Лабораторная работа № 5
Моделирование объектов МКЭ.
Цель работы: построить модель пластины в Ansys и изучить ее напряженно-деформированное состояние
Порядок выполнения работы:
Прочитать инструкцию по работе в Ansys.
Создать модель пластины, по полученному заданию, в Ansys.
Получить и проанализировать результаты для напряженно-деформированного состояния.
Сравнить, полученные результаты, с результатами из Sigma и Nastran.
Подготовить отчет о проделанной работе.
Решение прочностных задач — одна из наиболее распространенных областей применения метода Конечных элементов. Конечно, методика решения прочностных задач с помощью МКЭ во многом совпадает с методикой решения задач из других областей — имеются аналогичные команды в пакетном режиме (Batch) и в интерактивном режиме (Interactive) с помощью графического интерфейса пользователя (GUI). Однако, учитывая ограниченный объем данной работы, мы рассмотрим только основные типы команд и конечных элементов, используемых при проведении прочностных расчетов.
Перед работой.
Запустить setup.exe на установочном диске. Далее следовать указаниям программы установщика.
Если установка прошла успешно, в меню Пуск -> Программы, выбрать ANSYS54ED-> INTERACTIVE.
Примечание: не следует устанавливать, а тем более запускать две различных версии комплекса AnSys, это может привести к потере данных на Вашем жестком диске.
В появившемся окне следует выбрать рабочую директорию(working directory), количество зарезервированной памяти(Memory requested), и имя файла проекта по умолчанию(Initial jobname).
Нажать кнопку Run
Моделирование в системе AnSys.
Задание геометрических форм объекта, свойств материала, граничных условий и типов конечного элемента. Подменю Preprocessor.
Меню препроцессора
Задаем геометрию объекта.
Задаем ключевые точки (Keypoints) через которые будут проходить линии нашего объекта.
Примечание: возьмите себе за правило нумеровать точки против часовой стрелки, в данном случае нумерация не критична, но все равно стоит о ней помнить
Выбираем пункт Modeling->Create->Keypoints->In active CS, в появившемся окошке указываем номера точек и их координаты(следует задавать только координаты X, Y, так как у нас плоская задача).
В соответствии с нашей задачей необходимо задать следующие точки:
Номер X Y
1 .000 .000
2 20.0 .000
3 48.3 .000
4 48.3 20.0
5 20.0 48.3
6 .000 68.3
7 .000 48.3
8 .000 20.0
В окне Ansys
Graphics
должно быть следующее
Примечание: В меню Plot и PlotCtrls Вы можете управлять отображением и нумерацией элементов(линий, площадей, объемов, узлов, конечных элементов и др.)
Примечание: при работе с графическим интерфейсом AnSys цвет фона окна черный, подобные изображения можно получить при отображении в файл, для этого Plot Ctrls-> Hard Copy-> To File.
Соединим прямыми линиями точки 2-3, 3-4, 5-6, 7-8, 8-9. Для этого Create->Lines->Straight Line, попарно выбираете точки через которые следует провести прямую.
Создадим нужные дуги. Для этого Create->Arcs->By End KP’s and Radius. Выбираете две точки, через которые пройдет дуга(затем ОК в появившемся окне) и точку центра окружности(снова ОК). Задаете радиус окружности.
В нашем случае требуется сделать три дуги с точкми на дуге 9-2, 4-5, 6-7 и центрами 1, 3, 8 соответсвенно. Радиус окружности равен 20.
Окно Ansys Graphics после пунктов 1.1.2 и 1.1.3.
Примечание: Для удаления объектов (любого типа) используйте пункт Modeling->Delete. Далее выбираем тип объекта, приставка and below означает что вместе с объектом будут удалены и все образующее его объекты, для удаления объекта помечаем его и нажимаем кнопку ОК.
Определим площадь через заданные линии. Для этого Create->Areas->Arbitrary-> By Lines. Выделяете все линии нажимаете ОК в появившемся окошке.
Должно получится следующее:
Теперь у нас определена геометрия наше пластины.
Определение типа конечного элемента и свойств материала
определим тип конечного элемента. Для этого Element Type->Add/Edit/Delite, в появившемся окне Add. В окне выбора типа элементов
выбираем Solid, далее в правом окошке Triangle 6node 2(шестиузловой треугольник).
Определим свойства элемента. В окне Element types,
кнопка Options. В пункте Element behavior выбираем Plane stress w thk( т.е рассматриваем плосконапряженную пластину с толщиной).
В меню препроцессора выбираем Real Constants->Add, выбираем наш конечный элемент(он там один) ОК. В окне задаем толщину нашей пластины.
Определение свойств материала.
Меню препроцессора Material Props->Material models, в появившемся окне выбираем последовательно Structural->Linear->Elastic->Isotropic, затем двойной клик.
задаем модуль упругости(EX) и коэффициент Пуассона(NUXY).
Примечание: Также можно выбирать другие типы конечных элементов, такие как четырех- и восьми узловой прямоугольник
Разбиение на конечные элементы.
Меню препроцессора Meshing->Mesh->Areas->Free выделяете нашу область и нажимаете ОК. После этого картинка должна выглядеть примерно так:
На этом описание геометрических форм объекта можно закончить.
Нанесение граничных условий(меню препроцессора Loads)
В соответствии с нашей задачей, у нас есть закрепления по осям X и Y(displacement), сила приложенная к точке(Force/Moment), а также распределенная нагрузка(pressure), приложенная к линии.
Начнем с закреплений.
1.4.1 Нанесение закреплений. Нам необходимо закрепить узлы, лежащие на линиях 4 и 5, по X, и узлы на линиях 1 и 2 по Y. Для этого Loads->Apply->Structural ->Displacement->On nodes, помечаем все узлы на линиях 4,5(1,2) и нажимаем ОК. В появившемся окне
помечаем UX или UY, соответственно, затем ОК. После нанесения закреплений картинка должна выглядеть следующим образом:
1.4.2 Нанесение силы приложенной в точке. Для этого Loads->Apply->Force/Moment-> On Nodes, выбираем узел к которому приложена сила, ОК, В появившемся окне
выбираем ось, по которой будет приложена сила и указываем ее значение.
1.4.3 Нанесение распределенной нагрузки. Так как, в нашем случае распределенная нагрузка, приложенная к линии 3(см. выше) изменяется от 0 до q, воспользуемся командой системы AnSys. Вид команды:
SFL, Line, Lab, VALI, VALJ, VAL2I, VAL2J
Line – номер линии
Lab – указать pres(давление)
Значение давления в первой и второй ключевых точках, образующих линию, определяются параметрами VALI и VALJ для Lab=pres значения VAL2I и VAL2J не указываются.
Примечание: В нашем случае, давление надо указывать с отрицательным знаком.
На этом процесс моделирования можно заканчивать, в результате всего можно увидеть следующее:
