Макаров Е.Г. Курсовая работа по методу конечных элементов
.pdf
31 |
Часть 2. Курсовая работа ANSYS |
6. Порядок расчета
До начала работы в ANSYS надо очень аккуратно подготовить все исходные данные для ввода. Исправление уже введенных данных возможно, и вам придется его делать. Но желательно при отсутствии опыта работы с ANSYS реже прибегать к довольно сложной процедуре исправления ошибок. Время выполнения курсовой работы резко увеличится.
6.1. Подготовка данных на листе бумаги
Для заданного варианта курсовой работы надо
1.Нарисовать в масштабе схему стержневой системы (рис. А.1). На схеме указать номера узлов (keypoints), номера стержней (lines). Номера ориентационных точек для стержней некруглых поперечных сечений. Для круглых сечений указывать эти точки необязательно. Если такая точка не указана, то по умолчанию, ANSYS берет локальную ось y параллельно плоскости глобальных осей XY. Ориентационная точка будет находиться в плоскости локальных осей xz.
2.Выписать координаты всех точек (начала и конца всех стержней и ориентационных точек, несовпадающих с уже введенными точками) (таблица.А.1).
Для тестового примера, уже решенного в Mathcad, надо ввести 9 точек (начало и конец стержней) и всего одну ориентационную точку, которая не совпадает с уже введенными точками. Итого: ввести 10 точек.
3.Выбрать форму и размеры поперечных сечений всех стержней (табл.А.2). Пронумеровать их и выписать принятые размеры сечений (те же, что в Mathcad).
4.Выбрать материал каждого стержня (тот же, что в Mathcad). Пронумеровать материалы и выписать для них модуль Юнга, коэффициент Пуассона и плотность (таблица А.3).
5.Нарисовать в масштабе сложное сечение (рис.А.2), желательно с учетом масштабного коэффициента, найденного в процессе работы с Mathcadпрограммой. Указать на рисунке номера точек начала и конца каждого отрезка прямой линии или дуги.
6.Сложному сечению присвоить свой номер. Контур сечения представляет собой набор прямых линий и дуг окружности. Надо выписать координаты точек соединения всех элементов (таблица А.4).
7.Выбрать третью точку для ориентации сложного сечения в пространстве. Это чаще всего точка (keypoint), уже использованная в расчетах. Все предлагаемые варианты сечений симметричные. Пусть ось симметрии станет локальной осью z, тогда третья точка должна лежать в плоскости локальных осей xz.
Рис. А.1. Расчетная схема стержневой системы (в кружке линии, без кружка точки)
32 |
Таблица А.1. Координаты точек (keypoints) концов линий (lines) |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер точки |
X |
|
|
Y |
|
Z |
Примечания |
|||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
|
1 |
|
|
0 |
|
|
0.6 |
|
0 |
|
заделка |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плавающий |
|||
|
2 |
|
|
0 |
|
|
0.6 |
|
0.4 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
подшипник |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
0.6 |
|
|
0.6 |
|
0.4 |
|
Ось ползуна |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Общая |
точка |
||
|
4 |
|
|
0.8 |
|
|
0.6 |
|
0.4 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
4-х линий |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
0.8 |
|
|
0.6 |
|
0 |
|
заделка |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сферический |
|||
|
6 |
|
|
0 |
|
|
0 |
|
0.4 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
шарнир |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
0.2 |
|
|
0.15 |
|
0.4 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подшипник |
|||
|
8 |
|
|
0.8 |
|
|
0 |
|
0 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
фиксированны |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
