Методические указания к выполнению контрольных работ, страница 2

В заключение предварительного этапа выполнения Кр.1. в отчете должна присутствовать таблица сравнения верхних и нижних значений всех напряжений в пластине при решении задачи только в Sigma и с использованием Preproсessor-а.

Напоминаем, что все рисунки должны быть снабжены комментариями после некоторого анализа.

После выполнения подгогтовительного этапа студент приступает к выполнению основной части работы Кр.1.

Раздел 1.2. Формирование в препроцессоре новой геометрической модели.

В разделе 1.2. Кр.1. на основе результатов КР 6-го семестра по выделению подобластей повышенных и пониженных значений напряжений студент в Preproсessor-е создает новую форму геометрической модели (файл .sfm) с новым делением пластины на 8-ми-узловые зоны с тем, чтобы границы некоторых зон приблизительно совпадали с границами подобластей с повышенным и пониженным уровнями напряжений. Т.е. новая форма геометрической модели должна более адекватно описывать найденные в КР 6-го семестра области повышенных и пониженных значений напряжений.

Требования к формированию зон и их сторон совпадают с требованиями пункта Кр.1 семестра 6.

Для сторон, образующих внешнюю геометрию пластины, рекомендуется между основными узлами использовать только простейшие геометрические линии: прямая, окружность. Стороны внутри пластины могут иметь изломы в промежуточных узлах для более адекватного описания границ областей повышенных и пониженных значений напряжений.

Экспортирует новую форму геометрической модели, созданной в Preproсessor-е, в выбранную директорию, где средствами Sigma, создает новый проект, указав в конфигурации проекта новую форму геометрической модели.

Заканчивает конфигурирацию проекта 7-го семестра, сделав редактируемыми BOUND и FORCE , после чего копирует в эту папку BOUND и FORCE из КР 6-го семестра, замещая тем самым стандартные BOUND.for и FORCE.for. В созданном проекте 7-го семестра должна использоваться новая геометрическая модель, подготовленная в Preproсessor-е, совместно с подпрограммами BOUND и FORCE, разработанными и отлаженными студентом в процессе выполнения КР 6-го семестра.

В этой же папке должна находиться форма геометрической модели КР 6-го семестра с тем, чтобы была возможность рассчитать проект со старой и новой формой геометрической модели. Поэтому в названии файла геометрии 6-го семестра должна присутствовать цифра 6, а 7-го семестра – цифра 7. Контрольные расчеты должны проводиться при толщине пластины, равной = (найденной в П.4. КР 6-го семестра) с использованием того же материала.

Проект должен работать в Sigma 7.2 с обоими файлами при указании имени соответствующего файла .sfm в конфигурации проекта.

Раздел 1.3. Реализация модели объекта с разными свойствами КЭ в подобластях.

В разделе 1.3 Кр.1 необходимо реализовать несколько свойств КЭ в пластине и подобрать наиболее оптимальные соотношения их толщин.

Реализация нескольких свойств КЭ.

Студент, модифицируя подпрограммы FORMDD.for и (или) GRIDDM.for (выбрав наиболее рациональный или приемлемый для себя способ), реализует назначение разных свойств КЭ в подобластях с малым, средним и высоким уровнями напряжений.

При этом:

• в подобластях со средним уровнем напряжений использует

материал Алюминиевый сплав КР 6-го семестра;

• в подобластях с пониженным уровнем напряжений –

материал 6061-Т651 Al Plate (из банка материалов FEMAP);

• в подобластях с повышенным уровнем напряжений –

материал 2024-Т351 Al Plate (из банка материалов FEMAP);

Характеристики используемых материалов.

Алюминиевый сплав КР 6-го семестра	6061-Т651 Al Plate	2024-Т351 Al Plate
Е=7200000.0 Н/см2 = 0.3 растяжения= 38000.0 Па сжатия= 25000.0 Па	Е= 9900000.0 Н/см2 = 0.33 растяжения = 35000.0 Па сжатия= 20000.0 Па	Е= 10700000Н/см2; = 0.33 растяжения =42000 Па; сжатия= 28000.0 Па

Задание номера свойства конечного элемента может быть осуществлено двумя способами (демонстрация - в Example3):

в программе GRIDDM.for вызовом подпрограммы PROPERTYGRIDDM.for;

в программе FORMDD.for вызовом подпрограммы PROPERTYFORMDD.for.

