1.4.3 Моделирование

Можно выделить два основных подхода при создании модели: твердотельное моделирование и прямая генерация.

При твердотельном моделировании определяются геометрические границы модели, устанавливаются параметры управления размером и формой элементов, после чего программа автоматически создает узлы и элементы.

При прямой генерации сначала формируют местоположение каждого узла, размеры, формы и связи элементов, а затем создают элементы модели и всю модель в целом.

Твердотельное моделирование – более мощное и гибкое средство создания модели, хотя и не лишенное некоторых недостатков.

К преимуществам твердотельного моделирования можно отнести:

        возможность использования для сложных моделей, в первую очередь – для пространственных;

        относительно малое число данных, с которыми приходится работать;

        использование таких геометрических операций, как перемещение и вращение, что невозможно при работе с узлами и элементами;

        использование “примитивов” — плоских многоугольных поверхностей и цилиндрических объемов, а также булевых операций (пересечение, вычитание и т.д.) при построении модели “снизу-вверх”;

        возможность использования средств оптимизации программы ANSYS;

        возможность изменения конечно-элементной сетки как приложения к модели твердотельных нагрузок;

        возможность вносить быстрые изменения в геометрию модели;

        возможность изменять расположение объектов, что позволяет применять различные типы анализа.

В качестве недостатков отметим следующее:

        большие затраты времени работы центрального процессора;

        неэффективность для простых моделей, так как при этом данных вывода будет больше, чем при использовании метода прямой генерации;

• в некоторых случаях программа не может создавать сетку конечных элементов.

Практически при создании модели используют оба способа (исключая простейшие случаи).

Выделяют два основных принципа построения модели: “снизу-вверх” и “сверху-вниз”.

При построении “снизу-вверх” сначала на рабочую плоскость наносятся ключевые точки, соединяя которые получают линии, затем — поверхности, затем – объемы.

 При построении “сверху-вниз” модель собирают из готовых “примитивов”, под которыми в ANSYS понимают задаваемые линии, поверхности и объемы. При задании такого примитива программа автоматически создает связанные с ним объекты “низшего” уровня. Часто при моделировании используют оба принципа построения.

В программе ANSYS используются различные способы построения ключевых точек, линий и объемов.

Построение ключевых точек

        Построение ключевых точек в активной системе координат

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS

В диалоговом окне Create Keypoints in Active Coordinate System в строке NPT Keypoint number необходимо указать номер точки, а в полях X, Y, ZLocation in active CS ввести координаты точки в активной системе координат.

        Построение ключевых точек на рабочей плоскости:

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>On Working Plane

При появлении окна Create KPs on WP курсором “мыши” выбираем место на рабочей плоскости, где необходимо построить точку. Также координаты точки можно ввести в командной строке окна Create KPs on WP, разделяя их запятыми.

        Построение ключевых точек существующей линии:

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>On Line w/Ratio

При выборе данного пункта меню появляется окно Create KP on Line, в командной строке которого необходимо ввести номер линии либо курсором мыши выделить эту линию и нажать OK. Затем в в ячейке появившегося  диалогового окна  Create KP on Line  указать следующие параметры:

Line ratio (0 - 1) – коэффициент длины линии, на которой располагается    точка; этот коэффициент может принимать значения от 0,0 до 1,0.

Keypoint number to assign – номер создаваемой точки.

        Построение ключевых точек в существующем узле:

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > On Node

В командной строке открывшейся панели Create KP on Node вводим номер узла, в котором нужно задать точку, либо курсором “мыши” выбираем нужный узел.

        Построение ключевой точки между двумя существующими точками:

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>KP between KPs

При вызове этого пункта необходимо выделить две точки и нажать OK. В диалоговом окне KBETween options в строке [KBET]Value Type выбираем один из пунктов:

RATI – выбирая этот пункт, в строке [KBET]Value(ratio, or distance) указываем коэффициент расстояния между выбранными ключевыми точками, который может принимать значение от 0,0 до 1,0.

DIST – выбирая этот пункт, необходимо указать абсолютное расстояние между первой точкой и создаваемой.

        Генерирование ключевых точек между двумя существующими:

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints > Fill between KPs

Используя данный пункт, выбирают две точки, между которыми нужно расположить промежуточные ключевые точки, и нажимают OK.

В диалоговом окне Create KP by Filling between KPs вводятся следующие параметры:

         NP1, NP2 Fill between keypoints – номера ранее выбранных точек;

         NFILL No of  keypoints to fill – количество создаваемых точек;

         NSTR Starting keypoints number – номер первой промежуточной точки;

NINC Inc. between filled keyps – шаг с которым пронумеровываются промежуточные ключевые точки;

SPACE Spacing ratio – этот пункт позволяет устанавливать промежуточные точки на неодинаковом расстоянии друг от друга, при этом задаваемая величина коэффициента SPACE — это соотношение расстояний между двумя последними и двумя первыми точками разбиваемого интервала. Если этот коэффициент равен 1, то промежуточные точки располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга.

        Построение ключевой точки в центре окружности, описанной тремя точками.

Ключевая точка в центре окружности может быть создана на основании

         а) трех ключевых точек (рис.1.18):

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > KP at center > 3 keypoints

Рис.1.18

         б) трех ключевых точек и радиуса (рис.1.19):

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create > Keypoints > KP at center > 3 KPs and radius

Рис.1.19

         в) трех позиций на линии (рис.1.20):

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create > Keypoints > KP at center > Location on line

Рис.1.20

 

 

Построение жестких точек

Жесткие точки — это вид ключевых точек, которые используются для приложения нагрузок и вывода результатов решения.

Для построения жестких точек на существующей линии используются следующие пункты меню:

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > Hard PT on line > Hard PT by ratio

Выбирается линия и указывается положение жесткой точки на ней. Положение точки указывается с помощью длины линии. Величина отношения может принимать значение от 0 до 1.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > Hard PT on line > Hard PT by coordinates

При выборе этого пункта жесткая точка задается по координатам.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > Hard PT on line > Hard PT by picking

С помощью этого пункта построение жесткой точки осуществляется выбором места расположения точки на линии “мышью”.

Приемы построения жестких точек на существующей плоскости аналогичны вышеизложенным:

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > Hard PT on area > Hard PT by coordinates

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > Hard PT on area > Hard PT by picking

Построение линий

        Построение прямой лини независимо от активной системы координат

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>Straight Line

При появлении Picking Menu (меню выбора) Create Straight Line проделываем следующие операции:

- курсором мыши выбираем 2 точки, между которыми строим линию. Можно  ввести номера линий в командной строке Picking Menu, разделяя их запятыми; - нажать ОК, если построение завершено, если нет — Apply.

Построение линий происходит в декартовой системе координат, независимо от активной системы координат.

        Построение линии в активной системе координат

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>In Active Coord

Порядок работы с этим пунктом аналогичен вышеизложенному, но построение происходит в активной системе координат.

        Построение кривой линии, которая имеет общую касательную с существующей линией.

Существуют возможности построения различного рода гладких кривых (для которых первая производная всегда непрерывна), соединяющих точку с линией либо две линии между собой при определенных, задаваемых пользователем, начальных параметрах.

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>Tangent to Line

С помощью этого пункта меню создается кривая линия, проходящая через указанную точку и конец существующей линии, причем, эта линия и существующая в точке соединения будут иметь общую касательную.

Для построения необходимо выполнить следующие действия:

         - выбираем линию, к которой будет примыкать новая линия, ОК;

         - выбираем точку на линии, в которой будут соединяться исходная и новая линии, ОК;

- выбираем точку, в которой будет заканчиваться новая линия, ОК.

В диалоговом окне Line Tangent to Line в полях XV3, YV3, ZV3 Orientation point – (optional) of outward vector of new line at P3 задаются координаты вершины вектора, указывающего направление касательной на конце линии.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Lines > Tangent to 2 Lines

При выборе этого пункта меню построение происходит между двумя линиями. В точке соединения новая линия имеет общую касательную с исходной линией.

При использовании данного пункта сначала следует выбрать одну из линий и нажать ОК, затем указать точку на этой линии, в которой будет начинаться новая линия, ОК. Далее выбираем вторую линию, ОК. Указываем точку на второй линии, в которой будет заканчиваться новая линия.

        Построение нормали из точки на существующую линию

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>Normal to Line

В этом случае надо проделать следующее:

         - выделить линию, к которой нужно построить нормаль, ОК;

         - выделить точку, из которой строится нормаль, нажать ОК, если построение завершено или Apply, если построение нужно          продолжить. При построении нормали исходная линия в точке пересечения делится на две линии.

        Построение нормали между двумя существующими линиями

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>Normal to 2 Lines

При появлении меню выбора Line Norm to 2 Lines необходимо указать две линии, между которыми строится нормаль.

        Построение линии проходящей под углом к существующей линии.

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>At Angle to Line

Порядок действий при использовании данного пункта заключается в следующем:

         - выбрать линию, к которой необходимо построить под некоторым углом другую линию, ОК;

- выбрать точку, из которой должна быть построена линия, ОК;

- в диалоговом окне Straight line at angle to line ввести величину угла между новой линией и касательной к существующей линии в точке их пересечения.

        Построение дуги окружности с помощью 3-х ключевых точек

Main Menu>Preprocessor>Modeling> Create> Lines> Arcs> Through 3 KPs

Используя данный пункт, необходимо выбрать 3 точки. Выбор точек можно осуществить мышью, либо вводить номера точек в командной строке, разделяя их запятыми. Необходимо соблюдать следующий порядок выбора точек:

- выбрать две точки, определяющие начало и конец дуги окружности;

- выбрать третью точку, которая определяет положение плоскости дуги, ее кривизну и не должна лежать на прямой, соединяющей концевые точки дуги.

        Построение окружности с помощью 3-х точек и радиуса

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Arcs > By End KPs & Rad

 При выборе данного пункта необходимо:

- выбрать две точки, определяющие начало и конец дуги, ОК;

- выбрать третью точку, которая определяет положение плоскости, в которой лежит дуга, и располагается со стороны вогнутости дуги, причем, радиус кривизны дуги проходит через эту третью точку.

        Построение по центру окружности и величине центрального угла

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Arcs>By Cent & Radius

Для построения дуги необходимо:

- нажатием левой кнопки мыши на рабочей плоскости  выбрать точку, которая является центром некоторой окружности. Эту точку можно выбрать, задавая координаты в командной строке меню выбора;

- аналогично выбрать вторую точку, которая определяет радиус окружности и выводит на монитор окно, где можно указать величину центрально угла, определяющего длину дуги окружности, которую требуется построить. При этом положительное направление отсчитывается против часовой стрелки. Если указать угол 360^?, то появится полная окружность.

        Построение окружности

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Arcs>Full Circle

 Для построения окружности необходимо выделить 2 точки; первая определяет центр окружности, вторая – радиус.

        Построение сплайна, проходящего через ряд ключевых точек.

Для построения сплайна можно воспользоваться одним из следующих способов:

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Splines > Spline thru Locs

При использовании данного пункта нужно:

         - выделить точки, которые определяют начало и конец сплайна, ОК;

- выделить точки, через которые будет проходить сплайн. Выбор можно производить с помощью мыши на рабочей плоскости, либо вводить координаты точек в командной строке меню выбора B-Spline.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Splines > Spline thru KPs

Здесь необходимо по порядку выделить точки, через которые будет проходить сплайн. Выбрать точки можно с помощью мыши либо указать их номера в командной строке окна B-Spline, разделяя их запятыми.

        Построение сплайна, состоящего из криволинейных отрезков

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Splines > Segmented Spline

Для построения сплайна необходимо по порядку выделить точки, через которые будет проходить сплайн. Эти точки разделят сплайн на криволинейные отрезки.

        Дополнительные возможности построения сплайна

Возможно построение сплайна с указанием ориентации касательной линии на его концах. Для этого необходимо воспользоваться одним из следующих пунктов:

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Splines > With Options > Spline thru Locs

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Splines > With Options > Spline thru KPs

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Splines > With Options > Segmented Spline

Алгоритм работы с этими пунктами аналогичен вышеизложенному, только на последнем этапе появляется диалоговое окно B-Spline, в полях которого необходимо указать следующее:

Start tangent XV1, YV1, ZV1 — координаты вектора касательной в начале сплайна;

Ending tangent XV6, YV6, ZV6        — координаты вектора касательной в конце сплайна.