й |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Втулка |
|
|
|
|
9 |
|
|
0.6 |
|
|
0.6 |
|
0.4 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
ползуна |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ориентация |
|||
|
10 |
|
|
0 |
|
|
0 |
|
0 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
линии 1 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Таблица *А.2. Список линий, их сечения и материал |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Линия |
|
От |
До |
|
|
|
сечение |
|
|
материал |
|
||||
|
|
точки |
точки |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
1 |
|
1 |
|
9 |
|
1-сложное |
|
|
1-латунь |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
2 |
|
2 |
|
3 |
|
2-круглое d = 0.015 |
|
|
2-сталь |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
3 |
|
3 |
|
4 |
|
2-круглое d = 0.015 |
|
|
2-сталь |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
4 |
|
6 |
|
7 |
|
3-прямоугольное b = 0.01 h = 0.02 |
|
3-алюминий |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
5 |
|
7 |
|
4 |
|
3-прямоугольное b = 0.01 h = 0.02 |
|
3-алюминий |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
6 |
|
5 |
|
4 |
|
4-кольцо d = 0.008 D = 0.012 |
|
|
4-текстолит |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
7 |
|
8 |
|
4 |
|
5-кольцо d = 0.018 D = 0.022 |
|
|
3-алюминий |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Таблица *А.3. Свойства материалов конструкции |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Модуль |
|
Коэффициент Пуассона |
Плотность |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
Юнга |
|
кг |
|
σ МПа |
|||||||
|
Материал |
|
|
|
μ |
ρ м3 |
|
[ |
] |
|
||||||
|
|
Е (МПа) |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
1-латунь |
|
|
1.1Е11 |
|
0.3 |
|
2800 |
|
|
|
50 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
2-сталь |
|
|
2Е11 |
|
0.3 |
|
7800 |
|
|
|
100 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
3-алюминий |
|
0.7Е11 |
|
0.3 |
|
2800 |
|
|
|
50 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
4-текстолит |
|
0.06Е11 |
|
0.3 |
|
1400 |
|
|
|
40 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
33
Рис. А.2. Выбор точек на контуре сложного сечения
Таблица А.4. Координаты точек контура сложного сечения
Точка |
Y |
Z |
1 |
-0.012 |
0 |
|
|
|
2 |
-0.0096 |
0.0084 |
|
|
|
3 |
0.0096 |
0.0084 |
|
|
|
4 |
0.012 |
0 |
|
|
|
5 |
-0.0072 |
0 |
|
|
|
6 |
-0.0072 |
0.0048 |
|
|
|
7 |
0.0072 |
0.0048 |
|
|
|
8 |
0.0072 |
0 |
|
|
|
8.Выписать список граничных условий в перемещениях и в нагрузках, то есть указать закрепления стержневой системы и приложенные к ней нагрузки (таблица А.5).
Таблица А.5. Условия закрепления системы и нагрузки, приложенные к ней
Точка |
Закрепление |
нагрузка |
Примечание |
1 |
All DOF = 0 |
|
заделка |
2 |
Uy =Uz = ROTy = ROTz = 0 |
M (x) = 20 нм |
Плавающий |
|
|
|
подшипник |
|
|
|
|
3 |
Связана с точкой 9 |
|
Ось ползуна |
|
|
|
|
4 |
|
Fy = −200 н |
Общая точка 4-х |
|
стержней |
||
|
|
|
|
5 |
All DOF = 0 |
|
заделка |
|
|
|
|
6 |
Ux =Uy =Uz = 0 |
|
Сферический |
|
|
|
шарнир |
|
|
|
|
7 |
|
Fx =180 н |
|
|
Fy = −240 н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
Ux =Uy =Uz = ROTx = ROTy = 0 |
M (z) = 25 нм |
Подшипник |
|
|
|
фиксированный |
34 |
9 |
Связана с точкой 3 |
qy = 300н м |
Втулка ползуна |
|
|
|
|
|
ПРИМЕЧАНИЕ
All DOF = 0 — все перемещения равны нулю (заделка), U — линейное перемещение, ROT — угол поворота (вращение).
Выполнив указанные 7 пунктов, желательно согласовать результаты с преподавателем. Далее приступайте к работе в ANSYS.
