Факультет 2. 2017 год. Курсовая работа по Ansys Workbench, страница 2

Как видно из рисунка, панель состоит из 5 вкладок:

• «Draw» («Рисование») – здесь расположены основные инструменты для построения эскиза;

• «Modify» («Изменить») – вкладка, содержащая инструменты для редактирования;

• «Dimensions» («Размеры») – вкладка для проставления размеров;

• «Constraints» («Привязки») – создание привязок;

• «Settings» («Настройки») – управление настройками рабочего пространства эскиза.

Сейчас нас интересует вкладка «Draw».

Для рисования будем использовать инструменты Line (прямая), Tangent Line (касательная прямая) и Arc by Tangent (касательная дуга). Отметим, что рядом с курсором, когда мы наводим на какую-либо ось появляется буква C (centerline) – это означает, что начальная точка нашей линии будет лежать точно на оси. Если появляется буква P (point) – это значит, что наша линия будет начинаться из какой-то конкретной, уже построенной точки (например, из конца другого отрезка или из начала координат). Буква H (horizontal) означает что изображаемая прямая будет строго горизонтальна, а буква V (vertical) – что строго вертикальна.

Начнём рисование из центра координат, проведя прямую линию. Размер в данном случае пока не имеет значения. После этого нарисуем горизонтальную линию, выходящую из конца вертикальной. Затем – дугу, касательную к нашей прямой. После этого прямую, касательную к дуге, а затем две последовательных касательных дуги.

В результате всех манипуляций у нас должен получиться эскиз, изображённый на рисунке 3.2.7.

Рисунок 3.2.7 Эскиз контура сопла

Теперь проставим необходимые размеры. Для этого перейдём на вкладку «Dimensions». Её структура представлена на рисунке 3.2.8.

Рисунок 3.2.8 Панель простановки размеров

Интуитивно здесь всё понятно, однако кратко перечислим назначения клавиш:

• размер общего вида (в зависимости от конкретной геометрии это может быть длина, диаметр, угол и т.д).

• горизонтальный размер (можно задавать горизонтальное расстояние между двумя точками, точкой и осью и т.д.);

• вертикальный размер (можно задавать вертикальное расстояние между двумя точками, точкой и осью и т.д.);

• длина/расстояние;

• радиус;

• диаметр;

• угол;

• полуавтоматическая простановка размеров в эскизе;

• редактирование размеров;

• перемещение полки размера;

• анимация размера (указанный размер будет циклично изменяться);

• настройка отображения (можно выбрать, показывать ли наименование размера, его значение или обе эти опции одновременно).

Начнём проставлять размеры с радиуса выходного сечения сопла. Для этого проставим расстояние от конечной точки нашего эскиза до оси, выбрав тип размера «Vertical». Во время простановки самого размера можно щёлкнуть ПКМ для входа в контекстное меню, где среди прочих команд находится команда «Cancel» («Отмена») и «Edit Name» («Редактировать имя размера»).

После простановки размеров, из значения устанавливаются в окне «Details View» (окно 4 на рисунке 3.2.2). Как только мы установили на нашем эскизе размер выходного сечения сопла, он появился в окне «Details View» под названием V1. Данное название можно изменить, если выбрать в области построения размер и нажать ПКМ, а затем выбрать из контекстного меню команду «Edit Name/Value» («Редактировать имя/значение размера»).

Остальные размеры эскиза мы предлагаем читателю проставить самостоятельно, руководствуясь рисунком 3.2.9. Рекомендуется сначала проставить все размеры на эскизе, а потом уже присваивать им значения.

Рисунок 3.2.9 Размеры сопла

Значения размеров следующие:

Замечание: если не удаётся проставить показанный на рисунке угол, то во время простановки данного размера необходимо кликнуть ПКМ и в контекстном меню выбрать пункт «Alternate angle» («Изменить угол»)

Закончив с простановкой размеров, создадим твёрдое тело. Для этого применим операцию вращения .

В окне «Details view» отобразятся свойства операции вращения (см. рисунок 3.2.10)

Рисунок 3.2.10 Свойства операции вращения

Как видно из рисунка, необходимо задать ось вращения (Axis), после чего нажать кнопку «Apply» («Применить»).

В пункте «Operation» можно выбрать, является ли операция добавлением материала в текущее тело («Add material»), добавление материала в новое тело («Add Frozen»). В случае, когда в проекте уже присутствует созданная твердотельная геометрия, данном пункте можно также выбрать опцию выреза материала («Cut material»).

В пункте «Direction» («Направление»), задаётся направление выдавливания («Normal» нормально к поверхности эскиза; «Reversed» - противоположное ему; «Both Symmetric» - оба направления, симметрично; «Both Asymmetric» - в оба направления антисимметрично). Оставляем в данном пункте опцию «Normal»

Следующий пункт – задание общего угла вращения. Оставляем 360^o.

As Thin/Surface – создание тонкостенной геометрии. Следует проставить опцию «Yes», после чего программа предложит задать толщину стенки во внешнем (inward thickness) и внутреннем (outward thickness) направлении. Сделаем толщину во внутреннем направлении равной 1 мм, а толщину во внешнем оставим равной нулю.

После этого нажимаем кнопку . Получившееся сопло показано на рисунке 3.2.11

Рисунок 3.2.11 Трёхмерная модель сопла

На этом построение геометрии самого сопла закончено, приступаем к построению геометрии среды.