        Построение линии скругления между двумя пересекающимися линиями

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Line Fillet

При появлении меню выбора Line Fillet выбираем 2 линии, между которыми необходимо поострить скругление, ОК. В появившемся диалоговом окне Line Fillet нужно ввести следующие параметры:

NL1, NL2 Interesting lines          — номера линий, между которыми задается скругление;

RAD  Fillet radius — радиус дуги скругления;

PCENT Number to assign — номер точки, которая будет создана в центре окружности дуги скругления. Если оставить окно пустым, точка не будет построена.

Построение поверхностей

        Построение поверхности с помощью ключевых точек, которые являются вершинами поверхности

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Arbitrary > Through KPs

При появлении меню выбора Create Area Through KPs необходимо выбрать по порядку (по либо против часовой стрелки) ключевые точки, которые являются вершинами создаваемой поверхности, затем нажать ОК. Выбор  можно производить мышью, либо вводить номера точек в командную строку открывающегося окна, разделяя их запятыми.

        Построение поверхности с помощью линий, определяющих границы создаваемой поверхности

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Ву Lines

Используя этот пункт, необходимо выделить линии, определяющие границы создаваемой поверхности, и нажать ОК. Контур, определенный линиями, должен быть замкнут.

        Построение поверхности путем “обтягивания каркаса” из направляющих линий.

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Ву Skinning

Рассмотрим этот пункт на конкретном примере. Построим каркас из линий L1, L2, L3. Для этого создадим 7 точек и соединим их линиями.

Создание точек:

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS

В появившемся окне в поле NPT Keypoint number вводим номер точки, а в полях X, Y, Z Location in active CS вводим координаты точек; послеввода координат каждой точки нажимаем Apply, после ввода последней — OK:

1(0, 0, 0); 2(1, 0, 0); 3(0, 0.5, 0.5); 4(0.5, 0.5, 0.7);

5(1, 0.5, 0.5); 6(0, 1, 0); 7(1, 1, 0).

Соединяем точки линиями:

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>Straight Line

Попарно соединяем точки 1-2; 6-7. ОК.

Через точки 3, 4, 5 строим дугу:

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Arcs>Through 3KPs

Курсором выделяем точки 3 и 5 на концах дуги, затем выделяем точку 4, ОК.

Пронумеруем линии:

Utility Menu > PlotСtrls > Numbering…

В окне Plot Numbering Controls в строке LINE Line Numbers ставим переключатель в положение On,  OK.

Прорисуем линии:

Utility Menu > Plot > Lines

“Натягиваем” поверхность на каркас, состоящий из линий L1, L3, L2

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Ву Skinning

Поочередно выделяем линии L1, L3 и  L2, OK (рис.1.21).

Рис.1.21

В результате “натягивания” появилась поверхность и две краевые линии L4 и  L5.

        Построение новой поверхности смещением существующей поверхности, как, например, при понижении или повышении давления в воздушном шарике.

Воспользуемся моделью из предыдущего примера и продолжим построение.

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Ву Offset

При появлении меню выбора Create Area Ву Offset курсором выделяем поверхность, ОК. В диалоговом окне Create Area Ву Offset from Base Area в строке DIST Offset  distance вводим расстояние между существующей поверхностью и новой: - 0.5, ОК (рис.1.22).

Рис.1.22

Построение плоских примитивов

Все построения выполняются на рабочей плоскости.

        Построение прямоугольника с помощью одной угловой точки, ширины и высоты

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By 2 Corners

В открывшемся окне Rectangle by 2 Corners  вводим следующие параметры:

WP X, WP Y — координаты Х и Y одного из углов прямоугольника на рабочей плоскости;

Width — ширина прямоугольника;

Height — высота прямоугольника.

        Построение прямоугольника с помощью центральной точки, высоты и ширины

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By Centr & Cornr

Для построения необходимо ввести:

WP X, WP Y — координаты Х и Y центра прямоугольника на рабочей плоскости;

Width — ширина прямоугольника;

Height — высота прямоугольника.

        Построение прямоугольника с помощью двух противоположных угловых точек.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By Dimensions

В появившемся диалоговом окне Create Rectangle By Dimensions в строке Х1, Х2  Х-coordinates вводим х-координаты двух противоположныхугловых точек, в строке Y1, Y2  Y-coordinates — y-координаты.

                    Построение круга по центру и радиусу

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>Solid Circle

Здесь появляется окно Solid Circular  Area, в котором необходимо ввести:

WP X, WP Y — координаты центра окружности;

Radius — величина радиуса.

        Построение кольца

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>Annulus

Чтобы построить кольцо, необходимо в окне Annular Circular  Area ввести следующие параметры:

WP X, WP Y — координаты центра кольца;

Rad – 1, Rad – 2 — внутренний и внешний радиусы кольца.

        Построение сегмента

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>Partial Annulus

В появившемся окне Part Annular Circ Area следует ввести:

WP X, WP Y — координаты центра круга;

Rad – 1, Rad – 2 — внутренний и внешней радиусы сегмента

Theta -1, Theta -2          — углы, которые откладываются от оси Х (положительным является направление против часовой стрелки), и  определяют положение сегмента.

        Построение круга по двум точкам, которые определяют диаметр

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>By End Points

В окне Circ Area by End Pts  вводим:

WP XЕ1, WP YЕ1 — координаты точки начала окружности;

WP XЕ2, WP YЕ2 — координаты точки, определяющей диаметр окружности.

        Построение круга, сектора, кольца с центром в начале координат рабочей плоскости.

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>By Dimensions

В появившемся диалоговом окне Circular Area by Dimensions необходимо ввести:

RAD 1 Outer radius — внутренний радиус сегмента (при построении окружности это поле пропускается);

         RAD 2 Optional inner radius — внешний радиус сегмента либо радиус  окружности;

THETA1, THETA2 — углы, которые откладываются от оси Х (положительным является направление против часовой стрелки) и определяют положение сегмента (при построении кольца или круга в окне THETA1 необходимо ввести 0, а в окне THETA2 – 360).

        Построение правильных многоугольников в произвольном месте рабочей плоскости.

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Polygon>Triangle

В диалоговом окне Triangular Area ввести:

WP X, WP Y — координаты центра треугольника;

Radius — радиус окружности, описанной вокруг треугольника;

Theta — угол, который позволяет ориентировать многоугольник относительно оси Х рабочей плоскости. Положительным считается поворот на угол Theta против часовой стрелки.

Диалоговые окна следующих пунктов, позволяющих построить другие правильные многоугольники, аналогичны описанному выше.

                    Построение четырехугольника

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Polygon>Square

                    Построение пятиугольника

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Polygon>Pentagon

                    Построение шестиугольника

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Polygon>Hexagon

                    Построение семиугольника

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Polygon>Septagon

                    Построение восьмиугольника

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Polygon>Octagon

        Построение правильного многоугольника с центром в начале координат рабочей плоскости и радиусом вписанной окружности

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Polygon > By Inscribed  Rad

В диалоговом окне Polygone by Inscribed  Radius следует ввести следующие параметры:

         NSIDES Number of sides        — количество сторон многоугольника;

         MINRAD Minor (incribed) radius — радиус вписанной окружности.

        Построение правильного многоугольника с центром в начале координат рабочей плоскости и радиусом описанной окружности

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Polygon > By Circumscr  Rad

В появившемся окне Polygon by Circumscribed Radius в поле NSIDES Number of sides вводим количество сторон многоугольника; в поле MAJRAD Major (circumscr) radius – величину радиуса описанной окружности.

        Построение правильного многоугольника по длине стороны и с центром в начале координат рабочей плоскости

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Polygon > By Side Length

В окне Polygon by Side Length в строке NSIDES Number of sides вводим количество сторон многоугольника, в поле LSIDE Length of each side – длинустороны многоугольника.

        Построение многоугольника произвольной формы по вершинам

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Polygon>By Vertices

В командной строке окна выбора вводим координаты вершин многоугольника. После ввода каждой координаты нажимаем Enter, после ввода последней ОК, если построение окончено. Выбор вершины можно производить курсором мыши на рабочей плоскости.

        Построение поверхности скругления в месте пересечения двух плоскостей

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Area Fillet

При вызове данного  пункта  необходимо проделать следующие действия:

- выделить две поверхности в месте пересечения которых необходимо построить скругление, ОК;

- в диалоговом окне Area Fillet в строке RAD Fillet radius ввести величину радиуса скругления, ОК.

Построение объемов

        Построение произвольного объема, ограниченного прямыми линиями, с помощью вершин

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Arbitrary > Through KPs

Для построения объема последовательно выделяем все точки, принадлежащие двум любым противолежащим граням объема, обходя точки одной грани последовательно (по часовой стрелке или против нее); при этом обязательным является условие: точки, с которых начинается обход граней, должны лежать в створе друг с другом. Например, при выделении граней, определенных точками 1-4 и 5-8, обход нужно начинать с точек 1 и 5 или 3 и 7 и т.д. (рис.1.23).

Рис.1.23

        Построение объема с помощью поверхностей

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Arbitrary>By Areas

При появлении окна Create Volume by Areas необходимо выделить плоскости, которые будут ограничивать новый объем, затем нажать ОК.

Построение объемных примитивов

        Построение параллелепипеда по координатам угла и геометрическим размерам

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes >Block > By 2 Corners & Z

В окне Bloc by 2 Corners & Z вводим следующие параметры:

WP X, WP Y         — координаты вершины угла параллелепипеда на рабочей плоскости;

Width — длина стороны основания, которая параллельна оси Х или принадлежит ей, и расположена на рабочей плоскости.

Height — длина стороны основания которая параллельна оси У или принадлежит ей, и расположена на рабочей плоскости.

Depth — длина ребра параллелепипеда, параллельного оси Z.

Построение можно производить мышью, указав на мониторе 3 точки. Первая точка определяет вершину угла, из которой начинается построение основания. Вторая точка определяет диагональ основания параллелепипеда, а третья — высоту. Параметры, соответствующие указанным точкам, при выборе курсором автоматически появятся в полях ввода диалогового окна.

        Построение параллелепипеда по координатам центра основания и геометрическим размерам

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes >Block > By  Centr, Cornr, Z

Порядок действий в данном пункте аналогичен указанному выше, но в полях WP X, WP Y вводим координаты центра основания параллелепипеда в рабочей плоскости.

        Построение параллелепипеда по координатам противоположных вершин.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes >Block > By  Dimensions

В диалоговом окне Create Block By dimensions необходимо ввести координаты противоположных вершин параллелепипеда, т.е. тех вершин, которые определяют диагональ параллелепипеда.

Например, построим параллелепипед по двум вершинам с такими координатами: 1(0; 0; 0), 2(1; 1,5; 2). Для этого окно Create Block by  Dimensionsследует заполнить следующим образом (рис.1.24).

Рис.1.24

 Нажав ОК, получим изображение, представленное на рис.1.25.

Рис.1.25

        Построение сплошного цилиндра

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Cylinder > Solid Cylinder

В диалоговом окне Solid Cylinder вводим следующие параметры:

WPX, WPY — координаты центра основания цилиндра в рабочей плоскости;

Radius — радиус цилиндра;

Depth — высота цилиндра.

        Построение пустотелого цилиндра

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Cylinder > Hollow Cylinder

При появлении меню выбора Hollow Cylinder необходимо ввести:

WPX, WPY — координаты центра основания цилиндра в рабочей плоскости;

Rad-1, Rad-2 — внутренний и внешний радиусы цилиндра;

Depth — высота цилиндра.

        Построение сегмента пустотелого (или сплошного) цилиндра

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Cylinder > Partial Cylinder

Для построения сегмента пустотелого цилиндра в окне Partial Cylinder следует ввести:

WPX, WPY — координаты центра основания цилиндра в рабочей плоскости;

Rad-1, Rad-2 — внутренний и внешний радиусы цилиндра (для сплошного цилиндра внутренний радиус не указывается);

Depth — высота сегмента цилиндра;

Theta-1, Theta-2 — углы, которые откладываются от оси Х (положительным является направление против часовой стрелки) и определяют положение сегмента.

