2.2 Лаб работа 2 (2 Материалы и сортаменты. Создание простых объектов), страница 2

Обзор окна Define Isotropic Material закончен. Теперь давайте создадим второй материал – сталь с модулем упругости 21000 кГ/мм² и коэффициентом Пуассона 0.28. Этот материал мы сегодня будем использовать для того, чтобы усилить нашу пластину окантовкой по ее границам.

Кстати, давайте сохраним нашу уже измененную модель в другом файле. Для этого выполним команду File – Save As и, с помощью открывшегося стандартного окна сохранения файла, сохраним модель под именем LabRab3.MOD. Теперь у нас хранится файл LabRab1.MOD с работой, выполненной на предыдущем занятии. Этот файл для вас является отчетным материалом для преподавателя, и поэтому крайне нежелательно, чтобы с ним, что-нибудь случилось. В новом же файле можно тренироваться, экспериментировать, не опасаясь никаких неприятностей вроде зависания программы или внезапного отключения электричества.

А
что делать, если вы вдруг вспомнили, что при описании какого-то материала была допущена ошибка? Например, название дюралиминиевого сплава должно быть не D16T, а D16AT. Ничего страшного. Для изменения уже введенных данных в FEMAP есть пункт меню Modify (корректировать). Выполним команду Modify – Edit – Material (корректировать – редактировать - материал). На экране появится хорошо известное по предыдущему занятию диалоговое окно выбора объекта. Сейчас оно предназначено для выбора материала. Нужный материал можно указать, набрав единичку в окошке ID, либо просто щелкнув мышью по элементу из этого материала.

Т
еперь OK, и появляется окно описания материала, в которое мы можем внести все необходимые изменения.

1.3. Сортамент (свойства)

Кроме описания свойств материалов, необходимо указать форму и характерные размеры заготовок, из которых изготавливается конструкция. Для листового материала это толщина листа, для стержней – форма и размеры поперечного сечения. Слово «сортамент» может быть не идеальный перевод термина Property, который чаще всего переводится словами «свойство, качество, отличительная черта». Мы будем использовать и слово «сортамент» и слово «свойства». Для того, чтобы вызвать окно описания Property, выполните команду Model – Property. По умолчанию FEMAP предлагает описать Property типа Plate (пластина).

О
днако, нажав кнопку Elem/Property Type … , мы получаем возможность выбрать любой другой тип сортамента, из поддерживаемых FEMAP’ом.

Вам предлагается выбор из 26-ти типов, которые разбиты на четыре группы:

Замечание. Заучивать названия всех типов Property не надо. Сейчас будут рассмотрены только Rod и Plate. В последующих лабораторных работах будут рассмотрены элементы Bar, Gap, Laminate, Volume и Contact. Другие типы, если они понадобятся, придется осваивать самостоятельно.

Line Elements – линейные элементы, к которым относятся стержни, балки, пружины и т.п.:

Rod – стержень, работающий только на растяжение-сжатие,

Tube – то же, что и Tube, но только в виде круглой трубки,

Curved Tube – трубка с криволинейной осью,

Bar – стержень, в отличие от Rod, работающий и на изгиб, и на кручение,

Beam – также стержень, работающий на растяжение-сжатие, изгиб и кручение. Но в отличие от Rod имеется ряд дополнительных возможностей. Например, учет депланации поперечного сечения, задание переменных по длине элемента характеристик и т.п.

Link – буквально означает связь, и, естественно, используется для моделирования связей,

C urved Beam – балка с изогнутой осью,

Spring – пружина,

DOF Spring – специальная пружина для связи двух степеней свободы

Gap – элемент для моделирования зазоров и люфтов,

Plot Only – элемент не обладает никакими физическими свойствами и используется только при вычерчивании модели. В FEMAP в принципе не нужен.

Plane Elements – плоские элементы (пластины, мембраны);

Shear Panel – панель работающая только на сдвиг. До сих пор по традиции используется при моделировании тонких панелей, подкрепленных ребрами жесткости.

Membrane – панель, воспринимающая нагрузки в своей плоскости, но совершенно не работающая на изгиб,

Bending Only – панель воспринимающая изгибные нагрузки, но не работающая в своей плоскости,

Plate – пластина, работающая и в своей плоскости и на изгиб (самый используемый из плоских элементов),

Laminate – пластина из слоев различных материалов

Plane Strain – элемент для расчета плоскодеформированного состояния,

Plot Only – используется только при вычерчивании модели.

Volume Elements – объемные элементы;

Axisymmetric – элемент для трехмерных осесимметричных задач.

Solid – трехмерный элемент для тел произвольной конфигурации

Other Elements – другие элементы. В эту группу отнесены все типы элементов, которые не удалось включить ни в одну из предыдущих.

Mass – сосредоточенная точечная масса.

Mass Matrix – матрица инерции, позволяющая моделировать инерционные характеристики твердого тела

Rigid – абсолютно жесткий элемент,

Stiffness Matrix ‑ матрица жесткости; используется, когда жесткостные характеристики каких-либо узлов известны из эксперимента или других расчетов

Slide Line – элемент для моделирования границ, по которым возможно скольжение с трением и без него.

Contact – элемент для моделирования контактных задач.

Другие элементы окна Element/Property Type.

В верхней части окна находится квадратик Parabolic Elements. Когда нами выбран какой-либо плоский или объемный элемент в этом окне можно поставить галочку. В этом случае при создании конечных элементов будет использоваться более точная аппроксимация перемещений.