Во многих задачах, особенно связанных со сверхзвуковыми течениями, помимо расчёта процессов внутри конструкции бывает необходимо учесть процессы, происходящие в окружающей среде. Поэтому, изображая «тело» течения, мы захватим не только внутреннюю полость сопла, но и часть внешнего потока, куда истекает реактивная струя.

Для начала «заполним» внутреннюю часть нашего сопла телом потока. Для этого будем использовать команду («Заполнить»), которая находится в меню Tools.

Существует два типа построения геометрии полостей (пункт «Extraction Type» в окне «Details View»). Первая – путём указания поверхности, которая эту полость ограничивает (опция «By cavity»), либо путём выбора твёрдых тел, образующих замкнутую полость «By caps»).

Выбираем первый способ. Для этого необходимо выбрать внутренние стенки полости. Данная задача может оказаться непростой, если не быть знакомым с интерфейсом выделения поверхностей Workbench.

Для начала повернём сопло к себе горловиной, как показано на рисунке 3.2.12

Рисунок 3.2.12 Вид на горловину сопла

Выбираем донную поверхность сопла, после чего средней кнопкой мыши (СКМ) поворачиваем сопло в профиль и затем зажимаем на клавиатуре клавишу Ctrl.

Поочерёдно выбираем поверхности внутренних стенок сопла. Важно при этом не отпускать клавишу Ctrl, иначе предыдущие выделения сбросятся.

Выбираем первую поверхность, после чего в левом нижнем углу области построения появится интерфейс выбора (см. рисунок 3.2.13, интерфейс отмечен стрелкой)

Рисунок 3.2.13 Интерфейс выбора поверхностей

Данный интерфейс сообщает нам, что в том месте области построения, где мы щёлкнули ЛКМ с целью выбора поверхности, находятся, перекрывая друг друга, сразу две поверхности. При этом красным отмечена выделенная в данный момент поверхность.

Чтобы выбрать закрытую от нас внутреннюю поверхность сопла, нам необходимо кликнуть на второй из двух представленных в интерфейсе плоскостей, так, что они обе станут красными (см. рисунок 3.2.14а). После этого нужно нажать на переднюю поверхность ЛКМ, чтобы её рамка стала чёрной (см. рисунок 3.2.14б).

Рисунко 3.2.14 Процесс выбора поверхности из множественных перекрывающихся

Данную операцию необходимо проделать со всеми поверхностями, формирующими стенку сопла, не отпуская при этом, как было уже указано выше, клавишу Ctrl.

После этого в окне «Details View» нажимаем Apply. Программа при этом должна отметить, что у нас выбрано 6 поверхностей («6 faces»).

Теперь мы готовы сгенерировать заполнение полости (кнопка )

В самом конце дерева построения должно отобразиться, что у нас теперь две детали и два тела («2 parts, 2 bodies»)

Таким образом, мы построили тело течения внутри сопла. Осталось создать геометрию тела внешнего течения за соплом. Для этого создадим ещё один эскиз в плоскости XY.

Данный эскиз представляет собой трапецию с основанием, отстоящим от днища сопла на 120 мм (см. рисунок 3.2.15). Отметим, что форма области выбирается.

Рисунок 3.2.15 Эскиз для создания области внешнего потока

Размеры на эскизе:

Проставив указанные размеры, создадим на основе эскиза операцию вращения, выбрав в качестве оси вращения ось X, а в поле «Operation» указав опцию «Add frozen» (данная опция указывается для того, чтобы в результате данной операции было создано отдельное тело).

Нажимаем . Счётчик тел в дереве построения должен теперь показывать наличие трёх деталей и трёх тел (3 parts, 3 bodies).

Создавая тело внешнего потока, мы не заботились о его пересечении с телом стенки сопла, изобразив простую трапецию. Следовательно, теперь нам необходимо «вычесть» тело стенки сопла из тела внешнего потока. Для этого создадим булеву операцию («Boolean operation»).

Данная операция находится в пункте меню Create на верхней панели.

На панели «Details View» выбираем в пункте «Operation» опцию «Subtract» («Вычесть»). Теперь нам нужно выбрать «уменьшаемое» («Target Bodies») и «вычитаемое» («Tool Bodies») тела. В качестве первого выбираем в области или в дереве построения созданное нами тело течения. В качестве второго – тело стенки сопла.

В свойствах операции также присутствует пункт «Preserve tool bodies?» («Сохранить вычитаемые тела?»). Мы оставляем в данном пункте опцию «No» («Нет») и в результате данной операции тело стенки сопла будет удалено.

Нажимаем .

В результате операции у нас должно остаться две детали и два тела

Теперь нам необходимо создать вторую булеву операцию, объединив тела течения внутри и снаружи сопла в единое тело.

В пункте «Operation» теперь выбираем опцию «Unite» («Объединить»), затем выбираем два оставшихся у нас тела, применяем выбор и нажимаем .

После данной операции счётчик тел в дереве построения должен отметить наличие всего лишь одной детали и одного тела.

Фактически построение геометрии тела течения закончено. Остался лишь один немаловажный вопрос. Дело в том, что рассматриваемое здесь течение осесимметричное и при его расчёте нерационально рассматривать всю расчётную область в полном объёме (потребляется слишком много вычислительных ресурсов). Вместо этого обычно рассматривают лишь небольшой сектор расчётной области, а на секущих плоскостях сектора ставят условия симметрии. Следовательно, необходимо вырезать из нашей геометрии сектор.