        Построение сплошного сегмента с помощью диаметра

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Cylinder > By End Pts & Z

WP XE1, WP YE1 — координаты точки, определяющей начало построения основания цилиндра в рабочей плоскости;

WP XE2, WP YE2 — координаты точки, определяющей диаметр основания;

Depth —  высота цилиндра.

        Построение цилиндров и их сегментов.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Cylinder>By Dimension

Выбрав данный пункт, в появившемся диалоговом окне Create Cylinder by Dimension необходимо ввести:

RAD1 Outer radius  — внутренний радиус сегмента; при построении сектора цилиндра  либо сплошного цилиндра, это поле пропускается.

RAD2 Optional inner radius — внешний радиус.

Z1,Z2 Z - coordinates — расстояние вдоль оси Z от начала координат до каждого из оснований  цилиндра.

        Построение правильной треугольной призмы.

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Prism>Triangular

При выборе данного пункта создается призма, основание которой расположено на рабочей плоскости и является равносторонним треугольником.

В окне Triangular Prism необходимо ввести следующие данные:

WP X, WP Y — координаты центра основания призмы в рабочей плоскости.

Radius — радиус описанной окружности вокруг основания (треугольника) призмы.

Theta — угол, который позволяет сориентировать основание относительно оси Х рабочей плоскости (положительным считается направление против часовой стрелки).

Depth — высота призмы.

Например, для построения призмы, изображенной на рис.1.26,

Рис.1.26

заполнение окна Triangular Prism и полученный результат показаны на рис.1.27.

Рис.1.27

Алгоритм работы со следующими пунктами аналогичен вышеизложенному.

Main Menu > Preprocessor> Modeling > Create >Volumes>Prism>…

   > Sguare  — построение правильной четырехугольной призмы;

   > Pentagonal — построение правильной пятиугольной призмы;

   > Hexagonal — построение правильной шестиугольной призмы;

   > Septagonal — построение правильной семиугольной призмы;

   > Octagonal — построение правильной восьмиугольной призмы.

        Построение правильной призмы вдоль оси Z вне рабочей плоскости

Существуют 3 варианта построения.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Prism > By Inscribed Rad

Выбирая этот пункт, в диалоговом окне Prism by Inscribed Radius  необходимо ввести:

Z1,Z2 Z-coordinates — расстояния вдоль оси Z от начала координат до каждого из оснований призмы.

NSIDES  Number of  sides — количество сторон основания призмы.

 MINRAD Minor (inscribed) radius — радиус окружности, вписанной в основание призмы.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Prism > By Circumscr Rad

Порядок действий аналогичен вышеизложенному, только в строке MAJRAD  Major (circumscr) radius вводим радиус окружности, описанной вокруг основания призмы.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Prism > By Side Length

Разница с предыдущими пунктами состоит в том, что в строке  LSIDE  Length of  each  side необходимо ввести длину стороны основания призмы.

                    Построение произвольной призмы.

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Prism>By Vertices

После  появления  окна  Prism by Vertices, необходимо курсором «мыши» на рабочей плоскости указать вершины основания призмы. ОК. Затем указать точку, которая определяет высоту призмы. ОК.

        Построение сплошной сферы.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Sphere > Solid Sphere

В полях WP X, WP Y указываем координаты центра сферы на рабочей плоскости. В поле Radius — радиус сферы.

        Построение пустотелой  сферы.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volume > Sphere > Hollow Sphere

В окне Hollow Sphere  необходимо указать:

WP X , WP Y — координаты центра сфера на рабочей плоскости.

Rad-1 — внутренний радиус сферы.

Rad-2 — внешний радиус сферы.

        Построение сплошной сферы с помощью диаметра.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Sphere> By End Points

В полях окна  Sphere by End Points необходимо указать:

WP XE1, WP YE1 — координаты точки, определяющей начало сферы в рабочей плоскости.      

WP XE2, WP YE2 — координаты точки в рабочей плоскости, определяющей диаметр сферы.

        Построение сферы, сферического сегмента с центром в начале координат рабочей плоскости. 

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Sphere> By Dimensions

При выполнении данного пункта, в окне Create Sphere by Dimensions необходимо ввести следующие параметры:

RAD 1  Outer radius — внутренний радиус сферы.

RAD 2  Optional inner radius — внешний радиус сферы.

THETA1, THETA2 — углы, которые откладываются от оси Х (положительным является направление против часовой стрелки), и определяют положение сферического сегмента.

        Построение конуса (усеченного конуса).

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Volume>Cone>By Picking

В окне  Cone by Picking необходимо ввести следующие параметры:

WP X, WP Y ? координаты центра основания конуса в рабочей плоскости.

 Rad-1, Rad-2 ? радиусы верхнего и нижнего оснований усеченного конуса (если величина одного из радиусов – 0, то будет построен конус).

Depth ? высота конуса (усеченного конуса).

       Построение конуса (усеченного конуса), конусного сегмента вдоль оси Z вне рабочей плоскости.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volume > Cone > By Dimensions

В диалоговом окне Create Cone by Dimensions следует ввести такие параметры:

RBOT, RTOP ? радиусы верхнего и нижнего основания конуса.

Z1, Z2  Z-coordinates ? расстояния вдоль оси Z от начала координат до каждого из оснований конуса. Причем, в координате Z1 будет располагаться центр основания с радиусом RBOT, а в координате Z2 ? центр основания с радиусом RTOP.

THETA 1, THETA 2 ? углы, которые откладываются от оси Х в рабочей плоскости (положительным является направление против часовой стрелки) и определяют положение конусного сегмента.

        Построение тороидальной трубки.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Torus

При использовании этого пункта необходимо ввести следующее:

RAD1, RAD 2 ? внешний и внутренний радиус сечения тора.

RADMAJ Major radius of torus ? расстояние между началом системы координат рабочей плоскости и осью тора.

THETA1, THETA2 ? углы, которые откладываются от оси Х в рабочей плоскости (положительным является направление против часовой стрелки) и определяют положение тороидального сектора. Начинается построение сектора от угла THETA 1 и заканчивается углом THETA 2. 

Моделирование с использованием операции экструзии 

        Выдавливание объема из плоскости вдоль нормали.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Extrude > Areas > Along Normal

При появлении окна   Extrude Area  by Norm необходимо выделить плоскость, из которой «выдавливается» объем. ОК. В диалоговом окне Extrude Area along Normal  следует ввести:

NAREA to be extruded ? номер поверхности, которая используется для построения объема (устанавливается программой автоматически).

DIST Length  of extrusion ? расстояние вдоль нормали, которое определяет протяженность создаваемого объема.

        «Выдавливание» объема из плоскости с использованием коэффициентов масштабирования.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Extrude > Areas> By XYZ Offset

При появлении окна Extrude  Areas by Offset необходимо выделить плоскость, используемую для построения объема. ОК. Окно  Extrude  Areas by XYZ Offset позволяет построить объем путем смещения заданной плоскости вдоль осей на  DX, DY, DZ единиц и изменения ее коэффициентов масштабирования в RX, RY, RZ раз. Если исходная плоскость совпадает с одной из координатных плоскостей или параллельна ей, то коэффициент масштабирования задается только в направлениях двух соответствующих осей; при произвольном положении исходной плоскости возможно задание всех трех коэффициентов масштабирования. Например, если  исходная плоскость лежит в плоскости ХОY, то не задается RZ (рис.1.28).

Рис.1.28

Исходная плоскость протянута на 6 единиц вдоль оси Z, а ее габаритные размеры увеличены в 2 раза вдоль осей Х и Y (рис.1.29).

Рис.1.29

        Построение объема с помощью вращения плоскости.

 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Areas>About Axis

Используя данный пункт меню, курсором «мыши»  выделяем плоскость, из которой будет построен объем. ОК. Затем выделяем две ключевые точки,  которые определяют ось вращения  плоскости. ОК. В диалоговом окне Sweep  Areas about Axis в строке ARC Are length in degrees  вводим угол, на который необходимо провернуть плоскость. В строке NSEG No, of volume segments ? количество сегментов объема (по умолчанию количество сегментов равно четырем).

Аналогичным образом можно создать поверхности с помощью линий, используя маршрут:

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Lines>About Axis

Тем же способом создаются линии с помощью ключевых точек:

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Extrude > Keypoints > About Axis

         “Выдавливание” объема из поверхности вдоль линии.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Extrude > Areas > Along Lines

При открытии окна Sweep Areas along Lines необходимо выделить плоскость, из которой создается объем. ОК. Затем выделить линию, вдоль которой протягивается плоскость. ОК.

Аналогичным образом можно создать поверхность с помощью линий, используя маршрут:

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Extrude > Lines >  Along Lines

или создать линию с помощью ключевых точек:

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Extrude > Keypoints > Along Lines

        Построение линии путем удлинения существующей линии.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Extrude > Extend line

При открытии окна Extend Lines выбрать линию, которую необходимо растянуть. ОК. Затем выбрать основную точку, от которой будет осуществляться удлинение существующей линии. ОК.

В окне Extend  Lines  две первые строки заполняются автоматически, указывая номера выделенной линии и точки. В строке DIST Distance to extendуказывается, на какую величину нужно удлинить исходную линию. В строке KEEP Existing line will можно выбрать вариант, при котором будет построена новая линия без сохранения исходной (Be modified), или вариант, при котором сохраняются исходная и модифицированная линии (Not be modified).

Н

Моделирование с помощью булевых операций

Очень удобным инструментом является использование булевых операций пересечения, вычитания и т.д. при работе с геометрическими объектами высокого порядка. Это возможно как при построении модели “снизу-вверх”, так и “сверху-вниз”.

При выполнении булевой операции можно сохранять или не сохранять исходный объект.

Для обращения к опциям булевых операций используется пункт меню:

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Settings

В окне Boolean  Operation  Settings  можно установить такие опции:

KEEP Keep input entities ? отвечает за сохранение исходного объекта (метка Yes), либо его удаление (метка No).

NWARN If operation has no effect ? позволяет управлять процессом выдачи предупреждающих сообщений.

Значение Give warning msg соответствует выдаче предупреждения в случае, если булева операция не выполняется. Значение No messagesразрешает все предупреждения или сообщения об ошибках при невыполнении булевой операции. Give error msg ? разрешает выдачу  сообщений об ошибках.

VERS Numbering compatible with ? используется для контроля за схемой нумерации объектов, созданных булевыми операциями.

PTOL Point coincidence  toler ? точность совпадения после проведения булевой операции (точки, расстояния между которыми меньше указанной величины, следует считать совпадающими).

        Пересечение объектов.

Результатом процедуры пересечения является область перекрытия двух или более объектов.

Новый набор может иметь пространственную размерность исходных объектов или на порядок меньше. Например, результатом пересечения двух линий может быть точка (множество точек) или линия (множество линий).

        Пересечение объемов.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Intersect > Common > Volumes

При появлении меню  Intersect  Volumes ( Commo…) следует выделить два объема, объект пересечения которых необходимо найти. ОК. Возможны два результата пересечения объемов ? плоскость (рис.1.30) и новый объем (рис.1.31).

Рис.1.30

Рис.1.31

        Пересечение поверхностей.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Intersect > Common > Areas

Порядок действий аналогичен изложенному выше. Результат пересечения поверхностей ? линия (рис.1.32) или плоскость  (рис.1.33).

Рис.1.32

Рис.1.33

        Пересечение линий.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Intersect > Common > Lines

Результатом пересечения линий может быть точка (несколько точек) (рис.1.34) или линия (несколько линий) (рис.1.35).

Рис.1.34

Рис.1.35

        Пересечение плоскости с объемом.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Intersect > Area with Volume

При появлении окна Intersect Area w/Volu необходимо выбрать плоскость. ОК. Затем выбрать объем. ОК. Результатом пересечения поверхности является плоскость (рис.1.36).

