Конюхов А.В. - Основы анализа констр в ansys

Казанский государственный университетМеханико-математический факультетОСНОВЫАНАЛИЗА КОНСТРУКЦИЙ ВANSYSКонюхов А. В.Казань 2001Печатается по решению Ученого Совета механико-математическогофакультета Казанского государственного университета.Учебное пособие содержит основные сведения по моделированию ианализу инженерных конструкций на различные механические воздействияв пакете ANSYS. Книга содержит решения наиболее важных задач,встречающихся в курсах теоретической механики, сопротивленияматериалов и строительной механики.

Работа представляет интерес дляинженеров, занимающихся анализом прочности конструкций, необходимастудентам и аспирантам ВУЗов, изучающих курсы механики.Материал, изложенный в книге, в течение ряда лет апробирован накурсах вычислительных методов в механике и ЭВМ на кафедретеоретической механики Казанского государственного университета.КонюховАлександрВениаминович,кандидатфизикоматематических наук, работает на кафедре теоретической механики.Преподаваемые курсы: теоретическая механика, термоупругость,численные методы в механике деформируемого твердого тела (ANSYS).420008, Казань, Кремлевская, 18Казанский государственный университетМеханико-математический факультетКафедра теоретической механикиAlexander.Konyukhov@ksu.ruРецензенты:ЗаведующийлабораториеймеханикиоболочекНИИММим. Н.

Г. Чеботарева КГУ, д.ф.-м.н., профессор филиала СанктПетербургского Военного артиллерийского университета Голованов А. И.Д.ф.-м.н., профессор кафедры «Сопротивления материалов» Казанскойархитектурно-строительной академии Каюмов Р. А.1. ВВЕДЕНИЕ В ANSYS.1.1. Основное назначение ANSYS.1.2.3.ANSYS – программное обеспечение, позволяющее решать следующие задачи:Построение модели конструкции (геометрия, реологические свойства, краевыеусловия) или импорт их из CAD1 систем.Изучение реакции конструкции на различные физические воздействия, такие, каквоздействие различных нагрузок, температурных и электромагнитных полей,решение задач механики жидкости и газа.Оптимизация геометрии конструкции.1.2. Как организована программа ANSYS.Для удобства пользования ANSYS имеет графический интерфейс пользователя(ГИП), предоставляющий быстрый доступ к различным функциям, командам, а также кобширной HELP – системе.Работа программы ANSYS организована в два уровня:•начальный уровень (Begin level);•процессорный уровень.Работа программы ANSYS начинается с начального уровня (Begin level).

Наэтом уровне доступны команды работы с файлами (сохранение, удаление,переименование и т.д.).На процессорном уровне доступны несколько процессоров. Каждый процессорпредоставляет доступ к различным функциям и командам. Список наиболее частоиспользуемых процессоров и задач, с помощью них решаемых, приведен в таблице.ПроцессорPREP7SOLUTIONPOST11ФункцияПостроениегеометрическоймоделиобъекта,заданиереологических свойств и краевыхусловий.Задание краевых условий, выборрешателя,спецификациярешателя, решение.Обзор результатов решения длястационарного случая или пошагам нагрузки или времени.Средствавыводавфайл.Графическаявизуализация.Путь в ГИПКомандаMain Menu >Preprocessor/PREP7Main Menu >Solution/SOLUTIONMain Menu >General Postproc/POST1CAD (Computer Aided Design) системы – программное обеспечение, позволяющее получитьгеометрическую модель, а также оформить чертежи конструкции.POST26Анимация.Обзор результатов решения в Main Menu >виде графиков результат – шаг TimeHist Postproнагрузки или результат – время./POST26Работать с программой ANSYS можно с помощью как графического интерфейсапользователя (ГИП) – интерактивный режим, так и с помощью команд – командныйрежим.1.3.

Начало работы в ANSYS.В папке ANSYS из меню Программы выберите Interactive. Появится менюANSYS Interactive (рис. 1). Здесь вам необходимо выбрать рабочую директорию иразмер рабочего пространства. Рядом с окном Working Directory нажать кнопку «…» (1на рис. 1) и выбрать свою рабочую директорию. В этой директории ANSYS будетсохранять все файлы.

Директория должна быть создана заранее. В именах директориии пути к директории допускаются только латинские буквы.14235Рис. 1.Окна Total Workspace (2) и Database (3) служат для задания объемарезервируемого рабочего пространства для задачи и для объема файла базы данных.При работе программы основным является файл базы данных file.db. В нем сохраняетсяинформация о геометрии исследуемого объекта, конечно-элементном разбиении,нагрузках и результатах решения. В объем определяемого в Total Workspace рабочегопространства входит суммарный размер всех файлов, образуемых при работепрограммы.

Окно Initial jobname (4) служит для задания имени файла базы данных и поумолчанию содержит имя file. Кнопка GUI Configuration (5) служит для входа в менюконфигурации графического интерфейса. С помощью этого меню можно установитьразмеры графического окна и положения окна ANSYS Input.Для входа в программную оболочку ANSYS необходимо нажать RUN.Программная оболочка ANSYS состоит из нескольких меню (см.

