Факультет 2. 2017 год. Курсовая работа по Ansys Workbench

1.1.Общая структура рабочей среды Ansys Workbench

Программная платформа ANSYS Workbench позволяет в едином информационном пространстве интегрировать различные модули программного комплекса для проведения связанного многодисциплинарного анализа. С помощью платформы Workbench возможно, например, произвести аэродинамический расчёт крылового профиля (с помощью продуктов Ansys CFX или Ansys Fluent), а затем транслировать поле давления на поверхности крыла в модуль расчёта прочности (Ansys Structural). Другой пример – можно рассчитать аэродинамический разогрев, которому подвергается летательный аппарат, а затем, транслировав поле температур в модуль расчёта прочности решить задачу термоупрогости.

Проекты в среде Ansys Workbench представляются в виде взаимосвязанных систем в форме блок-схемы, представленной на рисунке 3.1.1.

Рисунок 3.1.1 Общий вид окна Ansys Workbench

При создании нового проекта Workbench автоматически генерирует шаблонную схему с указанием основных этапов его выполнения.

Рассмотрим основные принципы работы в среде Workbench.

На рисунке 3.1.2 показана структура основного рабочего окна Workbench.

Цифрой «1» обозначено окно «Toolbox» («Набор инструментов»). В нём представлены все возможные средства для проведения мультидисциплинарного анализа (их набор может отличаться в зависимости от типа лицензии и перечня установленных продуктов Ansys).

Окно под цифрой «2» «Project Schematic» представляет собой общую схему разрабатываемого проекта.

В окне «3» «Properties of schematic» отображаются свойства выбранного раздела.

В окне «4» «Messages» («Сообщения») по мере работы отображаются различные предупреждения и уведомления, выдаваемые Ansys.

Окно «5» «Progress» отображает процесс выполнения текущих операций.

Рисунок 3.1.2 Структура основного рабочего окна Ansys Workbench

Для демонстрации работы Workbench создадим проект на примере гидродинамического расчёта. Для иллюстрации возможностей построения связей различных частей проекта, сделаем его состоящим из двух частей. В первой части проекта будет строиться геометрия и импортироваться сетка, а во второй будет проводиться настройка расчёта с использованием сетки, оттранслированной из первой части проекта.

Для создания проекта выбираем нажмём кнопку «New» на верхней панели (рисунок 3.1.3). Если до этого вы работали над каким-то другим проектом и не сохранили его, система предложит вам это сделать.

Теперь находим в окне «Toolbox», в подразделе «Component Systems» пункт «Mesh» («Сетка»), после чего, зажав левую кнопку мыши (далее - ЛКМ), перетаскиваем этот пункт в окно схемы проекта, как показано на рисунке 3.1.3.

Рисунок 3.1.3 Создание нового проекта

Программа предложит назвать вновь созданный компонент. Выбираем для него имя, например – «Mesh1».

Теперь находим в окне «Toolbox», в подразделе «Analysis Systems» пункт «Fluid flow (CFX)» (если его нет, значит он не установлен) и точно таким же образом перетаскиваем в окно проекта.

В результате окно проекта должно выглядеть так же, как показано на рисунке 3.1.4.

Рисунок 3.1.4 Окно проекта после создания компонентов «Mesh» и «Fluid Flow (CFX)»

Рассмотрим структуру компонентов «Mesh» и «Fluid Flow (CFX)»

В компоненте «Mesh1» присутствует всего два пункта «Geometry» («Геометрия») и «Mesh» («Сетка»).

Компонент «Fluid Flow (CFX)» состоит из следующих частей: «Geometry» («Геометрия»), «Mesh» («Сетка»), «Setup» («Настройка расчёта»), «Solution» («Решение задачи») и «Results» («Анализ результатов»).

Сейчас компоненты «Mesh1» и «Fluid Flow (CFX)» ещё ничем не связаны. Необходимо соединить их так, чтобы сетка, созданная в компоненте «Mesh1», транслировалась в компонент «Fluid Flow (CFX)».

Для этого необходимо с зажатой ЛКМ перетащить пункт «Mesh» из компонента «Mesh1» в пункт «Setup» компонента «Fluid Flow (CFX)», как показано на рисунке 3.1.5.

Рисунок 3.1.5 Создание связи между компонентами

Результат данной операции показан на рисунке 3.1.6.

Рисунок 3.1.6 Связанные компоненты

Легко заметить, что из компонента «Fluid Flow (CFX)» исчезли пункты «Geometry» и «Mesh», что естественно, поскольку теперь они транслируются из компонента «Mesh1».

Теперь сохраним проект с помощью кнопки «Save» на верхней панели.

Важно: Во избежание сбоев в работе, в наименовании пути сохранения проекта должны содержаться только латинские буквы. При этом само название проекта тоже должно быть набрано исключительно латиницей.

Заметим также, что вообще можно обойтись и без отдельного компонента «Mesh», а сразу создать и работать в компоненте «Fluid Flow (CFX)»

1.2.Работа в Ansys Design Modeler

Основным встроенным средством моделирования геометрии в пакете Ansys является редактор Ansys Design Modeler.

Для знакомства с ним, запустим Design Modeler, щёлкнув два раза ЛКМ по пункту «Geometry» в компоненте Mesh1, который мы создали в разделе 3.1.