В начале работы с ANSYS создайте модель сложного сечения и сохраните ее в виде отдельного файла. Далее создайте модель стержневой системы. В ходе работы введете в нее модель сложного сечения. Для созданной модели выполним два расчета
—статический и динамический.
6.2.Создание геометрической модели сложного поперечного
сечения
Вначале надо создать модель сложного поперечного сечения, сохранить ее в виде файла, чтобы затем ввести в расчет стержневой системы.
Далее откройте ANSYS. В стандартном меню (ANSYS Multiphyzics Utility Menu — самая верхняя строка в рабочем окне) в меню File выбрать
Clear and start new,
Change Jobname, любое, а лучше всего оставить старое file. Change Directory. Директория должна быть уже создана.
ВНИМАНИЕ
ANSYS не понимает кириллицу. Все названия файлов и каталогов обязательно должны быть на английском языке.
Все числовые данные надо вводить в системе СИ (в ньютонах и метрах) без указания размерностей.
Введем координаты точек соединения прямых и дуг окружности, образующих контур сечения.
Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS. В диалоговом окне ввести номер узла и его координаты (в метрах). После ввода каждого узла выбрать кнопку Apply. Введя все точки, нажмите OK.
Создадим прямые линии и дуги, образующие контур сечения.
Preprocessor Modeling Create Lines Lines Straight Line — в
диалоговом окне ввести через запятую номера узлов начала и конца каждого стержня. После ввода каждой линии выбрать кнопку Apply. Введя все линии, нажмите OK.
Preprocessor Modeling Create Lines Arcs By End Kps & Rad. В
появившемся окне ввести номера точек начала и конца дуги, нажмите ОК. Появится второе окно, где надо ввести номер точки, гарантированно находящейся внутри окружности (выберите такую точку из введенных ранее), нажмите ОК. Появится третье окно, введите в нем радиус дуги (задан в исходных данных).
Контур сечения создан. Теперь создадим поверхность внутри контура.
Preprocessor Modeling Create Areas By Lines. Щелчком мыши отметьте все линии контура и нажмите OK.
Далее созданную фигуру записать в отдельный файл как поперечное сечение.
Preprocessor Section Beam Custom Section Write From Areas. Введите имя файла. Укажите мышью на сечение и нажмите ОК. На экране появится ваше сечение, уже разбитое на конечные элементы, В дальнейшем эту разбивку можно редактировать.
6.3. Создание модели стержневой системы
После создания модели сложного поперечного сечения начинаем новый расчет — статический прочностной расчет пространственной стержневой системы.
35В стандартном меню (ANSYS Multiphyzics Utility Menu — самая верхняя строка в рабочем окне) в меню File выбрать
Clear and start new,
Change Jobname,
Change Directory . Указать другую папку (не ту, где записано сложное сечение) или сменить имя Jobname.
В главном меню ANSYS (ANSYS Main Menu — колонка команд в рабочем окне слева ) определить тип расчета (прочностной). Для этого выбрать Preferance
Structural.
Далее создаем модель пространственной стержневой системы.
В главном меню ANSYS выбрать Preprocessor Modeling. Далее
Ввести координаты узлов стержневой системы и третьей точки (для ориентации сечения элемента).
Create Keypoints In Active CS. В диалоговом окне ввести номер узла и его координаты (в метрах). После ввода каждого узла выбрать кнопку Apply. Введя все точки, нажмите OK.
Если в стержневой системе есть ползун или подвесной шарнир, то в этом месте для каждого стержня должен быть создан свой узел. Координаты концов всех сходящихся в этой точке стержней одинаковы, но номера узлов разные.
Создать линии, соединяющие узлы.
Create Lines Lines Straight Line — в диалоговом окне ввести через запятую номера узлов начала и конца каждого стержня. После ввода каждой линии выбрать кнопку Apply. Введя все линии, нажмите OK.
В случае ошибки ввода данных выполните следующие команды:
Modeling Delete либо Keypoint (для удаления точки) — указать неверную точку, либо Line Only — указать неверную линию.