Возможны и другие варианты.

Подпрограммы PROPERTYGRIDDM.for и PROPERTYFORMDD.for находятся в файле FINDNODD.for.

Подпрограмма PROPERTYGRIDDM.for назначает номера свойств конечным элементам, находящимся в конкретных зонах, в соответствии с номерами этих зон.

Подпрограмма PROPERTYFORMDD.for назначает номера свойств КЭ исходя из геометрического расположения КЭ.

При конкретной реализации необходимо составить алгоритмы, которые наилучшим образом будут назначать номера свойства конкретному элементу тем или иным способом.

Нахождение оптимальных соотношений толщин.

Подобрать при NRC=7 значения толщин для всех свойств КЭ из условия обеспечения равнопрочности, которое в идеале обозначает выведение всех подобластей пластины на уровень максимально возможных (допускаемых) для этих подобластей напряжений. Удобнее всего это делать с помощью опции «Проверка на разрушение» модуля графического вывода результатов расчета

Учитывая, что плотность материала для разных свойств принимается одинаковой и равной 0.0028кг/см³, такой подход должен привести принципиально к конструкции наименьшей массы, если бы не ограничение, что минимальное значение толщины не может быть меньше технологически допустимой 0.1см.

Тем не менее, необходимо будет сравнить массы пластины, выполненной из одного и нескольких материалов. Площади зон указаны при выводе окна «Структура зон» подсистемы геометрического моделирования.

Точность задания толщин не должна превышать 0.01см.

Задание разных свойств КЭ рассчитываемого объекта ставит целью:

а) повысить общий уровень напряжений в пластине (до разумных или возможных пределов), так как более высокие значения напряжений подсчитываются МКЭ точнее, а, следовательно, доверия к получаемым результатам расчета МКЭ будет больше. Помимо этого, при высоких значениях напряжений легче обеспечивается сходимость результатов, что является темой выполнения следующих пунктов КР.

б) в большей степени использовать несущие способности материалов, из которых изготовлена конструкция, что в идеале, как уже говорилось, позволит уменьшить массу пластины.

в) снизить резкие пики напряжений, выровнять, насколько это окажется возможным, значения напряжений по всей пластине или добиться плавного перехода от одного значения к другому на участках пластины, не превысив, конечно, допускаемых напряжений.

Следует иметь в виду, что для достижения всех этих целей возможно придется в некоторых местах увеличить толщину, отказавшись от назначения её минимально необходимой. Такие случаи надо отдельно обговорить в отчете.

Для реализации п.1.3 удобно пользоваться минимальным количеством цветовых градаций шкалы при выводе графического изображения.

Проект должен правильно рассчитывать до NRC=12.

После этого провести анализ влияния характеристик свойств КЭ на результаты вычислений:

Таблица 1.3.

Максимальные значения напряжений при NRC=7						Максимальная . разница в % для напряжения
Вид напряжения	Сетка7-го семестра 1св			Сетка 7-го семестра 3св
	верхнее	нижнее	верхнее		нижнее
по Х	12700	-10800	30300		-21100
по Y	9800	-21100	30000		-24500
касательное	6400	-4100	7100		-8000
1-ое главное	13200	-10400	32000		-19700
2-ое главное	9600	-24100	29100		-27500
эквивалентное	21600	1900	30200		3200
максимальное в пластине	21600	-24100	32000		-27500

Анализ следует проводить при NRC=7, заполнив таблицу 1.3., в которой указать диапазоны максимальных значений всех видов напряжений, получающихся в результате расчета на новой сетке при использовании одного свойства КЭ при толщине, равной , полученной в П.4. Кр 6-го семестра и при использовании нескольких свойств при оптимальных соотношениях толщин, найденных для этих свойств в разделе 1.3. Подсчитать % изменения этих максимальных значений. Указать максимальное значение (в %) изменения напряжений в результате изменения характеристик свойств КЭ и сделать выводы по влиянию изменения этих характеристик на результаты расчета МКЭ.