Рис.1.36

        Пересечение линии с объемом.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Intersect > Line with Volume

При открытии окна Intersect Line w/Volu выделить линию, которая пересекает объем. ОК. Затем выделить объем. ОК. В результате построения останется та часть линии, которая находится внутри объема.

        Пересечение линии с поверхностью.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Intersect > Line with Area

При пересечении плоскости параллельной ей линией, результатом пересечения будит  линия, а результатом пересечения плоскости и непараллельной ей линии будет точка их пересечения.

Попарное пересечение объектов

        Попарное пересечение объемов.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Intersect > Pairwise > Volumes

При открытии окна Intersect Volumes (Pairwise) выделить объемы, область пересечения которых необходимо построить. Результатом  пересечения могут  быть поверхности (рис.1.37) или объемы (рис.1.38).

Рис.1.37

Рис.1.38

        Попарное пересечение поверхностей.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Intersect > Pairwise > Areas

Результатом пересечения может быть множество линий (рис.1.39) либо поверхностей (рис.1.40).

Рис.1.39

Рис.1.40

        Попарное пересечение линий.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Intersect > Pairwise > Lines

Результатом пересечения будет семейство точек либо линий. 

Суммирование объектов

Процесс суммирования объектов определяет новый объект, в который входят все части исходных объектов. Результирующий объект представляет собой единое целое, не содержащее внутренних делений.

        Суммирование объемов (рис.1.41).

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Volumes

Рис.1.41

        Суммирование поверхностей (рис.1.42).

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate > Booleans > Add > Areas

Рис.1.42

        Суммирование линий.

Main Menu>Preprocessor>Modeling > Operate > Booleans > Add > Lines

Вычитание объектов

        Вычитание объема из объема.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Substract > Volumes

При открытии окна Substract Volumes выбрать объем, из которого производится вычитание, ОК. Затем выбрать объем, который вычитается. ОК(рис.1.43).

Рис.1.43

Аналогично можно вычесть плоскость из плоскости, пройдя по маршруту:

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Substract>Areas

и линию из линии:

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Substract>Lines

При использовании пункта меню

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Substract > With Options

после выбора объектов появляется окно, в котором можно выбрать следующие опции:

SEPO >

shared entities – при  выполнении операции созданные объекты будут иметь общие границы;

separate entity – при выполнении операции созданные объекты будут иметь разные границы.

KEEP 1 >

kept – сохранить объект, из которого производится вычитание;

deleted – удалить объект, из которого производится вычитание.

KEEP 2 >

kept – сохранить вычитаемый объект;

deleted – удалить вычитаемый объект.

 

        Вычитание поверхности из объема.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Divide > Volume by Area

При появлении окна Divide Volu by Area выделить объем, ОК, затем выделить вычитаемую поверхность, ОК (рис.1.44).

Рис.1.44

        Вычитание рабочей плоскости из объема.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Divide > Volu by WrkPlane

        Вычитание объема из плоскости (рис.1.45).

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide>Area by Volume

Рис.1.45

        Вычитание рабочей плоскости из поверхности.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Divide > Area by WrkPlane

        Вычитание линии из плоскости.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Divide > Area by Line

        Вычитание объема из линии.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Divide > Line by Volume

        Вычитание рабочей плоскости из линии.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Divide > Line by WrkPlane

Склеивание объектов

Процедура “склеивания” возможна только в том случае, если пересечение объектов происходит  по некоторой границе. В результате “склеивания” точки, линии, плоскости пересечения становятся общими для “склеиваемых” объектов.

        “Склеивание” объемов.

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue>Volumes

        “Склеивание” плоскостей.

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue>Areas

        “Склеивание” линий.

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue>Lines

Наложение объектов

        Наложение областей (рис.1.46).

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap>Areas

        Наложение объемов.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Overlap > Volumes

        Наложение линий.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Overlap > Lines

Операции перемещения

        Перемещение ключевых точек.

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Keypoints>Set of KPs

С помощью этого пункта можно изменять координаты точки. При открытии окна Move Set of Keypoints необходимо выбрать ключевую точку или группу точек, ОК. В диалоговом окне Move Set of Keypoints в полях Х, У, Z задать новые координаты точки (точек). Если необходимо изменить одну или две координаты, то заполняются соответствующие этим координатам поля. Поле, где координата не изменяется, остается пустым.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Move/Modify > Keypoints > Single KP

Используя этот пункт можно переместить одну точку в указанное место. Для этого необходимо выделить перемещаемую точку, ОК. Затем курсором мыши указать место, в которое перемещается точка, либо ввести новые координаты в командной строке открывающегося окна, разделяя их запятыми.

        Перемещение линий.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Move/Modify > Lines

При открытии окна Move Lines выделяем перемещаемые линии, ОК. В диалоговом окне Move Lines в полях DX, DY, DZ вводим расстояния вдоль осей X, Y, Z, на которые необходимо переместить линии.

        Перемещение поверхностей.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Move/Modify > Areas > Areas

Необходимо выделить перемещаемую поверхность, ОК. В окне Move Areas в полях DX, DY, DZ ввести расстояния вдоль осей, на которые перемещается поверхность.

        Перемещение объемов.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Move/Modify > Volumes

Порядок действия аналогичен указанному выше.

Копирование объектов

Повторяющийся фрагмент модели в  ANSYS достаточно построить один раз, а затем его можно копировать столько раз, сколько необходимо для создания всей модели.

        Копирование ключевых точек.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Copy > Keypoints

При открытии окна Copy Keypoints выбрать копируемые точки, ОК. В диалоговом окне Copy Keypoints в поле ITIME ввести количество копий. В полях DX, DY, DZ – расстояния вдоль осей X, Y, Z  активной системы координат, на которых необходимо создать новые точки. В выпадающем менюNOELEM Items to be copied можно выбрать следующие пункты:

Keypoints & mesh – создать на копиях конечно-элементную сетку, аналогичную  прототипу;

Keypoints only – в результате копирования будут созданы только точки.

        Копирование линий.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Copy > Lines

Например, для того чтобы скопировать линии окружности (рис.1.47), необходимо в окне Copy Lines ввести следующее:

ITIME: 3

DX: 1

DY: 1

        Копирование поверхностей.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Copy > Areas

        Копирование объемов.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Copy > Volumes

Рис.1.47

 

Создание или перенос новых объектов

 путем симметричного отображения

        Симметричное отображение или перенос точек.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Reflect > Keypoints

При открытии окна Reflect Keypoints выделить точки, которые нужно симметрично отобразить, ОК. В появившемся диалоговом окне ReflectKeypoints необходимо выбрать следующие параметры: 

Ncomp Plane of symmetry Y-Z plane X, X-Z plane Y, X-Y plane Z – плоскость, относительно которой необходимо отобразить или переместить точки.

NOELEM Items to be reflected – при выборе пункта Keypoints & mesh на копиях будет создана конечно-элементная сетка, аналогичная прототипу, если она была создана ранее, а при выборе Keypoints only будут создана только точки.

IMOVE Existing keypoints will – при выборе пункта copied будут созданы новые точки, симметричные исходным относительно выбранной плоскости; если же выбрать Moved, то точки будут перенесены симметрично выбранной плоскости.

Удаление объектов

Очень важна в практическом отношении возможность правки модели, удаления отдельных ее элементов, включая конечно-элементную сетку, но при этом должна  сохранятся строгая иерархия: объект более низкого порядка не может быть удален, если он является частью объекта более высокого порядка, например, объем нельзя удалить, если он уже имеет сетку конечных элементов; линия, принадлежащая поверхности, также не может быть удалена и т.д.

Иерархия объектов моделирования в плане возможности их удаления выглядит так: элементы (и нагрузки на них) > узлы (и узловые нагрузки) > объемы (и нагрузки приложенные к модели) > поверхности (и поверхностные нагрузки) > линии (и нагрузки по линии) > ключевые точки(и сосредоточенные нагрузки).

        Удаление ключевых точек.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Delete > Keypoints

При появлении окна Delete Keypoints выделить удаляемые точки и нажать ОК.

        Удаление жестких точек.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Delete > Hard Points

        Удаление линий.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Delete > Lines Only

        Удаление линий с принадлежащими им точками.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Delete > Line and Below

        Удаление поверхности.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Delete > Areas Only

        Удаление поверхности с принадлежащими ей линиями и точками.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Delete > Area and Below

        Удаление объема.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Delete > Volumes Only

        Удаление объема с принадлежащими ему компонентами.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Delete > Volume and Below

Библиотека конечных элементов программы ANSYS

Библиотека программы насчитывает более 170 конечных элементов. Многие из них снабжены опциями, позволяющими вносить новые подробности в формулировку элемента, что увеличивает объем библиотеки элементов. Конечные элементы предназначены для двумерных (2D) или трехмерных (3D) моделей и рассматриваются как объекты, принимающие следующие геометрические формы: точка, линия, поверхность или объем.

В библиотеке имеются как линейные, так и квадратичные (с промежуточными узлами в середине стороны) элементы, при одинаковой сетке дающие более точные результаты. Ребра квадратичных элементов могут быть прямыми и криволинейными. Линейные элементы для повышения точности обычно снабжаются дополнительными функциями формы. В общем случае срединные узлы на любой стороне элемента можно удалить. Большинство трехмерных элементов-параллелепипедов можно преобразовать в призматические или четырехгранные, а большинство двумерных четырехсторонних элементов может вырождаться в треугольные.

Значительная часть конечных элементов допускает приложение требуемых тем или иным видом анализа нагрузок, распределенных по элементу: давлений, температур и т.д. Ко многим  элементам можно прикладывать инерционные нагрузки (например, силу тяжести). Узловые нагрузки (силы, температуры, перемещения и т.п. ? в зависимости от назначения элемента) допустимы для всех элементов. Приложение нагрузок к элементу возможно также при использовании конечных элементов с поверхностным эффектом ? для особых видов нагрузок, таких как поверхностное натяжение и жесткость упругого основания.

Конечные элементы разделены на отдельные группы:

     Structural - для расчета статических и динамических напряжений.

     Explicit Dynamics - элементы явного метода динамического анализа.

     Hyperelastic - для моделирования гиперупругих материалов.

     Visco - элементы для вязко-упругих и вязко-пластичных материалов.

     Thermal - элементы стационарного и нестационарного теплообмена.

     Fluid - элементы сплошной среды для анализа движения потоков жидкости и газа, решения задач гидроаэромеханики, акустики, течения сред.

     Thermal Electric - элементы для анализов, включающих как тепловые, так и электрические эффекты.

     Magnetic Electrics - для анализа статических, гармонических и произвольно меняющихся во времени магнитных полей.

     Coupled-Field - элементы связанной задачи для расчетов, в которых учитывается взаимовлияние результатов двух или более видов анализа (прочностного, теплового, магнитного, сплошной среды, электрического).

     Contact - элементы для моделирования нелинейного контакта.

     General - элементы, включающие такие типы: комбинированные (Combination), матричные (Matrix), поверхностные (Surface) и элементы, моделирующие условия на бесконечности (Infinitive). Этот набор элементов обладает особыми возможностями.

Ниже приведена таблица конечных элементов, наиболее часто используемых при решении задач инженерной механики (табл.1.1).

Таблица 1.1

Элементы, используемые при решении задач инженерной механики

 

 

Таблица 1.1 (продолжение)

Таблица 1.1 (продолжение)

Таблица 1.1 (продолжение)

 

 

 

 

Таблица 1.1 (продолжение)

 

Опция появления (birth) и исчезновения (death) конечного элемента, которая доступна для большей части элементов, дает возможность управлять вкладом того или иного элемента в общие матрицы на этапе решения задачи.

Многие элементы прочностного и теплового анализа снабжены средствами определения ошибки решения, что используется в программе для вычисления той доли погрешности, которая связана, главным образом, с дискретизацией сетки.

Несколько специальных элементов дают возможность приспособить конечно-элементную модель к потребностям пользователя. При проведении прочностного анализа для отображения введенного пользователем упругого кинематического смещения двух точек среды в пространстве может использоваться конечный элемент в виде матрицы “жесткость-сопротивление-масса”. Программа предоставляет возможность ввести свой конечный элемент и связать написанные подпрограммы с объектным кодом программы ANSYS. Как и все прочие конечные элементы, элемент, созданный пользователем, может применяться для любого вида анализа.