ВНИМАНИЕ
Не забывайте после выполнения каждого пункта сохранить результаты работы, нажав кнопку SAVE_DB в ANSYS Toolbar (слева вверху экрана)
Для просмотра результатов ввода полезно в стандартном меню (верхняя строка
окна) выбрать PlotCtrls Numbering. Отметьте флажком Keypoint Numbers и Lines Numbers. В стандартном меню укажите график для просмотра Plot Keypoints или Lines.
6.4. Создание сетки конечных элементов
Стержни в заданной системе изготовлены из различных материалов и имеют разные поперечные сечения. Сначала введем свойства используемых материалов, а в дальнейшем присвоим их отдельным стержням.
|
|
Выбор материала |
В главном меню ANSYS выберите |
||
Preprocessor |
Material Props |
Material Model. В открывшемся окне выберите |
(двойным щелчком мыши) |
|
|
Structurel |
Linear Elastic |
Isotropic. Откроется новое окно, в котором введите |
величины модуля Юнга (ЕХ) и коэффициента Пуассона (PRXY). Нажав OK, вы вернетесь в предыдущее окно, где надо ввести еще плотность материала Density для последующих динамических расчетов. Для стали надо ввести EX = 2E11, PRXY = 0.3, dens = 7800.
Не закрывайте окно выбора материала. В меню (слева вверху) выберите Material New Model, введите номер следующего материала, OK. Повторите ввод свойств следующего материала. Введите свойства всех материалов, используемых в курсовой работе.
36 |
Выбор типа конечных элементов |
||
|
|
|
|
Выберите тип конечного элемента, который будет использоваться для всех стержней. |
|||
Последовательно выберите |
|
|
|
Preprocessor |
Element Type |
Add/Edit/Delete |
Add. Откроется библиотека |
конечных элементов, в которой выбираем для стержней-балок квадратичный конечный элемент BEAM 2 Node 188. Тем самым выбран элемент BEAM188. Не закрывая окно, Element Types нажмите Options. В новом появившемся окне в пункте Element Behavior выберите Quadratic Form (квадратичный элемент вместо линейного).
Далее выберите поперечные сечения для всех стержней. Введите те же сечения, которые используются при расчете стержневой системы в Mathcad. То есть в программе МКЭ-доп-расчеты на пульте управления откройте матрицу размеров сечений BD и далее вводите тип сечения и его размеры в соответствии с этой матрицей. В главном меню ANSYS выберите
Preprocessor Section Beam Common Sections. Откроется окно выбора типовых сечений. Введите номер сечения ID = 1 (для первого стержня, далее вводите 2, 3, … для других стержней). Щелкните SubType. В выпадающем меню выберите нужный тип сечения. Введите его размеры (в метрах). С помощью движка выберите крупные Coarse или мелкие Fine элементы. Далее нажмите Preview, затем Mechview. Посмотрите на вид введенного сечения и разбивку сечения на конечные элементы. Переместите движок. Число элементов в сечении резко возрастает. Для нашего расчета достаточно самого малого количества элементов, то есть, оставляем движок в положении Coarse. Нажмите Apply. Последовательно введите тип и размер всех сечений. Затем только нажмите OK.
Для ввода сложного сечения выберите
Preprocessor Section Beam Custom Sections Read Sect Mech. Введите порядковый номер сечения Id, укажите путь к сечению. Далее для контроля выберите Preprocessor Section Beam Plot Section. В окне появится вид сечения и таблица его геометрических характеристик.
ВНИМАНИЕ
Запомните (запишите) номера введенных материалов и форм поперечного сечения. Те же, что в табл. А.2 и А.3. В дальнейшем надо вводить в расчет именно их номера.
