12PosobKR2015 (В.А. Столярчук. Решение задач в Sigma (учебное пособие)), страница 6

2. Решение прикладной задачи в CAE Sigma.

Стандартная задание курсовой работы заключается в расчете напряженно-деформированного состояния пластины, находящейся в условиях плоского деформированного состояния.

Студент получает у преподавателя вариант задания, представляющий собой чертеж пластины с указанием линий закрепления и функциями распределенной нагрузки.

Пример задания приведён на рис. 20.

В дальнейшем будет рассматриваться именно этот пример.

Пластина представляет собой симметричную фигуру с продолговатым вырезом, заканчивающимся сверху и снизу закруглениями. По вырезу пластина приварена: т.е. закреплена от перемещений вдоль осей Х и Y, что изобраизображено широкими черными линиями. Распределенная нагрузка тоже симметрична. Для верхней и нижней горизонтальных сторон пластины (приложенные силы симметричны в соответствии с постановкой задачи и применением местной системы координат):

, где - локальная координата, меняющаяся вдоль горизонтальной стороны от 0 в конце этой горизонтальной стороны до 40 в середине этой стороны, k – варьируемый параметр, первоначально равный 1.

Для наклонных частей пластины (приложенные силы симметричны в соответствии с постановкой задачи и применением местной системы координат):

, где – локальная координата, меняющаяся вдоль каждой наклонной стороны от 0 в верхних и нижних точках этих сторон до конца каждой наклонной стороны, q0 – варьируемый параметр, первоначально равный 150. Размерность и равна .

Студенту предстоит проанализировать задачу, выделить зоны, в которых необходимо сгущение конечно-элементной сетки. Создать новый проект. Подготовить и ввести данные (заполнить таблицы параметров, модифицировать исходные тексты расчетного блока) для решения задачи на базе программного комплекса Sigma. Корректность ввода исходных данных, определяющих форму пластины, разбиение ее на зоны проверяется с помощью предварительного просмотра.

После этого необходимо откомпилировать проект, рассчитать напряжения и проанализировать полученные результаты.

2.1 Предварительный анализ задания

Анализ задания рекомендуется проводить предварительно на листе бумаги и, лишь когда картина полностью сложится, начинать работу с программным комплексом. Ниже представлена общая схема анализа.

Сначала следует попытаться использовать свойства симметрии для уменьшения размерности задачи. Если пластина обладает симметрией формы и приложенной к ней нагрузки, то следует рассматривать ее половину или четверть, как показано на рис. 21.

Но использовать свойства симметрии удается далеко не всегда.

Для примера задания рис. 20. очевидно, что задача обладает полной симметрией относительнго осей Х и Y как по форме пластины, так и по действующим на неё нагрузкам. Т.е. она соответствует верхнему случаю рис. 21. Поэтому достаточно рассмотреть только четверть пластины (рис. 22, рис. 2).

При этом необходимо наложить граничные условия на выделенную часть пластины. Для этого надо представить, как будет деформироваться пластина целиком. Очевидно, что в силу симметричности геометрии пластины и симметричности действующих на неё сил деформироваться она будет совершенно симметрично, оставаясь всё также симметричной.

Очевидно также, что при этом оси симметрии останутся прямолинейными. Для реализации такой картины надо наложить граничные условия по левой вертикальной и нижней горизонтальной сторонам выделенной четверти пластины. Левую сторону надо закрепить так, чтобы её точки не могли перемещаться вдоль оси Х, имея возможность, тем не менее, перемещаться вдоль оси Y. Для горизонтальной стороны наоборот, разрешить перемещение вдоль оси Х и запретить перемещение вдоль оси Y. Изображение заделки вдоль этих сторон представлено на рис. 22.

По контуру выреза согласно условию задачи пластина закреплена от перемещений по обеим осям.

После выполнения этих предварительных работ можно приступать к собственно реализации задачи в САЕ-Sigma.

2.2. Установка программы и создание проекта

Для установки программы надо запустить файл setup_Sigma.exe и нажимать «Next» на все появляющиеся вопросы.

После установки программы Sigma образуется папка «Sigma» в директории «MAI», содержащая 12 папок, файл запуска и вспомогательные файлы. Названия папок «bin» «Help» и «Source» говорят сами за себя. В папках «Example» содержится вся информация по трём решенным примерам, которые поставляются вместе с системой и с которыми пользователь может познакомиться при начальном освоении программы. В папках «Comparison 1.6» содержится утилита с инструкцией. Утилита предназначениа для автоматизированного сравнения результатов решения задачи в САЕ Sigma и САЕ Femap-Nastran.

Запуск САЕ-Sigma осуществляется «от администратора».

После запуска программы основное окно Sigma займет верхнюю строку дисплея, оставляя рабочий стол свободным. Основное окно можно переместить в любую точку экрана и сжать по горизонтали.

В Sigma существует понятие «проект». Проект – это информация по решаемой задаче. Обычно проект содержится в одной папке и включает после начального формирования:

• командный файл с расширением spr, указывающий полный перечень фортрановских модулей (подпрограмм) системы, используемых при решении задачи с указанием места их хранения, название и местоположения файла с расширением sfm с геометрической моделью рассчитываемого объекта. Командный файл носит имя проекта;

• редактируемые модули и файл с геометрической моделью.

После проведения расчета папка проекта дополняется отдельной папкой Obj с результатами компиляции, специальными файлами для оcуществления экспорта данных в Nastran и некоторым количеством служебных файлов.