В ANSYS существую два метода решения задач, связанных с расчетом конструкций  ? h-метод и р-метод. Н-метод может применяться при любом типе анализа, p-метод используется только в линейном статическом анализе.

Программа ANSYS обеспечивает пользователя исчерпывающим набором твердотельных и оболочечных p-элементов для проведения упругого прочностного анализа в линейной постановке. При этом решение проводится с автоматическим контролем точности. Использование p-элементов сокращает затраты времени на анализ.

Р-элементы допускают использование функции формы в виде многочлена степени от двух до восьми — в зависимости от требуемой точности. Благодаря тому, что в p-элементах порядок многочлена достаточно высок, расчетная модель может иметь крупную сетку. Поскольку в программе ANSYS обеспечивается файловая совместимость данных, то ранее созданная модель с сеткой из h-элементов легко преобразуется в р-элементнуюмодель. Это тем более верно для моделей, в которых используются h-элементы высокого порядка. Пользователь имеет возможность выбирать те конечные элементы, которые могут менять степень полинома, тем самым уменьшая общее время решения. Кроме того, p-элементы не нуждаются в перестроении сетки, что также экономит время.

Сходимость решения контролируется и определяется по четырем независимым критериям: общей энергии деформаций, локальным перемещениям, напряжениям и деформациям; можно воспользоваться любым сочетанием этих критериев. Пределы погрешности устанавливаются раздельно для каждого критерия.

Следует быть внимательными при соединении элементов, имеющих различные степени свободы, так как на поверхности раздела обязательно появятся несоответствия. Когда элементы несовместимы друг с другом, при решении может оказаться невозможным перенос соответствующих сил или моментов от элемента к элементу.

Чтобы быть совместимыми, два элемента должны иметь одинаковые степени свободы; например, они должны иметь одно и то же число и один и тот же тип как поступательных степеней свободы, так  и вращательных. Более того, степени свободы должны быть связанными друг с другом, то есть на границе раздела они должны быть непрерывными.

Приведем примеры использования несовместимых элементов:

     Несовместимы элементы, имеющие различное число степеней свободы. Элементы SHELL63 и BEAM4 имеют три поступательных и три вращательных степени свободы на узел. Элементы SOLID45 имеют три поступательных степени свободы на узел, но не имеют вращательных. Если элемент SOLID45 связан с элементами SHELL63 или BEAM4, то узловые силы, соответствующие поступательным степеням свободы, будут переданы этому твердотельному элементу. Однако узловые моменты, соответствующие вращательным степеням свободы элементов SHELL63 и BEAM4, переданы элементу SOLID45 не будут.

     Элементы, имеющие одинаковое число степеней свободы, могут быть, тем не менее, несовместимыми. Элементы BEAM3 (двумерная упругая балка) и SHELL41 (мембранная оболочка) имеют по три степени свободы на узел. Однако оболочечный элемент имеет три поступательных степени (UX, UY и UZ), в то время как балочный элемент имеет только две поступательных степени (UX и UY). Следовательно, перемещение UZ отразит только жесткость оболочечного элемента. Более того, оболочечный элемент не имеет вращательной степени свободы (ROTZ), которая есть у балочного элемента. Момент в узле, соответствующий вращательной степени балочного элемента, не будет передан оболочечному элементу. Граница раздела будет вести себя так, как если бы балка была закреплена шарнирно.

     Как трехмерные балочные элементы, так и трехмерные оболочечные элементы имеют по 6 степеней свободы на узел. Однако степень свободы оболочечного элемента ROTZ связана с поворотной жесткостью в плоскости элемента. Обычно это фиктивная жесткость, то есть она не является результатом математического вычисления истинной жесткости. Таким образом, степень свободы оболочечного элемента ROTZ - не истинная степень. (Исключение составляет случай активизации для элементов SHELL43 или SHELL63 опции Allman Rotatinal Stiffness (KEYOPT (3)=2)). Следовательно, при соединении только одного узла трехмерного балочного элемента с  трехмерным оболочечным элементом таким образом, что вращательная степень свободы балочного элемента соответствует степени ROTZ оболочечного элемента, достичь совместимости не удается. Таким способом не следует соединять балки и оболочки.

Подобные несовместимости могут существовать и между другими элементами с различающимися числом и (или) типом степеней свободы.

Дополнительные ограничения существует даже в том случае, когда соединяемые элементы имеют совместимые степени свободы. Существует возможность получить ошибочные результаты, когда элементы SOLID72 или SOLID73 связываются с элементами другого типа, а недостающие ограничения движению как твердого тела переносятся на элементы SOLID72 или SOLID73. Проблемы возможны даже в том случае, когда другие типы элементов имеют по 6 степеней свободы, как и элементы SOLID72 и SOLID73.

Следует задавать ограничения движению как твердого тела в узлах элементов SОLID72 или SOLID73, так как наложение ограничений на другие элементы вместо них может привести к ошибочным результатам. Ограничения задаются для всех трех вращательных направлений по крайней мере для одного из узлов.

Результаты решения для элемента можно получить в трех формах: для центра элемента, в узлах и для внутренней сетки элемента (до 25 точек для четырехстороннего элемента и до 125 точек для трехмерного твердотельного элемента). С помощью  “мыши” пользователь обращается к результатам для той локальной точки  p-элемента, координаты которой ближе всех к позиции курсора. Для h-элементов результаты выдаются в узлах. Можно запрашивать результаты как для p-элементов, так и для h-элементов. Максимальные и минимальные значения выдаются автоматически. В зонах разрыва геометрии результаты не усредняются. Примером такого разрыва является сопряжение пластин разной толщины. Усреднение не происходит и в случае задания различающихся свойств материала.

Выбор типа элемента и задание его опций

Для выбора типа элемента используется следующий пункт меню:

Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete

В окне Element Type будут отображаться все выбранные элементы. Например, нам необходимо выбрать элемент Beam3. Для этого в окне Element Type нажимаем кнопку Add… В левом поле появившегося окна выбираем Beam, в правом — 2D elastic 3. В строке Element Type reference numberуказывается номер ссылки, ОК (рис.1.48).

Рис.1.48

Для задания опций элемента нажимаем в окне Element Type кнопку Options… В появившемся окне в строке Output at extra intermed pts K9выбираем 9 in  intermed pts, ОК (рис.1.49).

Рис.1.49

Закрываем окно Element Type нажатием кнопки Close. Опция K9 для Beam4 позволяет задать расчет искомых величин в промежуточных положениях каждого элемента. Для каждого элемента задаются свои опции, при этом для некоторых элементов (например, для Link 1) задание опций вообще не предусмотрено.

Определение вещественных констант элемента

Вещественные константы элемента являются свойствами, которые зависят от типа элемента, например свойства сечения элемента в Beam3 (на основании предыдущего примера):

Main Menu > Preprocessor > Real Constants > Add/Edit/Delete

В окне Real Constants нажимаем кнопку Add... Открывшееся окно Element Type for Real Constants после нажатия ОК выводит на монитор окноReal Constants for BEAM3, в котором задаются следующие характеристики:

AREA —  площадь поперечного сечения

IZZ —  осевой момент инерции сечения

HEIGHT —  высота сечения

SHEARZ —  постоянная отклонения сдвига

ISTRN —  начальная деформация

ADDMAS — дополнительная масса на единицу длины (рис.1.50).

Рис.1.50

Не все типы элементов требуют задания вещественных констант, а разные элементы одного типа могут иметь различные их значения. Так же, как и у типов элементов, каждый набор констант имеет номер ссылки.

Определение физических свойств материала

При использовании того или иного конечного элемента, как правило, нужно задавать физические свойства материала. Задание физических свойств материала осуществляется с помощью пункта главного меню

Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models…

При этом выводится окно Material Model Behavior, в котором выбирают необходимые характеристики и задают их числовые значения (рис.1.51).

Рис.1.51

Это диалоговое окно разделено на две части. Слева (Material Models Defined) располагается перечень номеров моделей материалов, определенных на момент открытия окна (по умолчанию определено одно имя материала — Material Model Number 1). В правой части (Material Models Available) можно выбрать требуемую для решения задачи модель материала; здесь реализована древовидная структура, двигаясь по которой, переходят от общих пунктов к более детальным.

Для решения задач инженерной механики используется пункт Structural, щелчок мышью на котором открывает доступ к подпунктам Linear(линейное деформирование) и Nonlinear (нелинейное).

При необходимости можно использовать в рамках одной задачи несколько материалов с разными свойствами:

Define Material Model Behavior > Material > New Model…

В открывшемся окне вводится порядковый номер следующего материала; при этом в окне Material Models Defined появится новая строка —Material Model Number 2 и т.д.

Линейные свойства материала (Elastic) могут быть постоянными или зависеть от температуры, могут быть изотропными, ортотропными или анизотропными.

Можно задавать соответствующую направлению метку того или иного свойства, например, EX, EY, EZ для модуля упругости I рода. Если материал изотропный, то его свойства задаются только в направлении оси Х; свойства по остальным направлениям автоматически принимаются такими же.

С целью снижения объема вводимой информации по умолчанию в программе также принимается:

(коэффициент Пуассона);

(модуль сдвига).

Свойства материала, зависящие от температуры, в ANSYS задаются в виде полинома (от первого порядка до четвертого) или в виде табличных данных. Температуро зависимые свойства материала учитываются программой при составлении матриц элементов.

Нелинейные свойства материала (например, данные пластичности) обычно задаются в виде таблиц.

Аналогичным образом задаются анизотропные свойства упругости, которые вводятся в виде матрицы (отметим, что эти свойства отличаются от анизотропной пластичности, которая требует задания разных зависимостей растяжения-сжатия в разных направлениях). Анизотропную упругость поддерживают элементы PLANE13, SOLID5, SOLID64, SOLID98.

Рассмотрим пример, демонстрирующий задание нелинейной изотропной модели материала, использующей Voce law, в структурном анализе.

1. Выбираем пункт меню

Preprocessor >Material Props>Material Models

Появляется диалоговое окно Define Material Model Behavior.

2. В окне Material Models Available дважды щелкаем «мышью» по опциям Structural, Linear, Elastic, Isotropic.

3. Вводим значения свойств материала (модуль упругости EX и коэффициент Пуассона PRXY). OK. В окне Material Models Defined появляется метка используемого материала ? Material Model Number 1.

4. В окне Material Models Available дважды кликните по следующим опциям: Nonlinear, Inelastic, Rate Independent, Isotropic Hardening Plasticity,Mises Plasticity, Nonlinear. Появляется диалоговое окно, включающее таблицу, в которой можно добавить столбцы температуры или ряды данных. Температурное поле завуалировано, так как ANSYS по умолчанию предполагает, что вводятся температуро независимые данные. Вследствие того, что в данном примере используются температуро зависимые свойства материала (включают две температуры), нужно добавить другой температурный столбец.

5. Нажимаем кнопку Add Temperature. Появляется второй столбец.

6. Вводим первую температуру в строке Temperature и столбце T1.

7. Вводим константы для первой температуры.

8. Вводим вторую температуру в строке Temperature и столбце T2 и константы для второй температуры.

Если есть необходимость ввода констант для третьей температуры, то следует разместить курсор в строке Temperature столбца T2, затем нажатьAdd Temperature. После этого появится третий столбец.

Рассматриваемая модель материала требует задания четырех констант для каждой из температур. При использовании другой модели, разрешающей большее количество констант, была бы активной кнопка Add Row.

9. Нажимаем OK. Закрывается диалоговое окно. Свойства, заданного материала появляются под Material Model Number 1.

Рассмотрим еще один пример, в котором необходимо внести изменения в данные модели материала.

Предположим, что предыдущий пример выполнен, и модель материала отображена в окне Material Models Defined.

Существуют два метода изменения данных: изменение данных внутри существующего свойства материала; копирование всего набора свойств материала из другой модели с последующим изменением свойств.