Присвоение стержням (линиям) типа конечного элемента, материала, поперечного сечения
В главном меню ANSYS выберите
Preprocessor Meshing Mesh Attributes Picked Lines. Мышью укажите первый стержень. Можно отметить сразу 2 или 3 стержня, если у них одинаковы материал, тип сечения и третья ориентационная точка. В диалоговом окне нажмите Apply. В появившемся окне указать номер материала, номер сечения. Поставить флажок Yes для пункта Pick Orientation Keypoint (ввести третью точку). В окне Line Attribute ввести номер третьей точки или указать ее мышью. Для стержней круглого или кольцевого сечения третью точку можно не указывать. Нажать Apply. После ввода атрибутов для всех линий нажать OK, закрыть панель Close.
Выбор числа элементов по длине стержня
Далее надо выбрать число (размер) элементов на каждой линии. Откройте в главном меню ANSYS
Preprocessor |
Meshing |
Size Cntrs. Можно доверить ANSYS выбор размеров |
|
элементов, выбрав далее Smart Size |
Basic. В открывшемся окне оставьте Off. |
||
Элементов в каждом стержне будет мало, и они будут крупными. В данном расчете это нас почти устраивает, за исключением стержня с распределенной нагрузкой. Если выбрать цифру от 5 до 1, То размер элементов будет уменьшаться. А главное, от начала к концу стержня размеры элементов будут возрастать. А вот это уже не нужно делать.
Зададим количество элементов в каждом стержне вручную. После пункта Size Ctrls выберите Manual Size Picked Lines. Выделите мышью стержень, который будет нагружен распределенной нагрузкой. Нажмите Apply. Введите число элементов No. Of Element Division = 5. Выделите мышью остальные стержни и введите для
37 |
всех сразу число элементов = 3 (по длине стержня). |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Построение сетки конечных элементов |
|
|
|||||
|
Выберите Preprocessor |
Meshing |
Mesh |
Lines Picked Line |
Pick all |
||||
|
OK. Сетка создана, но на экране ее не видно. В стандартном меню (вверху экрана) |
||||||||
|
выбрать |
Plots Ctrls |
Stile |
Size |
and Shape. В появившемся окне отметьте |
||||
|
флажком |
Display of Element |
ON. |
Укажите |
|
масштабный коэффициент |
Real |
||
|
constant |
multiplier |
1. В стандартном меню |
(вверху экрана) выбрать |
Plots |
||||
|
Elements. На экране появится вполне правдоподобная стержневая система. |
||||||||
|
Подготовка к расчету закончена. |
|
|
|
|
|
|
||
Если в стержневой системе есть ползун или подвесной шарнир, то в этом месте для каждого стержня должен быть создан свой узел. Координаты концов всех сходящихся в этой точке стержней одинаковы. Различными должны быть перемещения. Для создания в ANSYS правильной матрицы индексов необходимо задать связь между перемещениями сходящихся в шарнире или ползуне стержней, точнее узлов.
Сетка элементов уже создана, узлы определены. Откройте в стандартном меню
ANSYS List Nodes Coordinates only OK. В открывшемся списке узлов найдите два узла с координатами вашего шарнира или ползуна, запомните их номера.
Далее выберите Preprocessor Coupling/Ceqn Couple DOFs. В появившемся окне введите через запятую номера узлов, сходящихся в шарнире (ползуне). Нажмите Apply. Появится второе окно, где надо указать направление одинаковых перемещений. Нажмите Apply. В ползуне 4 одинаковых перемещения (в шарнире 3) и указанное действие надо выполнить 4 или 3 раза, каждый раз вводя порядковый номер ограничения.
6.5. Решение задачи
Ввод нагрузок, закреплений системы и решение задачи осуществляется из главного меню ANSYS из раздела Solution. Вначале надо ввести вид решаемой задачи. В главном меню ANSYS выбрать
Solution |
Analysis Type |
New Analysis |
Static |
OK. Выбран статический |
прочностной расчет. |
|
|
|
|
|
Ввод закреплений и нагрузок |
|
||
Введем закрепления стержневой системы. |
|
|
||
Solution |
Define Loads |
Apply Structural |
Displacement On Keypoints. |
|
Появляется окно, где надо указать мышью или ввести номера точек, где наложены ограничения на перемещения. Вводим номер точки и нажимаем Apply. Так как надо ввести ограничения в нескольких точках. Если есть несколько точек с одинаковыми закреплениями, то номера таких точек вводим через запятую. В случае жесткой заделки в появившемся окне выбрать All DOF Apply.