Оформление отчета по Кр.1.

Отчет по Кр.1 должен содержать:

Раздел 1.1.

• скриншоты геометрической модели из КР 6-го семестра и модели из Preproсessor-а , а также полную модель, подготовленную в Preproсessor-е в следующем виде:

Рис. 1.
Рис.2

• при NRC=3 в одной строке привести скриншоты графических результатов решения задачи Кр 6-го семестра в Sigma без использования Preproсessor-а и 7-го семестра с использованием Preproсessor-а с номерами узлов;

• при NRC=3 таблицу со значениями:

а) суммарных сил в узлах из проекта 6-го семестра;

б) суммарных сил в узлах полной модели (Рис.2), сформированной Preproсessor-ом

в) суммарных сил в узлах после экспорта полной модели в Sigma (после расчета в Sigma);

• при NRC=3 таблица сравнения максимальных значений напряжений при решении задачи только в Sigma и в Sigma с использованием полной модели из Preproсessor-а типа:

Таблица 1.1.

Максимальные значения напряжений при NRC=3 1 свойство						Максимальная . разница в % для напряжения
Вид напряжения	Сетка 6-го семестра			Сетка из Preprocessora
	верхнее	нижнее	верхнее		нижнее
по Х	15900	-13400	16400		-13400
по Y	11100	-22800	11100		-23000
касательное	4400	-4600	4200		-4700
1-ое главное	16700	-11200	17000		-11200
2-ое главное	10400	-22900	10500		-23100
эквивалентное	20500	4600	20600		4600
максимальное в пластине	20500	-22900	20600		-23000

Далее должен присутствовать анализ результатов сравнения и вывод по функционалу Preproсessor-а с указанием замеченных недостатков, а также предложениями по совершенствованию программы.

Раздел 1.2.

• при NRC=7 в одной строке скриншот результатов решения задачи КР 6-го семестра при NRC=7 с выделенными подобластями пониженных средних и повышенных значений напряжений (из КР 6-го семестра), скриншот геометрической модели нового разбиения из Preproсessor-а и скриншот того же разбиения после экспорта в Sigma;

Под картинками привести значения диапазонов пониженных, средних и повышенных напряжений, использованные в КР 6-го семестра при поиске очертаний соответствующих подобластей, и перечисление номеров зон нового разбиения, где будет реализовано то или иное свойство КЭ;

• при NRC=7 для доказательства правильности построения новой геометрической модели поместить таблицы теоретических значений суммарных сил (интегралов с указанием пределов интегрирования) от распределённой нагрузки и её участков, а также значений сил на этих участках и сторонах, получающихся на старой и новой сетках. Указать причины расхождений;

• при NRC=7 для доказательства правильности построения новой геометрической модели привести таблицу сравнения максимальных значений напряжений:

Таблица 1.2.

Максимальные значения напряжений при NRC=7 1 свойство						Максимальная . разница в % для напряжения
Вид напряжения	Сетка 6-го семестра			Сетка 7-го семестра
	верхнее	нижнее	верхнее		нижнее
по Х	16900	-14300	12700		-10800
по Y	13200	-23900	9800		-21100
касательное	3600	-4800	6400		-4100
1-ое главное	17300	-13300	13200		-10400
2-ое главное	12700	-24100	9600		-24100
эквивалентное	22700	3000	21600		1900
максимальное в пластине	22700	-24100	21600		-24100

• при NRC=7 для доказательства правильности построения новой геометрической модели в одной строке скриншот картинок эквивалентных напряжений со шкалами значений напряжений, с указанием зон на старой и новой сетках с приложенными силами и реализованными граничными условиями;

• вывод по результатам выполнения раздела 1.2 Кр.1.

Раздел 1.3.

• краткое описание использованного способа реализации разных свойств КЭ;

• в одной строке при NRC=7:

а) скриншот на новой сетке с указанием зон того вида напряжений (со шкалой), при котором получаются наиболее опасные значения напряжения с использованием одного (первого) свойства КЭ при толщине, найденной для этого свойства в разделе 1.2.;