Для создания проекта надо нажать на соответствующую пиктограмму в левой части основного окна программы, задать имя проекта (например, Alfa17) в появившемся служебном окне и сохранить в отдельной папке по выбору пользователя. Открыть созданный файл можно в блокноте (рис. 23а). Как видим, файл содержит указания на все подпрограммы комплекса, которые будут задействованы в расчете. Звездочки перед именами файлов означают, что все они используются в том виде, в каком они содержатся в папке Source и никаких изменений в них не внесено. Обратите также внимание, что после последней строки, которая говорит о том, что дальше должен быть записано имя файла с геометрической моделью, ничего нет.

Это естественно, так как файл с геометрической моделью ещё не создан.

При назначении имен файлов и папок пользователя в Sigma есть некоторые условности.

Имена папок и файлов пользователя (например, имя проекта) должны быть написаны латиницей без использования знака подчеркивания и содержать не более 8-ми символов.

Путь к файлам проекта должен содержать только латинские символы и тоже не содержать знаков подчеркивания.

Существует ещё одно условие, выполнение которого спрособствует успешному выполнению задания: Дополнительные файлы и подпрограммы, кооторыми пользователь сочтет необходимым дополнить комплекс, должны размещаться в папке проекта. При

выполнении этого правила проект может быть рассчитан на любом компьютере под управлением Windows.

2.3. Настройка комплекса.

После создания проекта будут доступны функции настройки комплекса. Для этого надо нажать в выпадающем меню «Настройки» подменю «Конфигурирование комплекса» и перейти к функционалу, состоящему из четырёх окон, из которых нас будут интересовать в начале освоения программы только два: «Общие» и «Результаты расчета». В окне «Общие» рекомендуется отметить опции «Удалять файл компиляции mak», «Удалять файлы obj после компиляции» и «Удалять вспомогательные файлы расчета». Это будет способствовать уменьшению числа ошибок при начальном освоении программы, а также экономии места на компьютере.

В окне «Результаты расчеты» приводится перечень информации, выводимой в текстовый файл результатов расчета (рис. 24). Здесь рекомендуется отметить "По умолчанию". Это поможет лучшему ориентированию в выводимых результатах и последующей их оценке, а также уменьшит запросы памяти компьютера.

2.4. Конфигурирование проекта.

При нажатии в меню «Настройки» подменю «Конфигурирование проекта» появится окно (рис. 25), о котором следует рассказать подробнее.

Прежде всего, обратим внимание на то, что эта панель целиком и полностью соответствует файлу Alfa17.spr (рис. 23а). Это неудивительно, ибо файл Alfa17.spr формируется именно в окне «Конфигурирование проекта».

Итак, слева находится перечень подпрограмм с управляющей программой Main из папки Source , образующих комплекс. Любую из этих подпрограмм (и программу Main) можно опцией >> перевести в разряд редактируемых. При этом, из списка Source указанная подпрограмма исчезнет и скопируется в папку проекта. После этого комплекс будет использовать именно эту отредактируемую или нет подпрограмму.

Редактируемую подпрограмму пользователь может изменять по своему разумению, только следует помнить, что редактируемую подпрограмму вызывает какая-то другая программа или подпрограмма и, следовательно, формальные и фактические параметры обеих подпрограмм должны совпадать. Если отредактированную подпрограмму перевести опцией << обратно в Source, то в списке редактируемых указанная подпрограмма исчезнет и появится снова в списке Source в стандартном для комплекса состоянии (неотредактированная). При этом физически из папки проекта она не удаляется. Следует иметь ввиду, что если попытаться ту же подпрограмму опцией >> снова перевести в разряд редактируемых, то стандартная программа из Source заменит ранее отредактированную подпрограмму. Поэтому, если возникает необходимость сохранить первичные разработки, отредактированну подпрограмму лучше сохранить где-то в другом месте, а после вторичного объявления этой подпрограммы редактируемой, переписать сохраненную в другом месте подпрограмму в папку проекта поверх стандартной.

К проекту (а, следовательно, и к комплексу) можно опциями Add и Del добавлять и отключать подпрограммы, которые отсутствуют в Source, что позволяет расширять его возможности. На сайте в разделе «Дополнительные подпрограммы к САЕ Sigma» приведены файлы с заготовками кодов дополнительных подпрограмм, которые наиболее часто используются при выполнении курсовых и контрольных работ в Sigma. Но пользователь может сам разработать нужную ему подпрограмму, поместив её в папку проекта. Понятно, что в любом случае необходимо обеспечить вызов дополнительных подпрограмм из каких-либо программ проекта. Следует только помнить, что имя дополнительной подпрограммы не должно совпадать с именем ни одной из подпрограммы Source. Иначе проект не будет сохраняться, помимо возникновения других, более серьёзных ошибок.

Вернемся к нашему проекту Alfa17. Так как для его работы необходимо создать оригинальные подпрограммы Bound и Force, в которых пользователь должен реализовать граничные условия и внешние воздействия на рассчитываемый объект, то уже на начальном этапе рекомендуется Bound и Force из Source перевести опцией >> в разряд редактируемых. Эти подпрограммы можно будет воспринимать как заготовку для разработки собственных подпрограмм Bound и Force. После этих действий окно «Конфигурирование проекта» примет следующий вид (рис. 26):

Информация о внесенных изменениях в конфигурации проекта сразу отразится в файле Alfa17.spr (рис. 23б). Мы видим, что перед подпрограммами Bound и Force исчезли звёздочки, что являеится командой для комплекса использовать при решении задачи эти программы, находящиеся в папке проекта.

Завершим конфигурирование комплекса созданием пока ещё пустого файла для размещения в нём геометрической модели. Для этого следует нажать Browse, задать имя файла с будущей геометрической моделью ( например, Geom17) и нажать кнопку OK . Информация о внесенных изменениях опять отразится в файле Alfa17.spr (рис. 23в). Последняя строка говорит, что геометрическая модель будет создана в файле Geom17.sfm и этот файл находится в папке с проектом (в противном случае присутствовало бы указание директории с файлом геометрии).