В случае других закреплений, в частности, шарниров надо ввести ограничения по каждому отдельному направлению перемещения, последовательно выделив их мышью. По умолчанию перемещение по указанному направлению равно нулю. Если нет, то надо ввести величину перемещения.
Для ввода нагрузок выбрать почти тот же путь
Solution Define Loads Apply Structural Force/Moment On Keypoints.
В появившемся окне ввести номер точки, где надо задать силу или момент сил. Нажать Apply. Появится новое окно, где надо указать направление силы или момента сил и ввести величину этой нагрузки (в системе СИ). Вновь нажать Apply. Повторить процедуру для всех заданных нагрузок, кроме распределенной нагрузки.
Для ввода распределенной нагрузки выбрать
Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Beams. Мышью указать все элементы стержня, к которым надо приложить распределенную нагрузку. В ANSYS распределенная нагрузка прикладывается не к стержню, а к элементу, чтобы далее заменить ее эквивалентной узловой нагрузкой. Отметив все нужные элементы, нажмите OK. Ввести Load Key — направление
38нагрузки (1 — вдоль оси Z, в плоскости третьей точки, 2 — вдоль оси Y, другое поперечное направление, 3 — Х, вдоль оси стержня). Ввести величину распределенной нагрузки в одном из узлов, если q = Const , или в начале и в конце стержня, если нагрузка переменная.
Подготовка к расчету закончена. Заключительное действие — решение задачи. Выбрать
Solution |
Solve |
Current LS. Появляется окно Solution is done. Задача |
решена. |
|
|
6.6. Просмотр результатов расчета
Результаты расчета можно посмотреть, используя главное меню ANSYS раздел General Postprocessor. Для стержневой системы можно посмотреть только вид системы после деформации (рис.А.3).
Рис. А.3. Вид системы до и после деформации |
|
|
Для этого выберите General Postprocessor |
Plot Results |
Deformed Shape. В |
появившемся окне отметьте флажком Def+undeformed. В рабочем окне ANSYS появляется вид стержневой системы до и после деформации.
Рис. А.4. Напряжения в сечениях стержней на границах элементов
39Можно посмотреть напряжения, возникающие в поперечных сечениях стержней в начале и в конце каждого элемента (рис. А.4). Для этого выберите
General Postprocessor List Results Section Solution Stress. Открывается окно, где показаны напряжения в узлах элементов. В расчете использовано два типа элементов. Балочный элемент (разбивка каждой линии по длине) и каждое сечение разбито на конечные элементы. Для каждого балочного (двухузлового) элемента выводятся напряжения в двух сечениях (в начале и в конце элемента Element Node = 1 или 2). В каждом сечении выведены напряжения в узлах разбивки сечения Sec
Node). В таблице обозначены SXX — нормальное напряжение σx , SXZ и SXY —
касательные напряжения τxz и τxy вдоль осей Z и Y. Для каждого узла каждого балочного элемента выводятся максимальные и минимальные напряжения.
Сохраните эту таблицу. Слева вверху (рис.А.4) в единственном пункте меню Файл выберите сохранить как, укажите место сохранения файла и его расширение (txt или doc). Для каждой линии (стержня) выпишите материал, максимальное по абсолютной величине напряжение и допускаемое напряжение для данного материала (таблица А.7). Из этой таблицы видно, что в первом стержне (сложного поперечного сечения) и в прямоугольных стержнях 4,5 напряжения превышают допускаемую величину и, следовательно, необходимо увеличить размеры сечения или использовать другой материал для изготовления стержней.