Пусть необходимо изменить заданные значения нелинейной изотропной модели.

Последовательность действий будет такой:

1. Дважды кликаем Nonlinear Isotropic. Появляется диалоговое окно.

2. Изменяем данные в соответствующих полях, OK.

Допустим, что одна модель материала построена, а вторая модель должна быть аналогична первой за исключением дополнительной температуры и соответствующих констант.

Выполняем следующие действия:

1. В диалоговом окне Define Material Model Behavior выбираем пункт меню Edit > Copy, затем выбираем 1 в Material number, и вводим 2 в Material number, OK. Окно Material Models Defined теперь содержит в своем списке Material Model Number 2. При этом свойства Material Model Number 2Material Model Number 1 будут одинаковыми.

2. Дважды кликаем по Nonlinear Isotropic под Material Model Number 2. Появляется диалоговое окно.

3. Ставим курсор на крайний правый ряд Temperature и нажимаем Add Temperature. Появляется столбец T3.

4. В этот новый столбец вводим значение температуры и четыре константы для этой температуры, OK. Диалоговое окно закрывается. Если вы щелкнутьNonlinear Isotropic под Material Model Number 2, появится диалоговое окно с измененными данными.

Рассмотрим задание материала, исходя из комбинации двух моделей материала, и построим модель, моделирующую циклическое смягчение. Используются нелинейная изотропная модель и модель Chaboche.

1. Выбираем пункт меню

Preprocessor > Material Props > Material Models

Появляется диалоговое окно Define Material Model Behavior.

2. В окне Material Models Available дважды кликаем Structural, Linear, Elastic, Isotropic. Появляется диалоговое окно.

3. Вводим значения модуля упругости EX и коэффициента Пуассона PRXY).

4. В окне Material Models Available дважды щелкаем Nonlinear, Inelastic, Rate Independent, Combined Kinematic and Isotropic Hardening Plasticity,Mises Plasticity.

5. Дважды кликаем Chaboche and Nonlinear Isotropic. Появляется диалоговое окно для задания констант модели Chaboche.

6. Вводим первые три константы модели Chaboche.

7. Модель Chaboche позволяет задать большее количество констант. При необходимости ввода следующей константы  нажимаем Add Row и вводим нужное значение.

8. OK, диалоговое окно закрывается, и появляется другое диалоговое окно для задания констант нелинейной изотропной модели.

9. Вводим константы, связанные с нелинейной изотропной моделью.

10. OK, диалоговое окно закрывается. Под Material Model Number 1 приведено следующее: Linear Isotropic, Chaboche, and Nonlinear Isotropic.

Способы построения конечно-элементной сетки

После построения твердотельной модели, создается ее конечно-элементный аналог (т.е. сетка узлов и элементов). В ANSYS предусмотрено четыре способа генерации сетки: использование метода экструзии, создание упорядоченной сетки, создание произвольной сетки (автоматически) и адаптивное построение.

Метод экструзии (выдавливания) используется для превращения областей двумерной сетки в трехмерные объекты, состоящие из параллелепипедов, клиновидных элементов или их комбинации. Процесс экструзии осуществляется с помощью процедур смещения из плоскости, буксировки, поступательного и вращательного перемещений.

Построение упорядоченной сетки требует предварительного разбиения модели на отдельные составные части с простой геометрией, а затем выбора таких атрибутов элемента и соответствующих команд управления качеством сетки, чтобы можно было построить конечно-элементную модель с упорядоченной сеткой. Создаваемая программой упорядоченная сетка может состоять из шестиугольных, четырехугольных и треугольных элементов. Для получения треугольной сетки программа выделяет области модели, предназначенные для нанесения упорядоченной сетки, создает сначала четырехугольную сетку, а затем превращает ее в сетку из треугольных элементов. Такой способ построения сетки является весьма удобным как  при создании сетки из тетраэдров, так и при нанесении сетки на жестких поверхностях при решении контактных задач, где предпочтительно сводить число конечных элементов к минимуму.

В качестве дополнительного способа построения упорядоченной сетки на некоторой поверхности используется деление противоположных граничных линий этой поверхности таким образом, чтобы можно было осуществить переход от одного размера сетки к другому. Построение упорядоченной сетки переменного размера возможно только для поверхностей, ограниченных четырьмя линиями (с использованием или без конкатенации, т.е. операции объединения двух последовательностей граничных линий в одну; при этом первая последовательность становится началом результирующей, а вторая — ее хвостом).

ANSYS позволяет также строить произвольную сетку, которая может наноситься непосредственно на модель достаточно сложной геометрии — без необходимости строить сетку для отдельных частей и затем собирать их в единую модель. Произвольную сетку можно строить из треугольных, четырехугольных и четырехгранных элементов.

Генераторы произвольной сетки обладают широким набором внутренних и внешних опций управления качеством сетки. Например, реализован алгоритм разумного выбора размеров конечного элемента, позволяющий строить сетку элементов с учетом кривизны поверхности модели и наилучшего отображения ее реальной геометрии. Пользователь может выбрать мелкую или крупную сетку элементов, указав в качестве управляющего параметра любое число из диапазона от единицы до десяти. Кроме того, каждый из этих генераторов снабжен алгоритмами сглаживания и рафинирования размеров сетки, что снижает число элементов неудовлетворительной формы и прерываний процедуры построения сетки.

Другие доступные средства управления качеством сетки включают указание общего размера элемента, деление граничной линии, размеры в окрестности заданных геометрических точек, коэффициенты растяжения или сжатия вдали от границ, ограничения на кривизну и возможность задания “жестких” точек (т.е. задание точного положения узла вместе с размерами сетки в такой точке). Поскольку тетраэдный генератор работает с учетом размера сетки на соседних частях модели, пользователь имеет возможность указать нужную сетку на границе области до обращения к генератору.

Еще один вид контроля качества сетки реализован для двумерных областей, сложных в геометрическом отношении, для которых ручное разбиение на части и последующее построение упорядоченной сетки является обременительным (к ним относятся моделирование некоторых зон потоков жидкости или газа). Для таких случаев программное средство послойного построения сетки дает возможность автоматически генерировать произвольную сетку, профилированную вдоль некоторой преграды и удобную для моделирования явлений, имеющих слоистую структуру.

Переход от шестигранной сетки к четырехгранной с использованием пирамидальных элементов весьма удобен для моделирования геометрии на стыке областей с разной сеткой. Имеется возможность автоматически состыковывать такие области без необходимости вводить условия-ограничения или пропускать срединные узлы элементов и избегать математических разрывов в искомых функциях. Некоторые области модели можно достаточно просто разбить на части, для которых строится упорядоченная сетка, тогда как другие ее области могут быть более сложными в геометрическом отношении. Для более простых областей модели можно использовать шестигранные элементы, а для остальных — тетраэдные. Области модели со значительными градиентами искомых величин могут потребовать введения сетки из шестигранных элементов, а для менее критических областей пригодными могут оказаться тетраэдные.

Адаптивное построение сетки состоит в том, что после создания твердотельной модели и задания граничных условий программа, по указанию пользователя, генерирует конечно-элементную сетку, выполняет анализ, оценивает ошибку за счет сеточной дискретизации и меняет размер сетки от решения к решению до тех пор, пока расчетная погрешность не станет меньше некоторой наперед заданной величины (или пока не будет достигнуто установленное число итераций).

Адаптивное построение модели можно использовать для статического линейного анализа или стационарного теплового расчета. Такая процедура создания сетки может быть выполнена и при наличии нескольких разных условий нагружения. Кроме того, имеется возможность указать те области расчетной модели, для которых уменьшение ошибки дискретизации не столь важно, и исключить их из адаптивной процедуры. Можно настроить процедуру адаптивного построения сетки, исходя из индивидуального подхода к проведению анализа.

Возможности программы ANSYS допускают проведение модификации конечно-элементной сетки. Например, могут быть изменены атрибуты узлов и элементов. Если модель состоит из повторяющихся областей, то можно создать сетку только для некоторой области модели, а затем сделать копию этой области. После того как геометрическая модель покрывается сеткой конечных элементов, программа автоматически обеспечивает их взаимо-перекрестный контроль, чтобы гарантировать правильность выполняемых пользователем видоизменений сеточной модели. Такие проверки предотвращают некорректное уничтожение или порчу данных, относящихся к твердотельной и сеточной моделям. Так, например, ключевые точки, линии, поверхности или объемы сеточной модели нельзя уничтожить или переместить до тех пор, пока пользователь явным образом не потребует от программы отменить их автоматический контроль.

К другим видам модификации сетки, нанесенной на твердотельную модель, относятся ее измельчение и улучшение формы тетраэдных элементов. Треугольная, четырехугольная и тетраэдная сетки (или произвольное их сочетание) можно локально измельчать, используя интерактивные и “интуитивные” средства. Тетраэдную сетку, независимо от способа ее построения, можно улучшить с помощью процедуры, которая кроме модификации положений узлов, позволяет вводить, удалять и переставлять конечные элементы, обеспечивая тем самым получение сетки высокого качества.

Задание атрибутов для элементов

Основной целью на этапе разработки геометрической модели является создание адекватной конечно-элементной модели, состоящей из узлов и элементов. Процедура создания узлов и конечных элементов сетки состоит из трёх основных этапов:

        задание атрибутов для элементов сетки;

        установка средств управления качеством сетки (по выбору);

        генерирование сетки.

Второй этап используется не всегда, поскольку в большинстве случаев управление качеством сетки используется по умолчанию.

Перед генерацией сетки узлов и конечных элементов следует задать соответствующие атрибуты элементов. Это означает, что нужно задать следующее:

        тип элемента;

        набор вещественных констант (толщина элемента, площадь поперечного сечения и др.);

        свойства материала (модуль упругости, теплопроводность и др.);

        систему координат элемента.

Пользователь может присвоить атрибуты конечных элементов различным частям своей геометрической модели, используя в качестве указателей соответствующие номера ссылок. Атрибуты можно присвоить выбранным объектам твердотельной модели или задать набор атрибутов «по умолчанию» (последний будет использоваться для конечных элементов, созданных при последующих операциях построения сетки).

        Присвоение атрибутов всем ключевым точкам:

Main menu>Preprocessor > Meshing > Mesh Attributes >All Keypoints

    В появившемся окне Keypoint Attributes необходимо выбрать:

MAT Material number — свойства материала;

REAL Real constant set number —  набор вещественных констант элемента;

TYPE Element type number —  тип элемента;

ESYS Element coordinate sys — тип системы координат элемента.

    Присвоение атрибутов выбранным точкам:

Main menu > Preprocessor >  Meshing > Mesh Attributes > Picked KPs

    При открытии окна Keypoint Attributes курсором мыши выделяем нужные нам точки, ОК. Последующие действия аналогичны изложенным.

        Присвоение атрибутов всем линиям:

Main menu > Preprocessor >  Meshing > Mesh Attributes > All Lines

        Присвоение атрибутов всем выбранным линиям:

Main menu > Preprocessor >  Meshing > Mesh Attributes >  Picked Lines

        Присвоение атрибутов всем плоскостям:

Main menu > Preprocessor >  Meshing > Mesh Attributes > All Areas

        Присвоение атрибутов всем выбранным плоскостям:

Main menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Attributes > Picked Areas

        Присвоение атрибутов всем объёмам:

Main menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Attributes > All Volumes

        Присвоение атрибутов всем выбранным объёмам:

Main menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Picked Volumes

        Присвоение атрибутов твердотельной модели по умолчанию:

Main menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Default Attribs

При использовании данного пункта меню, активным становится определённый набор атрибутов, который задает пользователь. Эти атрибуты будут использоваться для конечных элементов, созданных при последующих операциях построения сетки.

Операции, описанные в этом разделе, можно проделать с помощью окна Mesh Tool, которое служит также для построения и управления конечно- элементной сеткой.

Построение конечно- элементной модели средствами Mesh Tool

Наиболее удобным средством для построения конечно-элементной сетки является меню Mesh Tool. Оно представляет собой панель, в которой собраны практически все необходимые опции для управления, создания и удаления конечно-элементной сетки.

