2. Прочностной статический анализ

Возможности статического прочностного анализа программы ANSYS используются для определения перемещений, напряжений, деформаций и усилий, которые возникают в конструкции или ее составных частях в результате приложения механических сил. Статический анализ пригоден для задач, в которых действие сил инерции или процессы рассеяния энергии не оказывают существенного влияния на поведение конструкции. Такой тип анализа можно использовать во многих приложениях, например, для определения концентрации напряжений в галтелях конструктивных элементов или для расчета температурных напряжений.

Конструкторы и специалисты в области прочности знакомы с этим видом анализа и, вероятно, решали многочисленные задачи статики, используя классические методы или соотношения из соответствующих справочников. В программе ANSYS для решения этих задач используются численные методы. Разрешающее уравнение статического анализа записывается в виде

[K]{u} = {F},

где [K] – матрица жесткостей;

{F} – вектор сил;

{u} – вектор перемещений.

Компоненты вектора сил {F} могут представлять собой сосредоточенные силы, тепловые нагрузки, давления и силы инерции. Можно проводить расчеты по определению таких значений ускорений, которые обеспечивают статическое уравновешивание приложенных к системе нагрузок.

Статический анализ в программе ANSYS может включать такие нелинейности, как пластичность и ползучесть материала, большие прогибы, большие деформации и контактное взаимодействие. Нелинейный статический анализ обычно выполняется при постепенном возрастании нагрузок, чтобы можно было получить верное решение.

Лабораторная работа №4

СТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ В САПР ANSYS

Цель работы: построить и выполнить статический расчет уголка с отверстием (рис. 2). Уголок закреплен в зоне отверстия и на его левый край приложена сила.

Тип анализа	Статический
Тип используемого конечного элемента	Оболочка (Shell)
Тип граничных условий	Жесткое защемление, сосредоточенная сила
Возможности	Вывод полей перемещений и напряжений по Мизесу

Рис. 2

Порядок выполнения работы:

1. Задаем рабочее имя:

UTILITI MENU=>FILE=>CHANGE JOBNAME …задаем переменнойFILNAMсвое значение вместо указанногоFILE, при этом изменяется имя проекта (группы файлов).

2. Определяем тип анализа:

MAIN MENU=> PREFERENCES…=> STRUCTURAL=>ОК.

3. Выбираем тип используемого элемента и толщину пластин составляющих конструкцию:

MAIN MENU=> PREPROCESSOR=> ELEMENT TYPE=> ADD/EDIT/DELETE…=> ADD…=> STRUCTURAL SHELL ELASTUC 4 NODE 63 => ОК=> CLOSE - выбор элемента.

Определяем толщину пластин. Для этого:

M.M.=> PREPROCESSOR => REAL CONSTANTS=> ADD/EDIT/DELETE…=> ADD…=> ОК=> SHELL THICKNESS AT NODE I TK(I) = 0.003 метра=> ОК=> CLOSE.

4. Выбираем свойства материала и задаем его характеристики.

M.M. => PREPROCESSOR => MATERIAL PROPS => MATERIAL MODELS…=> MATERIAL MODELS AVAILABLE=> STRUCTURAL=> LINEAR=>ELASTIC=> ISOTROPIC=> EX = 2е11 Па, PRXY = 0,3 => ОК=> DENSITY => DENS = 7800 кг/куб.м..

!!! При проведении работы с ANSYS рекомендуется, периодически сохранять выполненную работу. Для этого в TOOLBAR следует нажать кнопку SAVE_DB и ввести имя файла для сохранения полученных результатов (проект).

Для считывания проекта используйте команду RESUME_DB.

5. Cтроим деталь (Modeling):

1. Первый прямоугольник:

M.M. => PREPROCESSOR=> –MODELING– CREATE => –AREA– RECTANGLE => BY DIMENSIONS… (построение прямоугольника по заданным размерам) =>Х1=0 м;X2 =0,05м;Y1=0 м;Y2=0,04 м=>ОК.

Б. Окружность радиусом 0,005 метра:

M.M. => PREPROCESSOR=> –MODELING– CREATE => –AREA– CIRCLE => SOLID CIRCLE+=> WP X = 0.03; WP Y = 0.02; RADIUS = 0.005 => ОК.

2. Отверстие:

Вычитаем из прямоугольника окружность. Для этого, сначала выделяем поверхность, из которой надо вычесть, а потом выделяем вычитаемую поверхность:

M.M.=>PREPROCESSOR=> –MODELING– OPERATE=>SUBTRACT=>AREAS+=> нажимаем прямоугольник за пределами вычитаемой окружности=>APPLY=> нажимаем внутри окружности =>ОК.

Г. Второй прямоугольник:

Поворачиваем рабочую систему координат. ANSYSпозволяет перемещать и поворачивать рабочую систему координат так, как это угодно пользователю. То есть, чтобы нарисовать вторую пластину, нужно повернуть рабочую плоскость вокруг осиOYпо часовой стрелке на 120°.

U.M. =>WORK PLANE=>OFFSET WP BY INCREMENTS…, появится форма для изменения рабочей плоскости (рис. 3). Прежде чем производить поворот, необходимо выставить угол поворота оси на бегунке (см. рис. 2) равный 90° и нажать кнопку, помеченную на рис. 3 стрелкой, затем выставить на бегунке угол поворота оси равный уже 30° и нажать ту же кнопку. По завершении вращения нажимаем кнопку ОК. В результате этих операций рабочая система координат повернется в нужном направлении на требуемый угол равный 120°. В текущем положении рабочей системы координат строим прямоугольник согласнопункту 5 А.

Д. Для удобства работы с фигурами вANSYSпредусмотрено вращение и перемещение геометрических объектов в окне. Смещение объекта производится перемещением мыши при одновременно нажатойклавиши CTRLи левой кнопки мыши, для вращения вместо левой кнопки мыши нужно удерживать правую кнопку мыши.

Е. «Склеиваем» геометрические объекты построенной конструкции: M.M. =>PREPROCESSOR=> –MODELING– OPERATE=>GLUE=> AREAS =>PICK ALL.

Ж. Для корректного задания нагружения, выставим рабочую систему координат на 120° назад, то есть необходимо выполнить пункт 5 Г с точностью до наоборот. Сохраняем результат работы.