набухания

2.10.2. PLANE2 - двухмерный (2D) треугольный элемент объемного НДС с шестью узлами

Описание элемента

Элемент PLANE2 является треугольным элементом с шестью узлами, совместимым с элементом PLANE82, имеющим восемь узлов. Элемент имеет квадратичное представление перемещений и пригоден для моделирования нерегулярных сеток (например, создаваемых на основе моделей, импортированных из различных комплексов CAD).

Элемент определяется шестью узлами, имеющими две степени свободы в каждом узле: перемещения в направлении осей X и Y узловой системы координат. Элемент может использоваться для моделирования плоского деформированного и плоского напряженного состояний (то есть может рассматриваться в виде плоского), или для моделирования осесимметричного напряженного состояния.

3 за к 46



Элемент также имеет свойства пластичности, ползучести, радиационного набухания, увеличения жесткости при наличии нагрузок, больших перемещений и больших деформаций.

Исходные данные элемента

Геометрия и расположение узлов элемента показаны на рис. 2.2.

Помимо узлов, исходные данные элемента включают толщину (только при KEYOPT(3) = 3) и свойства ортотропного материала. Направления осей орто-тропного материала соответствуют направлениям системы координат элемента.

Список исходных данных элемента

Узлы-IJ.K, L, М, N.

Степени свободы - UX, UY. Геометрические характеристики:

- при KEYOPT (3) = 0,1 или 2 - нет;

- ТНК - толщина при KEYOPT(3) = 3

Свойства материала - EX, EY, EZ, PRXY, PRYZ, PRXZ (или NUXY, NUYZ, NUXZ), ALPX, ALPY, ALPZ (или СТЕХ, CTEY, CTEZ или THSX, TIISY, THSZ), DENS, GXY, DAMP.

Нагрузки, прикладываемые к поверхности элемента:

- давление - на грани (ребре) 1 (J-I), на грани (ребре) 2 (K-J), на грани

К


Рис. 2.2. Геометрия элемента PLANE2


- пластичность;

- ползучесть;



- радиационное набухание;

- увеличение жесткости при наличии нагрузок;

- большие перемещения;

- большие деформации;

- рождение и смерть;

- адаптивный спуск;

- импорт начальных напряжений.

KEYOPT(3) - признак напряженно-деформированного состояния (НДС):

- О - плоское напряженное состояние; 1 осссиммстричнос НДС;

- 2 - плоское деформированное состояние (деформация в направлении оси Z равна нулю);

- 3 - плоское напряженное состояние с указанием толщины. KEYOPT(5) - признак вывода напряжений:

- О - базовая форма вывода напряжений;

- 1 - вывод напряжений в точках интегрирования;

- 2 - вывод напряжений в узлах.

KEYOPT(6) - признак вывода элементных результатов:

- О - базовая форма вывода результатов;

- 3 - дополнительный вывод нелинейных результатов во всех точках интегрирования;

- 4 - вывод результатов на поверхностях с ненулевым давлением. KEYOPT(9) - признак опции использования ввода начальных напряжений

при помощи специальной подпрограммы (этот признак должен указываться не посредственно при помощи команды KEYOPT):

- О - подпрограмма пользователя для указания начальных напряжений не используется (и по умолчанию);

- 1 - ввод начальных напряжений проводится при помощи подпрограммы пользователя USTRESS (информацию о подпрограммах пользователя см. в Руководстве по объектам, программируемым пользователем (Guide to ANSYS User Programmable Features)).

Расчетные данные элемента

Расчетные данные, связанные с элементом, делятся на два вида:

- узловые объекты, такие как узловые перемещения, включены в полное узловое решение;

- дополнительные элементные объекты, перечисленные в табл. 2.2. Направления напряжений в элементе параллельны осям системы координат

элемента. Напряжения на поверхностях имеются на любых поверхностях, имеющих ненулевые давления. Напряжения на поверхностях (в данном случае ребрах) определяются параллельно и перпендикулярно линии поверхности (напри-з*



мер, линии I-J) и параллельны оси Z при использовании плоского напряженного и плоского деформированного состояний или окружному направлению для осе-симметричной задачи.

Таблица 2.2. Описание расчетных данных элемента PLANE2

Определение

Номер элемента

NODES

Номера угловых узлов элемента (I, J и К)

номер материала, используемого для элемента

thick

Средняя толщина элемента

VOLU

Объем элемента

XC.YC

Координаты точки, в которой вычисляются результаты

PRES

Давление Р1 в узлах J. I: Р2 в К. J; РЗ в i, L

temp

Температуры - T(l), T(J), Т(К), T(L), Т(М), T(n)

FLUEN

Поток частиц - FL(i), FL(J), FL(K), FL(L), FL(m), FL(n)

3: X, Y, Z, XY

Напряжения (при плоском напряженном состоянии 5Z = 0.0)

S: 1,2,3

Главные напряжения

S: int

Интенсивность напряжений (эквивалентное напряжение по Трескау и Сен-Венану)

S: EQV

Эквивалентное напряжение (по фон Мизесу)

EPEL: X,Y, Z, XY

Упругие деформации

EPEL: 1,2,3

Главные упругие деформации

EPEL: EQV

Эквивалентная упругая деформация

EPTH:X,YZ,XY

Средние температурные деформации

EPTH: EQV

Эквивалентная температурная деформация

EPPL: X.YZ.XY

Пластические деформации

EPPL: EQV

Эквивалентная пластическая деформация

EPCR: X.YZ.XY

Деформации ползучести

EpCR: EQV

Эквивалентная деформация ползучести

EPSW

Деформация радиационного набухания

NL: EPEQ

Эквивалентная пластическая деформация

NL: SRAT

Отношение истинного напряжения к напряжению на поверхности текучести

NL: SEPL

Эквивалентная пластическая деформация

NL HPRES

Гидростатическое давление

FACE

Метка поверхности

EpEUPAR. PER. Z)

Упругие деформации на поверхности (параллельная и перпендикулярная ребру.