При запуске программа предложит нам выбрать единицы измерения длины, которые мы хотим использовать (см. рисунок 3.2.1)

Рисунок 3.2.1 Выбор единиц измерения

Как видно из рисунка, можно выбрать различные единицы измерения: метры (Meter), сантиметры (Centimeter), миллиметры (Millimeter), микрометры (Micrometer), футы (Foot) или дюймы (Inch). Программа позволяет также использовать единицы измерения, которые можно установить для всего проекта Workbench (по умолчанию это метры) – для этого необходимо установить галочку напротив «Always use project unit». Существует возможность подтверждения применения выбранной единицы измерения ко всему проекту по умолчанию. Для этого необходимо поставить галочку в окне «Always use selected unit».Наконец, можно подключить поддержку больших моделей, вплоть до 1000 км³ – галочка «Enable large model support».

Для нашего примера выберем в качестве единиц измерения миллиметры и нажмём «OK».

Рассмотрим структуру основного окна Design Modeler (рисунок 3.2.2).

Окно 1 представляет собой дерево построения, где последовательно отображаются все операции, которые производятся с моделью.

Окно 2 – область построения, где изображается вид построенной нами модели.

Цифрой 3 обозначена панель инструментов.

В окне 4 отображаются основные свойства компонентов из дерева построения.

Рисунок 3.2.2 Общая структура окна Ansys Design Modeler

Подробнее рассмотрим панель инструментов (см. рисунок 3.2.3). Как видно из рисунка, по умолчанию панель состоит из 8 основных блоков.

Рисунок 3.2.3 Структура панели инструментов Ansys Design Modeler

Блок 1 содержит кнопки:

• «Start over» («Начать сначала») – полностью очищает рабочее пространство, позволяя начать построение модели с нуля;

• «Save Project» - сохранение проекта;

• «Export» - экспорт геометрии в различных форматах;

• «Image capture» («Снимок экрана») – позволяет сделать снимок области построения и сохранить его в графическом формате.

Блок 2 – стандартные команды «Undo» и «Redo» («Отмена» и «Повторить»).

Блок 3 – различные фильтры выделения. Данные команды позволяют установить тип элементов (точки, ребра, поверхности, тела), которые мы хотим выделить с помощью курсора в области построения.

Блок 4 – команды для манипулирования изображением в области построения (вращение, панорамирование, масштабирование и т.д.).

Блок 5 – команды по управлению внешним видом линий модели в области построения.

Блок 6:

• выбор текущей плоскости;

• создание новой плоскости;

• выбор текущего эскиза;

• создание нового эскиза.

Блок 7:

• Кнопка «Generate» («Создать») – позволяет создать новый элемент модели. Применяется как финальная команда после задания всех параметров нового элемента (подробнее это будет продемонстрировано на примерах);

• Кнопка «Share topology» (Общая топология) используется для построения сеток в сборках, когда модель содержит несколько тел.

Блок 8 – команды построения модели:

• «Extrude» – вытягивание;

• «Revolve» – вращение;

• «Sweep» ­– вытягивание вдоль кривой;

• «Skin/Loft» – построение тела по сечениям;

• «Thin/Surface» – создание поверхности или тонкостенной оболочки;

• «Blend» – скругление;

• «Chamfer» – фаска;

• «Point» – создание точки;

• «Parameters» – задание параметрических размеров с помощью командной строки.

Дополнительные инструменты, которые могут понадобиться при построении модели находятся в меню, в разделах «Create», «Concept» и «Tools». Некоторые из них будут рассмотрены по мере необходимости на примерах.

Итак, мы познакомились с интерфейсом Ansys Design Modeler и теперь можем приступать к построению геометрии. Следует отметить, что изложение материала в данном пособии предполагает, что читатель знаком с общими принципами трёхмерного моделирования и поэтому подробно эти вопросы рассмотрены не будут.

1.2.1.

1.2.1.1.Построение геометрии реактивного сопла

В качестве первого примера рассмотрим пример построения геометрии реактивного сопла.

Сразу же сделаем важное разъяснение. Дело в том, что в ходе расчёта течений газов и жидкостей прежде всего нас интересует построение геометрии самого объёма жидкости или газа, а не обтекаемого тела. Вследствие этого во многих задачах, где предметом интереса является только расчёт течения (без учёта процессов происходящих в самом твёрдом теле), геометрия и сетка строится только для жидкого объёма. При этом твёрдое тело представляется в виде «полости» в этом жидком объёме (см. рисунок 3.2.4)

Рисунок 3.2.4 Геометрия тела и геометрия обтекающей среды

Для наглядности построим сначала трехмерную модель самого сопла, а уже потом преобразуем её в модель для расчёта течения, где стенка сопла будет представлена в виде "полости" в теле течения. Обычно на практике можно сразу построить модель течения, не строя геометрию твёрдого тела. С геометрией твёрдого тела работают в двух случаях:

1) она уже построена в другой CAD-системе (SolidWorks, Catia, UG и т.д.) и затем экспортирована в Ansys;

2) интересна сопряженная задача, когда требуется определение параметров воздействия течения на твердое тело.

Построение модели начинается с выбора в дереве построения плоскости XY. Для этого щёлкаем по ней ЛКМ, после чего на панели инструментов нажимаем кнопку «New sketch». Теперь нам нужно перейти на панель «Sketching», вкладка которой находится внизу окна дерева построения (см.Рисунок 3.2.5)

Рисунок 3.2.5 Включение панели Sketching

Сама панель Sketching показана на рисунке 3.2.6.

Рисунок 3.2.6 Панель Sketching