Кнопка Element Material Orientation (Ориентация материала в элементе) позволяет ввести для материала элемента свою систему координат, отличную как от глобальной системы координат, так и от локальной системы координат элемента (подробнее о локальной системе координат элемента в дальнейшем на лабораторном занятии, посвященном построению конечноэлементной сетки, а о глобальной системе координат на следующих занятиях). Этот вопрос особенно важен при расчете конструкций из композиционных материалов.

Кнопка Formulation использоваться не будем, так как она используется при подготовке данных для некоторых конечноэлементных программ таких, как DYNA или MARC. К NASTRAN-у это не относится.

Теперь, оставив точку в кружке Plate, нажмем OK и рассмотрим внимательнее окно описания сортамента Plate, которое мы уже использовали на первом занятии, не вникая в детали.

Окна ID, Color, Layer имеют то же назначение, что и в окне описания материала. Окно Title также имеет тот же смысл. Однако напомним еще раз о том, как важно всем объектам модели давать осмысленные информативные названия. Например, если вы моделируете крыло и для обшивки, стенки нервюры, стенки лонжерона используются различные листы, имеет смысл дать им хотя бы такие названия: Obshivka, Nervura, Longeron. Кириллицу в FEMAP лучше не использовать – иногда они дают неприятные побочные эффекты.

Справа находится окно выбора материала. Раскрыв список имеющихся материалов щелчком по стрелке справа у окна, можно выбрать нужный материал.

Самая главная группа данных – Property Values. Чаще всего пластина имеет постоянную толщину. В этом случае достаточно занести толщину в окошко Thickness, Tavg or T1, а остальные окна группы не заполнять. Хотя нам пока не этим придется пользоваться, но FEMAP позволяет задавать и пластину переменной толщины. В этом случае в каждом из окошек T1, T2, T3, T4 надо указать толщины в углах четырехугольной пластины. Наконец, последнее окошко группы Nonstructural mass/area (неконструкционная масса/площадь) должно содержать массу, отнесенную к площади, для теплозащиты, лакокрасочного покрытия и тому подобных вещей, которые не несут силовых функций. Чаще всего и это окно не требуется заполнять.

Следующая группа Stress Recovery (Default T/2). Обычно NASTRAN в результате расчетов выдает напряжения на верхней и нижней поверхности пластины. Однако, вы можете указать другие точки на расстоянии Top Fiber вверх от нейтральной плоскости и Bottom Fiber вниз.

Группа Additional NASTRAN Options используется, если обычные формулы теории пластин вам почему-то не подходят. Использование этих опций на лабораторных занятиях рассматриваться не будет.

Кнопки Load, Save, Copy имеют то же назначение, что и в окне описания материала.

Т
еперь повторив и углубив наши знания в отношении Plate, займемся окантовкой нашей пластины. Нажмем в окне Define Property кнопку Elem/Property Type и выберем в окне Element/Property Type тип сортамента Rod (стержень). Теперь окно Define Property примет такой вид.

Использование текстовых окон в верхней группе и кнопок внизу знакомо по окну определения типа Plate. Текстовые окна в группе Property Values (Значения свойств):

Area, A – площадь поперечного сечения,

Torsional Constant, J – момент сопротивления кручению

Coeff for Torsional Stress – этот коэффициент используется при расчете касательных напряжений, возникающих при кручении, по формуле

Nonstructural mass/length – несиловая погонная масса,

Initial Tension (Cable Only) – начальное натяжение (используется при расчете тросов и кабелей).

Элементы типа Rod чаще всего используются при расчете ферменных конструкций, в которых стержни работают только на растяжение сжатие. Хотя, как видите, можно задавать и жесткость стержня на кручение.

Давайте заполним окно, так как это сделано на рисунке. Хотя, если хотите, можете проявить собственную инициативу, и дать сортаменту свое название, а сечения стержней сделать больше или меньше, на свой вкус. Единственная просьба – пусть материалом окантовки будет сталь.

1.4. Завершающие штрихи

Главная задача – научиться описывать материалы и сортамент, ‑ уже выполнена. Однако, доведем все-таки модель пластины с окантовкой до логического завершения – получения результатов. Для этого выполните следующие шаги:

1. Создайте стержневые элементы на границах пластины (как на внешних границах, так и по круглому отверстию). Для этого используйте команду Mesh – Geometry – Curve. В окне Entity Selection укажите линии, на которых создаются стержневые элементы, а окне Geometry Mesh Options не забудьте указать нужный сортамент (Property)

2. Проверьте всю модель на наличие совпадающих узлов (Tools – Check – Coincident Nodes). Это проверка проводится так же как для точек. Совпадающие узлы должны быть слиты.

3. Подготовьте файл данных для NASTRAN’а (File – Export – Analysis Model), запустите NASTRAN и, затем, считайте полученные результаты (File – Import – Analysis Results). Сравните полученные результаты с результатами для пластины без окантовки.

1. Геометрия. Создание простых объектов

2.1. Введение

На самом первом лабораторном занятии уже говорилось, что моделирование конструкции надо начинать с создания его геометрического образа. Для этого FEMAP обеспечивает нас богатым инструментарием для создания геометрических объектов – точек, прямых и кривых линий, поверхностей и объемов.

Как ни покажется странным, в FEMAP геометрические объекты играют только вспомогательную роль. Ни одна из созданных вами точек, линий, поверхностей не будут описаны в текстовом файле исходных данных для NASTRAN-а. В этом файле геометрия определяется размерами и взаимным расположением элементов, их ориентацией в пространстве. FEMAP использует геометрические объекты, преимущественно, для того, чтобы автоматизировать процесс построения конечных элементов.