в направлении оси Z или окружная)

TEMP

Средняя температура на поверхности

S(PAR, PER, Z)

Напряжения на поверхности (параллельное и перпендикулярное ребру, в направле-

нии оси Z или окружное)

sint

Интенсивность напряжений (эквивалентное напряжение по Трескау и Сен-Венану)

на поверхности

SEQV

Эквивалентное напряжение (по фон Мизесу) на поверхности

LOCI:X,YZ

Координата точки интегрирования

2.10.3. ВЕАМЗ -двухмерная упругая балка

Описание элемента

Элемент ВЕАМЗ является одноосным элементом, имеющим свойства растяжения - сжатия и изгиба. Элемент имеет три степени свободы в каждом узле: перемещения в направлении осей X и Y и поворот вокруг оси Z. Иными двухмерными балочными элементами являются балка с возможностями пластического деформирования ВЕАМ23 и скошенная несимметричная балка ВЕАМ54.




Рис. 2.3. Двухмерная упругая балка ВЕАМЗ

Исходные данные

Геометрия, расположение узлов и координатная система элемента показаны на рис. 2.3. Элемент определяется двумя узлами, площадью поперечного сечения, моментом инерции сечения, высотой и свойствами материала. Начальные деформации в элементе (ISTRN) определяются на основании отношения Д./ L, где Д разница между длиной элемента L (определяемой как расстояние между узлами I и J) и длиной, при которой реализованы нулевые деформации. Начальные напряжения также используются для вычисления матрицы изменения жесткости при приложении нагрузок, если таковая возможность предусмотрена, при первой итерации расчета.

Элемент может применяться в расчете осесимметричных моделей в случае малого проявления окружных эффектов, в том числе для расчета болтов, полых цилиндров и т. д. Площадь и момент инерции должны соответствовать полным 360° геометрии модели. Коэффициент сдвиговой жесткости (SHEARZ) является необязательным значением. При игнорировании сдвиговых перемещений указывается нулевое значение SHEARZ. Модуль упругости при сдвиге используется только для сдвиговых перемещений. Присоединенная масса на единицу длины указывается через значение ADDMAS.

Признак KEYOPT(9), используемый для определения результатов в промежуточных точках, не применяется в следующих случаях:

- используется эффект изменения жесткость при приложении нагрузок (команда SSTIF.ON);

- приложена более чем одна компонента угловой скорости (команда OMEGA);

- любые угловые скорости или ускорения приложены командами CGOMGA, DOMEGA или DCGOMG.

Список исходных данных элемента

Узлы - I, J.

Степени свободы - UX, UY, ROTZ.



Геометрические характеристики:

- AREA - площадь поперечного сечения;

- IZZ - момент инерции поперечного сечения;

- HEIGHT - полная толщина балки;

- SHEARZ - константа сдвиговой деформации;

- ISTRN - начальная деформация;

- ADDMAS - добавленная масса (отнесенная к единице длины балки).

Свойства материала - EX, ALPX, DENS, GXY, DAMP. Нагрузки, прикладываемые к поверхности элемента:

- давление - грань 1 (I-J) (направление по нормали -Y), грань 2 (I-J) (направление По касательной +Х), грань 3 (I) (направление по оси +Х), грань 4 (J) (направление По оси -X), для противоположного направления указываются отрицательные значения.

Объемные нагрузки:

- температуры - Tl, Т2, ТЗ, Т4. Специальные возможности:

- изменение жесткости при приложении нагрузки;

- большие перемещения;

- рождение и смерть.

KEYOPT(6) - признак вывода усилий и моментов:

- О - компоненты усилий не выводятся;

- . 1 - компоненты усилий и моментов выводятся в системе координат элемента.

KEYOPT(9) - признак вывода данных в N дополнительных точках вывода между узлами I и J:

- N- вывод проводится в N дополнительных точках (N= 0, 1,3, 5, 7, 9).

KEYOPT(IO) - признак, используемый только при приложении переменных поверхностных нагрузок при помощи команды SFBEAM:

- О - геометрическое смещение имеет размерность длины;

- 1 - геометрическое смещение приводится в безразмерном виде (то есть в долях длины), от 0.0 до 1.0.

Выходная информация

Расчетные результаты, связанные с элементом, подразделяются на два вида:

- узловые перемещения, входящие в полное решение в узловом формате;

- дополнительные элементные результаты, показанные в табл. 2.3.

Таблица 2.3. Описание расчетных данных элемента ВЕАМЗ

Определение

Номер элемента

NODES

Узлы элемента - 1 и J





1 ... 4 5 6 7 8 9 10 ... 64