Для вызова окна Mesh Tool необходимо воспользоваться следующим маршрутом:

Main menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Tool

Окно Mesh Tool состоит из шести секций; рассмотрим подробно каждую из них.

Секция  Attribute Controls (рис.1.52) предназначена для присваивания атрибутов компонентам твердотельной модели.

Рис.1.52

В выпадающем меню Element Attributes необходимо выбрать компонент твердотельной модели (пункт Global соответствует пункту главного менюDefault Attributes) и нажать расположенную рядом кнопку Set, после чего в открывшемся окне выбрать необходимый набор атрибутов.

Smart Siring Controls – (рис.1.53) позволяет управлять качеством произвольной сетки. Пользователь может выбрать мелкую или крупную сетку элементов, указав в качестве управляющего параметра любое число из диапазона от единицы до десяти.

Рис.1.53

         Для активации этой функции следует установить флажок в пункте Smart Size, затем с помощью линейки установить уровень плотности сетки: Fine– плотное разбиение; Coarse – грубое разбиение.

         Пример построения плотной сетки (уровень 1) и средней (уровень 6) показан на рис.1.54.

Рис.1.54

Установить плотность произвольной сетки можно с помощью главного меню:

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > SmartSize > Basic

В выпадающем меню окна Basic Smart Size Setting необходимо выбрать уровень плотности сетки (рис.1.55).

Рис.1.55

Local Mesh Sizing Controls обеспечивает контроль размеров элементов для отдельных компонентов модели (рис.1.56).

Рис.1.56

Это секция используется, в основном, для создания упорядоченной конечно-элементной модели. Секция  Sizing Controls состоит из набора следующих пунктов:

Global – служит для указания размеров элементов для всех компонентов модели. При нажатии кнопки Set появится меню Global Element Sizes, в котором необходимо указать длину ребра элемента в поле SIZE Element edge length либо в поле NDIV No, of element divisions указать количество разбиений на линии, являющейся границей разбиваемого компонента (рис.1.57).

Рис.1.57

Кнопка Clear (рис.1.56) служит для удаления установленных параметров разбиения.

То же самое можно проделать с помощью главного меню:

Main Menu>Preprocessor>Meshing > Size Cntrls > ManualSize > Global > Size

 Areas – служит для указания размеров элементов на граничных линиях выбранных поверхностей. Кнопка Set вызывает окно выбора Elem Size at PickedAreas, при появлении которого необходимо выбрать поверхности, нажать ОК либо Pick All, если разбиение задается для всех существующих поверхностей.  Затем в окне Elements Size at Picked Areas в строке SIZE Element edge length ввести предпочтительный размер элемента на граничных линиях поверхности (рис.1.58).

Рис.1.58

Указать размеры элемента на поверхности можно с помощью следующих пунктов меню:

 Main Menu>Preprocessor>Meshing > Size Cntrls > ManualSize > Areas > All > Areas

Main Menu>Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > ManualSize > Areas > Picked Areas

Lines – служит для указания размера элемента на линии, коэффициента растяжения или сжатия вдали от границ, ограничения на кривизну ребра элемента. При нажатии кнопки Set появиться меню выбора Element Size on Picked…; курсором мыши нужно выбрать линии, на которых задается разбиение, ОК (нажать Pick All, если разбиение задается на всех линиях). В появившемся окне Element Sizes on Picked Lines (рис.1.59) задаются следующие параметры:

SIZE Element edge length – размер элемента, создаваемого на линии;

NDIV No, of element division – количество создаваемых элементов на линии, это поле заполняется, если не задан размер элемента SIZE;

KYNDIV SIZE, NDIV can be changed – Yes “по умолчанию” позволяет программе в случае необходимости изменить заданную длину элемента или их количество, No – запрещает эти изменения;

SPACE Spasing ratio – коэффициент сжатия конечно-элементного разбиения. По “умолчанию” этот коэффициент равен 1, и тогда все элементы будут равной длины. Если коэффициент больше 1, то размеры конечного элемента будут увеличиваться, если меньше 1 – уменьшаться.

Рис.1.59

ANGSIZ Division arc (degrees) – ограничивает кривизну дуги элемента, если   он  криволинейный, указываемой здесь величиной (в градусах).

Кнопка Copy осуществляет копирование разбиения с одной линии на другую. При вызове окна Copy Line Divisions необходимо выбрать линию, с которой будет скопировано разбиение. ОК. Затем выделить линию (линии), на которые копируется разбиение. ОК. Если на линиях ранее было задано разбиение, то при операции копирования оно будет переопределено.

Flip – зеркально отображает разбиение на линии, заданное с помощью коэффициента сжатия. Пример использования функции Flip представлен на (рис.1.60).

Рис.1.60

Все рассмотренные операции можно проделать с помощью главного меню программы:

Установка размеров элемента на всех линиях:

Main Menu>Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > ManualSize > Lines > All Lines

Установка размера элемента на выбранной линии:

Main Menu>Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > ManualSize > Lines > Picked Lines

Копирование разбиения с одной линии на другую:

Main Menu>Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > ManualSize > Lines > Copy Divs

Зеркальное отображение разбиений на линии:

Main Menu>Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > ManualSize > Lines > Flip Bias

Kеypts – регулирует установку и очистку размеров элементов около выбранной ключевой точки. При нажатии кнопки Set появляется меню выбораElem Size at Picked KP, где необходимо выделить точку, в окрестности которой устанавливается разбиение. ОК. В диалоговом окне Elements Size atPicked Keypoints в поле SIZE Element edge length указывается размер элемента вдоль линий, пересекающихся в этой точке (рис.1.61).

Рис.1.61

При установке переключателя из No в Yes в Show more options и нажатии кнопки ОК появляется дополнительное окно Elements Size at PickedKeypoints, в котором указываются следующие параметры (рис.1.62):

 FACT1 Prev size scale factor — коэффициент масштабирования, приложенный к прежде указанному размеру (не задается, если определено SIZE).

 FACT2 Min division scale factor — коэффициент масштабирования, приложенный к минимальному элементному делению на линиях, пересекающихся в указанной ключевой точке (не задается, если определено SIZE или FACT1).

Рис.1.62

Рассмотренные операции можно проделать с помощью главного меню программы.

Установка размеров элементов около всех ключевых точек:

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > ManualSize > Keypoints > All KPs

Установка размеров элементов около выбранных ключевых точек:

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > ManualSize > Keypoints > Picked KPs

Секция Meshing Controls (рис.1.63) содержит опции, необходимые для разбиения компонентов модели на конечно-элементную сетку.

Рис.1.63

Mesh – содержит список выбора типа компонента твердотельной модели, который будет подвергаться построению конечно-элементной сетки:

Volumes – объемы;

Areas – поверхности;

Lines – линии;

KeyPoints – точки.

Shape содержит опции, позволяющие указать форму элемента и тип конечно-элементной сетки. Это меню активно только при разбиении на конечные элементы объемов или поверхностей.

Секция Refinement Controls позволяет задать сгущение сетки в окрестности узлов, элементов, ключевых точек, линий, площадей в зависимости от выбора, сделанного в выпадающем меню Refine at, например, выберем в указанном меню Nodes и нажмём Refine. После появления меню выбора Refinemesh at nodes, мышью указываем узлы, в окрестностях которых нужно сгустить сетку. ОК. После этого открывается окно Refine Mesh at Node(рис.1.64). 

Рис.1.64

В этом окне можно указать уровень (глубину) сгущения сетки. Если при этом в строке Advanced options установить флажок (Yes), то после нажатияОК можно задать дополнительные опции сгущения (в окне Refine mesh at nodes advanced options) (рис.1.65).

Рис.1.65

Построение объёмной конечно-элементной сетки с помощью экструзии (выдавливания)

Метод экструзии используется для превращения областей двумерной сетки в трёхмерные объекты, состоящие из параллелепипедов, клиновидных элементов или их комбинации. Процесс экструзии осуществляется с помощью процедур смещения из плоскости, буксировки, поступательного и вращательного перемещений.

Например:

1.     Построение квадрата.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By 2 Corners

В появившемся окне  Rectangle by 2 Corners вводим следующие параметры:

WP X : 0

WP Y : 0

Width : 2

Height : 2   OK.

2.     Построение окружности.

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas > Circle > Solid Circle

В появившемся окне Solid Circular Area в полях WP X, WP Y вводим координаты центра окружности (2; 2), в поле Radius – радиус окружности 0.5.   ОК  (рис.1.66).

Рис.1.66

3.     Вырезаем окружность из квадрата.

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Areas

После появления окна Subtract Areas курсором мыши выделяем квадрат. ОК. Затем выделяем круг. ОК. (рис.1.67).

Рис.1.67

4.     Задаём тип элемента.

 Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add / Edit / Delete > Add…

В открывшемся окне Library of Element Types выбираем оболочечный элемент Shell 8 node 93. Apply. Затем выбираем элемент, предназначенный для твердотельной модели – Solid 20 node 95. OK. Close.

5.     Построение направляющей линии, вдоль которой будет «выдавливаться» конечно-элементная сетка.

Задаём точку.

Main Menu>Preprocessor>Modeling > Create > Keypoints > In Active CS

В поле NPT keypoint number вводим номер точки — 9. В полях X, Y, Z Location in active CS вводим координаты точки — (0; 0; 4).

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines > Straight Line

Курсором выделяем точку 9 и точку, находящуюся в начале системы координат. ОК.

6.     Строим упорядоченную сетку на поверхности.

Для построения упорядоченной сетки поверхность должна быть правильной, ограниченной четырьмя линиями. Для создания правильной поверхности выполним операцию «сшивки».

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Concatenate > Line

Курсором выделяем две линии, расположенные напротив круглого выреза. ОК. Задаём количество разбиений на линиях:

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Tool

В окне Mesh Tool нажимаем кнопку Set рядом с Lines. Курсором выделяем линии, примыкающие к вырезу, и линию выреза. ОК. В поле NDIV No, of element divisions вводим количество разбиений на линии – 10. ОК.

Строим сетку.

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Tool

В окне Mesh Tool в выпадающем меню Mesh выбираем Areas, в меню Shape выбираем Quad (квадратичные элементы) и Mapped (упорядоченная сетка), нажимаем Mesh, затем в появившемся окне — Pick All. Полученное изображение показано на рис.1.68.

Рис.1.68

Очищаем линии от «сшивки».

Main Menu>Preprocessor > Meshing > Concatenate > Del Concats > Lines

7.     Задаём опции операции экструзии.

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate > Extrude > Elem Ext Opts

В появившемся окне Element Extrusion Options необходимо указать для создаваемых элементов: тип элемента [TYPE], свойства материала [MAT], реальные константы [REAL], систему координат элемента, количество создаваемых элементов вдоль направляющей (VAL1) и коэффициент сжатия вдоль направляющей (VAL2). При установке флажка в положение Yes в строке ACLEAR Clear area(s) after ext выдавливаемая поверхность будет очищена от предварительного разбиения.

Для данного примера достаточно в выпадающем меню [TYPE] Element type number выбрать 2 SOLID95, в поле VAL1 No, Elem divs указать количество разбиений вдоль направляющей — 20. ОК.

8.     Создаём объёмную сетку.

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Extrude > Areas > Along Lines

Выделяем поверхность. ОК. Затем выделяем направляющую линию. ОК. Прорисуем элементы:

Utility Menu > Plot > Elements

Полученное изображение представлено на рис.1.69.

Рис.1.69

Рассмотрим подробно построение конечно-элементной сетки для каждого типа компонента твердотельной модели.

При разбиении объема на конечные элементы в выпадающем меню Mesh  выбираем Volumes. Затем выбираем форму конечного элемента в менюShape. От формы конечного элемента зависит и дальнейшее построение сетки.

                    При выборе четырехгранных элементов Tet возможно построение только произвольной сетки Free, остальные функции недоступны. Нажать кнопку Mesh. При появлении меню выбора Mesh Volumes необходимо выбрать разбиваемые объемы и нажать ОК. Соответствующий пункт главного меню:

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Volumes > Free

        При выборе шестигранных элементов Hex возможны 2 варианта: построение упорядоченной сетки (Mapped) и построение сетки путем проецирования конечно-элементной сетки с плоскости на объем (Sweep).