Таблица А.7. Максимальные напряжения в стержнях (линиях)
Стержень |
Материал |
σmax |
[σ] |
(line) |
|||
1 |
Латунь |
58 |
50 |
|
|
|
|
2 |
Сталь |
52 |
100 |
|
|
|
|
3 |
Сталь |
45 |
100 |
|
|
|
|
4 |
Алюминий |
60 |
50 |
|
|
|
|
5 |
Алюминий |
75 |
50 |
6 |
Текстолит |
1 |
40 |
|
|
|
|
7 |
Алюминий |
49 |
50 |
|
|
|
|
7. Динамический расчет стержневой системы
При проведении динамического расчета модель стержневой системы и сетка конечных элементов на ней остаются прежними. Если динамический расчет проводится после повторного открытия ANSYS, необходимо повторить вход в программу
9.В стандартном меню File выбрать
10.Clear and start new,
11.Change Jobname,
12.Change Directory. Желательно взять новый каталог, чтобы сохранить в нем динамический расчет или еще раз изменить имя Jobname.
Для открытия файла уже со статическим расчетом в стандартном меню File выбрать File Resume from указать путь к db-файлу из каталога со статическим расчетом.
7.1.Ввод сосредоточенной массы
Водном из узлов системы, точнее в точке (keypoint) введем точечный элемент, обладающий массой. Выберите тип элемента.
Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete. В появившемся окне нажмите
Add, в библиотеке элементов выберите Structural Mass — 3D Mass21. Теперь надо указать массу этого элемента. Выберите
Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete Mass21 OK. В
появившемся окне по направлениям X, Y, Z укажите одну и ту же массу, например, 10 кг. Нажмите ОК. Моменты инерции массы задавать не надо.
Создадим конечный элемент на основе сосредоточенной массы. Вначале введем атрибуты элемента
40 |
Preprocessor |
Meshing |
Mesh Attributes |
Picked KPs. Ввести номер точки, где |
приложена сосредоточенная масса и нажать ОК. В появившемся окне указать тип |
||||
|
конечного элемента Mass21. |
|
|
|
|
Введем новый элемент в сетку конечных элементов |
|||
|
Preprocessor |
Meshing |
Mesh |
Keypoints. Ввести номер точки, где |
|
прикладывается сосредоточенная масса. Сетка конечных элементов подправлена с |
|||
|
учетом сосредоточенной массы. |
|
||
|
|
7.2. Расчет собственных частот |
||
|
Выбираем вначале вид расчета. |
|
||
|
Solution Analysis Type |
New Analysis |
Modal. Затем выбираем метод решения |
|
|
Solution |
Analysis Type |
Analysis Options. В появившемся окне (рис. А.5) |
|
|
отметить метод решения Block Lanczos. |
|
||
• в поле No. of modes to extract (количество вычисляемых собственных частот) ввести количество определяемых собственных частот и форм (по желанию пользователя, в данном случае - 8);
•в поле Expand mode shapes (вычислять формы колебаний) установить переключатель в положение Yes, что позволит получить не только значение частоты
иперемещения узлов конструкции, но и возникающее в ней напряженнодеформированное состояние;
•в поле No. of modes to expand (количество собственных частот, для которых следует вычислять напряженно-деформированное состояние) следует указать 8, как и
вполе No. of modes to extract;
•в поле Calculate elem results? (вычислять результаты в конечных элементах?) установить переключатель в положение Yes.
Рис. А.5. Выбор метода динамического расчета
После этого нужно нажать кнопку OK и появляется новая панель Block Lanczos Metod. В этой панели следует ввести следующие данные:
•в поле Start Freq (initial shift) (наименьшая частота) указать начальное значение диапазона частот, в котором будет производиться поиск собственных частот (можно указать 0);
•в поле End Frequency (наибольшая частота) указать конечное значение диапазона частот; например, 1000.