рис. 2.):1. ANSYS Main Menu – главное меню ANSYS, служит для доступа ко всем операциямпроцессоров – препроцессора, процессора решения и постпроцессора.2. ANSYS Utility Menu – меню утилит, служащее для доступа к командам, доступнымиз любого процессора. Это операции с файлами, управления выводом данных идругие.3. ANSYS Toolbar – панель инструментов. Служит для быстрого доступа к рядукоманд, а также для размещения кнопок доступа к макросам, написаннымпользователем.4. ANSYS Input – командное окно, служащее для ввода команд.5. ANSYS Graphics – графическое окно, служащее для графического вывода объектов.23154Рис. 2.В начале работы можно выбрать в папке ANSYS пункт Run Interactive Now.При этом выполняется сразу вход в ANSYS Interactive, минуя меню ANSYS Interactive.Настройки выбираются по умолчанию.При работе с готовой программой для экономии оперативной памяти,используемой на интерфейс пользователя, можно пользоваться режимом Batch – онвызывается из папки ANSYS пунктом Batch.

При этом в меню ANSYS Batch,аналогичному меню ANSYS Interactive в окне Input file name необходимо будет задатьимя командного файла (программы), который будет исполнен. При этом графическиеокна открываться не будут, а результат будет сохранен в соответствующих файлах.1.4. LOG – файл.При работе с программой как с помощью ГИП, так и с помощью команд,ANSYS отражает все действия в LOG-файле. LOG-файл представляет собойзаписанную историю работы с программой. Файл имеет расширение .LOG и имеетформат записи ASCII – его можно просмотреть и любым внешним редактором. Этотфайл представляет программу, которую можно исполнить.

Для просмотра всегосодержимого файла необходимо выполнить Utility Menu > List > Files > Log File.С помощью LOG-файла можно исправить ошибки, допущенные при работе. Дляэтого необходимо:1) записать LOG-файл с помощью Utility Menu > File > Write DB Log File в файл,которому дать расширение txt (это необходимо для редакции файла Блокнотом);2) открыть сохраненный файл, внести необходимые поправки и сохранить. Этот файлпредставляет программу, написанную с помощью команд ANSYS;3) очистить содержимое базы данных ANSYS с помощью Utility Menu > File > Clear &Start New;4) исполнить отредактированную программу с помощью Utility Menu > File > ReadInput from.1.5. Командный режим в ANSYS.Каждое действие, производимое с помощью ГИП, можно выполнить с помощьюкоманды, вводя ее в окно меню ANSYS Input. Все эти команды отражаются в LOGфайле.

ANSYS содержит около 1000 команд, используемых для различных целей. Спомощью этих команд можно запрограммировать необходимые для анализа действия.Исполнить программу можно по пути в меню Utility Menu > File > Read Input from.Для написания программы в ANSYS используются следующие правила:1. В каждой строке должен быть один оператор.2. Допускается применение в одной строке нескольких операторов, при этом ихнеобходимо разделять знаком $. (Хотя это делать не рекомендуется из-за плохойчитаемости программы.)3. Максимальное число знаков в строке, включая пробелы и разделители $, не должнопревышать 130.4. В ANSYS отсутствует типизация переменных, в связи с этим не требуется описаниетипов переменных. Все переменные, организуемые пользователем, воспринимаютсякак действительные.5. Специфицированные в ANSYS переменные распознаются автоматически.

Так,например, если при задании целой переменной (например, число слоев в пакетепластин и др.) задать действительное число, то программа округлит это число доближайшего целого. Для таких переменных пределы используемых чисел: 0-9999999.Если будет задано не числовое значение, то возникнет ошибка. Если не будет заданоничего, то ANSYS присвоит значение 0.6. Для задания действительных чисел используется десятичная точка. Для чисел вэкспоненциальной форме можно применять формы записи с E и D.

Например, число25000 может быть записано в форме 25E3 или 25D3.7. Допустимые пределы изменения переменной: от ±10-60 до ±1060.8. Для имен переменных используются латинские буквы, при этом в именах недопускаются символы: ! @ # $ % & ^ * ( ) _ - + = | \ { } [ ] “ ‘ / < > ~9. Комментарии в командной строке записываются, используя !.Замечание о единицах измерения.Угловые значения по умолчанию задаются в градусах.Метрические значения задаются в единицах британской системы мер.2.

АНАЛИЗ ЗАДАЧИ В ANSYS.Анализ любой задачи в ANSYS происходит с помощью следующих этапов:•Построение модели.•Решение задачи.•Постпроцессорная обработка результатов.Для выполнения задач на каждом этапе используется свой процессор.2.1. Построение модели.Моделирование объекта – это основной и самый трудоемкий по времени этапрешения задачи. Моделирование производится в препроцессоре PREP7. На этом этапе,исходя из математических моделей механики, задается геометрическая модель объекта,определяются типы используемых элементов, задаются свойства материала и краевыеусловия.

Будем рассматривать поэтапно типичные действия, выполняемые припостроении модели. Действия рассмотрим как через ГИП, так и команды.2.1.1. Присвоение имени файлу базы данных.При выполнении этой операции файлу базы данных и всем сопутствующимфайлам присваивается новое имя. Если этого не выполнить, то файлы будут иметь имяпо умолчанию file с соответствующим расширением.

Для присвоения именинеобходимо выполнить путь в меню ГИП и ввести свое имя файла, либовоспользоваться соответствующей командой.Путь в менюUtility Menu > File > Change JobnameКоманда/FILNAME, filename2.1.2. Определение заголовка.При выполнении этой операции в графическом окне появится названиезаголовка.Utility Menu > File > Change Title/TITLE, filename2.1.3. Определение единиц измерения.Поскольку в расчетах по умолчанию используется британская система мер, тодля перехода к системе единиц СИ необходимо задать команду /UNITS.