Для построения упорядоченной сетки при выборе Hex выбираем Mapped. Затем нажимаем Mesh.  Появляется меню выбора Mesh Volumes,курсором мыши необходимо выбрать разбиваемые объемы и нажать ОК.

 

Соответствующий пункт главного меню:

Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Mapped>4 to 6 sides

Для построения конечно-элементной модели путем проецирования при выборе Hex выбираем Sweep; при этом возможны 2 варианта построения:

- если в выпадающем меню выбрать Auto Src/Trg, то после нажатия Sweep в меню Volume Sweeping необходимо указать разбиваемый объем и нажатьОК. Программа автоматически спроецирует сетку с плоскости на объем;

- если в выпадающем меню выбрать Pick Src/Trg и нажать кнопку Sweep,  необходимо выбрать разбиваемый объем, ОК. Затем указать поверхность, с которой проецируется сетка. ОК. Указать поверхность, на которую проецируется сетка, проходя через разбиваемый объем, ОК. Соответствующие пункты главного меню:

Main Menu>Preprocessor>Meshing > Mesh > Volume Sweep > Sweep Opts

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Volume Sweep > Sweep

Для построения конечно-элементной модели на поверхности в выпадающем меню Mesh необходимо выбрать Areas. В меню Shape выбрать форму конечного элемента (Tri – треугольный, Quad — четырехугольный) и тип сетки (Free — произвольная, Mapped – упорядоченная).

При выборе упорядоченной сетки Mapped возможны два варианта:

- 3 or 4 sides – при выборе этой опции генерируемая поверхность должна быть ограничена четырьмя линиями. Кнопка Mesh открывает окно выбораMesh Area. Необходимо выбрать генерируемую поверхность и нажать ОК;

- Pick corners — используется в тех случаях, когда поверхность ограничена пятью и более линиями, так как в этом случае опция 3 or 4 sides не работает.

Для создания конечно-элементной сетки на линиях или в точке необходимо в меню  Mesh выбрать соответственно Lines или KeyРoints и нажатьMesh. Затем после появления окна выбора выбрать генерируемые линии или точки. ОК или Apply, если построение необходимо продолжить. КнопкаClear в секции Meshing Controls очищает компоненты  твердотельной модели от конечно-элементной сетки. Для очистки необходимо в выпадающем меню Mesh выбрать тип компонента модели и нажать Clear. Затем при появлении меню выбора – выбрать очищаемый компонент и нажать ОК. Соответствующие пункты главного меню:

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Clear > Keypoints

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Clear > Lines

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Clear > Areas

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Clear > Volumes

Построение конечно-элементной модели для балочных элементов имеет свои характерные особенности; в то же время балочные элементы очень широко применяются, поэтому рассмотрим некоторые важнейшие аспекты, связанные с их использованием более детально.

Выбор типа поперечного сечения (рис.1.70)

Main Menu > Preprocessor > Sections > Beam > Common Sections

В окне Beam Tool (рис.1.70) можно выбрать одно из стандартных сечений ANSYS или построить требуемое пользователю:

Рис.1.70

ID – номер создаваемого сечения;

Name – имя создаваемого сечения (максимум 8 символов);

Sub-Typе – содержит встроенный список  стандартных сечений;

Offset To – позволяет расположить узел в некоторых определенных точках сечения:

так, при выборе пункта Centrоid узел расположится в центре тяжести сечения; при выборе Shear Cen – в центре сдвига; при выборе Origin — в начале координат сечения; а, если  задать  Location, то узел определяется двумя координатами, которые вводятся ниже в полях Offset – Y  и Offset – Z

Ниже в окне Beam Tool (рис.1.70) схематически изображено сечение с необходимыми геометрическими параметрами. Под ним располагаются соответствующие поля ввода. Каждый тип сечения имеет свой набор параметров. Например, для прямоугольного сечения необходимо ввести следующие параметры:

Рис.1.71

B – ширина сечения;

H – высота сечения;

Nb – количество разбиений вдоль ширины;

Nh – количество разбиений вдоль высоты.

Для коробчатого сечения (рис.1.71) необходимо ввести:

W1, W2 – ширина и высота сечения;

t1, t2, t3, t4 – толщины стенок сечения.

С помощью бегунка, расположенного в нижней части (рис.1.71), можно установить уровень плотности сетки (Coarse – грубая сетка, Fine – плотная сетка).

Создание поперечного сечения

Рассмотрим построение тонкостенного поперечного сечения, ограниченного прямыми линиями. Для этого необходимо создать модель сечения, присвоить ей элемент PLANE 42, создать конечно-элементную сетку и сохранить.

Рассмотрим на конкретном примере создание сечения и построение балочной конечно-элементной модели.

1. Создание сечения.

1.1. Задаем ключевые точки:

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS

В поле NPT Keypoint number вводим номер точки, в полях X, Y, Z Location in active CS — ее координаты:

         N                    X                    Y                  Z

         1                     0                      0                 0

         2                    0.1                     0                 0

         3                    0.1                  0.05               0

         4                0.1- 0.01             0.05                0

         5                0.1- 0.01             0.01                0

         6                  0.01                  0.01               0

         7                  0.01               0.2 - 0.01          0

         8               0.1- 0.01           0.2 - 0.01           0

         9               0.1- 0.01           0.2 - 0.05           0

         10                 0.1                0.2 - 0.05          0

         11                 0.1                   0.2                 0

         12                 0                      0.2                 0

1.2. Соединяем  точки  линиями:

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines > Straight Line

Попарно  выделяем точки: 1 - 2; 2 - 3; 3 - 4; 4 - 5; 5 - 6; 6 - 7; 7 - 8; 8 - 9; 9 - 10; 10 - 11; 11 - 12; 12 - 1. ОК.

1.3. Построение плоскости, ограниченной линиями:

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>By Lines

Курсором мыши выделяем все линии. ОК.

Пронумеруем линии:

Utility Menu > PlotCtrls > Numbering

В строке LINE Line numbers ставим переключатель из Оff в  Оn, ОК.

Прорисуем плоскости (рис.1.72):

Utility Menu > Plot > Areas

Рис.1.72

1.4. Задаем элемент PLANE 42:

Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > Add…

В окне Library of Element Types выбираем Solid Quad 4 node 42, ОК, Close.

1.5. Создание конечно-элементной сетки.

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Tool

В появившемся окне Mesh Tool нажимаем кнопку Set рядом с Lines. Курсором выделяем линии 1 и 11, ОК. В поле NDIV No of element divisions вводим количество разбиений на линиях – 10, Apply. Аналогичным образом задаем количество разбиений на остальных линиях:

L2 и L10 — 5

L5 и L7 — 8

L8 и L4 — 4

L3 и L9 — 1

L12 — 20

L6 — 18

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Tool

В выпадающем меню Mesh  выбрать Areas, в опциях Shape выбираем Quad и Free, нажимаем Mesh.  В появившемся окне Mesh Areas  нажимаемPick All (рис.1.73).

Рис.1.73

1.6. Сохранение сечения:

Main Menu > Preprocessor > Sections > Beam > Custom Section > Write From Areas

Курсором выделяем сечение, ОК. В появившемся окне  Write Section Library File (рис.1.74) нажимаем кнопку Browse… В окне FILE Section libraryfile необходимо выбрать директорию (имя директории должно быть на английском языке), указать имя файла и нажать кнопку Сохранить. Назовем файл именем Sections, затем в окне Write Section Library File нажимаем ОК.

Рис.1.74

2. Построение балочной конечно-элементной сетки.

2.1. Очищаем базу данных программы, начинаем работу с новой моделью:

Utility Menu > Clear & Start New…

В появившемся окне нажимаем ОК. В окне Verity – Yes.

Построим балку длиной 2м с ранее созданным сечением.

2.2. Задаем ключевые точки:

Main Menu>Preprocessor>Modeling > Create > Keypoints > In Active CS

В поле NPT Keypoint number вводим номер точки, в полях X, Y, Z Location in active CS — ее координаты: точка 1 (0; 0; 0); точка 2 (2; 0; 0); точка 3 (1; 0.2; 0). Точка 3 является точкой ориентации сечения.

2.3. Соединяем точки 1 и 2 линией:

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>Straight Line

2.4. Задаем тип элемента:

Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > Add…

В окне Library of Element Types выбираем Beam 3 node 189, ОК, Close (для расчетной модели необходимо задать опции элемента, реальные константы и свойства материала).

2.5. Считываем сохраненный файл с сечением.

Main Menu > Preprocessor > Sections > Beam > Custom Section > Read Sect Mesh

Нажимаем Browse…, выбираем файл Sections. SECT, нажимаем Открыть. В окне User Defined Mesh вводим номер сечения – 1 и имя — SECT.ОК (рис.1.75).

Рис.1.75

2.6. Присваиваем атрибуты линии.

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Attributes > Picked Lines

Выделяем линию, ОК. В окне Line Attributes выбираем:

TYPE Element type number – 1 BEAM 189

SECT Element section -1 SECT

В строке Pick Orientation Keypoint(s) ставим флажок Yes, ОК. Курсором мыши выделяем точку 3 – точку ориентации сечения, ОК.

2.7. Строим конечно-элементную сетку.

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Tool

В окне Mesh Tool нажимаем Set рядом с Lines. Выделяем линию, ОК. В поле NDIV No of element division вводим количество разбиений – 20, ОК.

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Tool

В окне Mesh Tool нажимаем Mesh. В Mesh Lines — Pick All.

Прорисуем конечно-элементную сетку с учетом поперечного сечения:

Utility Menu > PlotCtrls > Style > Size and Shape…

В окне Size and Shape в строке [/ESHAPE] Display of element ставим переключатель в положение On, ОК. Для просмотра изометрической проекции нажимаем кнопку , расположенную справа от графического окна. Полученное изображение представлено на рис.1.76.

Рис.1.76

В заключение этого параграфа рассмотрим еще два вопроса, которые достаточно часто возникают в конструкциях после разбиения конечно-элементной сетки.

Объединение совпадающих компонентов

При моделировании и разбиении конечно-элементной сетки возникают ситуации, когда в местах стыковки конструктивных элементов происходит совпадение точек, узлов, атрибутов, которые перед переходом в процессор необходимо объединить. Для этого используют следующий пункт меню:

Main Menu > Preprocessor > Numbering Ctrls > Merge Items

В открывшемся окне (рис.1.77) необходимо:

        в выпадающем меню Label Type of item to be merge выбрать необходимый компонент;

        в поле GTOLER Solid model tolerance указать диапазон совпадения для твердотельной модели (используется применительно к линиям);

        в меню ACTION Merge items or select возможны 2 варианта выбора:

Merge items – объединить совпадающие компоненты;

Select w/o merge – выделить совпадающие компоненты;

        в выпадающем меню SWITCH Retain lowest/highest также 2 варианта выбора:

LOWest number – сохранить низший номер компонента;

HIGHest number – сохранить высший номер компонента.

Рис.1.77

Наложение и удаление взаимных связей узлов

Main Menu > Preprocessor > Coupling/Ceqn > Couple DOFs

Данный пункт позволяет наложить связи на узлы, ограничивающие их взаимное линейное или угловое перемещение. При появлении меню выбора выбрать узлы, ОК. В окне Define Coupled DOFs  в поле NSET Set reference number вводим номер связи, в выпадающем меню Lab Degree-of-freedom labelвыбираем запрещенную степень свободы.

Для удаления связей используется следующий пункт меню:

Main Menu > Preprocessor > Coupling/Ceqn > Del Coupled Sets

В появившемся окне Delete Coupled DOF Sets  необходимо указать:

NSET1, NSET2, NINC – номера удаляемых связей от NSET1 до NSET2 с шагом NINC (по умолчанию =1); если NSET1= ALL, то будут удалены все связи.

Nsel Of nodes in set, delete if  — может принимать одно из двух значений:

Any are selected — удалить связи, если указан хотя бы один из связанных узлов;

All are selected — удалить связи, если указаны все связанные узлы.