ANSYS4 (Все лекции)

Решение задач механикидеформируемоготвердого тела1. Основы работы в оболочке Workbench Mechanical2. Работа с материалами в Engineering Data3. Интерфейс приложения Workbench Mechanical4. Создание расчетной модели в Workbench Mechanical5. Макроязык описания расчетных моделей APDL6. Моделирование конструкций с учетом нелинейностей7. Примеры решения задач8. Пользовательские подпрограммыИнтерфейс приложения Mechanical APDL и основныепринципы проведения расчетов подробно описаны в:• 1. Чигарев А.

В. ANSYS для инженеров: справ. пособие / А. В.Чигарев, А. С. Кравчук, А. Ф. Смалюк. М.: Машиностроение-1,2004. 512 с.• 2. Морозов Е. М. ANSYS в руках инженера: Механика разрушения/ Е. М. Морозов, А. Ю. Муйземнек, А. С. Шадский. 2-е изд., испр.М.: ЛЕНАНД, 2010. 456 с.• 3. Басов К. А. ANSYS: Справочник пользователя / К.

А. Басов. М.:ДМК Пресс, 2005. 640 с.• 4. Басов К. А. Графический интерфейс комплекса ANSYS / К. А.Басов. М.: ДМК Пресс, 2006. 248 с.Основы работы в оболочке WorkbenchMechanicalШаблоны модулей Static Structural (а) и Steady-State Thermal (б) в WorkbenchПередача данных из модулейGeometry и Engineering Dataв расчетные модули StaticStructural и Steady-State Thermalдля выполнениярасчета напряженнодеформированного состояния ирасчета температур• Передача данных из Mechanical Model в Static Structural и Steady-StateThermal для выполнения расчета напряженно-деформированногосостояния и расчета температур• Расчетный шаблон из связанных модулей Steady-State Thermal и StaticStructural для выполнения расчета температур и температурныхнапряжений и деформацийРабота с материалами в Engineering Data• Engineering Data – модуль, используемый для систематизации и храненияданных о материалах, описания свойств материалов и входных параметровматематических моделей с помощью дополнительного интерфейсаоболочки Workbench.Интерфейс Engineering DataИнтерфейс приложения Workbench MechanicalИнтерфейс приложенияWorkbench Mechanicalдля модуля StaticStructuralСоздание расчетноймоделив Workbench MechanicalДерево модели• В ANSYS Mechanical используется следующая классификацияконечных элементов:• •• связи без изгибной жесткости, 3D-расчеты (LINK);• •• балочные элементы, 3D-расчеты (BEAM);• •• плоские, 2D-расчеты (PLANE);• •• оболочки, 3D-расчеты (SHELL);• •• объемные, 3D-расчеты (SOLID).• Типы элементов именуются по аббревиатуре и следующему за нейномеру, например SOLID185, SHELL181, BEAM188 и т.

д.Задание граничных условий• Иллюстрация условияRemote Displacement• Свойства объектаRemote DisplacementПример шарнирноопертой балки:а) подвижнаяопора; б)неподвижнаяопораОбъект Remote Point и его свойстваУсловие симметрииМатематические модели и методырешения• Модуль Static Structural позволяет решить систему уравненийтеории упругости.

По умолчанию задача решается в линейнойпостановке. В разделе Analysis Settings можно активироватьопцию геометрической нелинейности (учета большихдеформаций/перемещений/поворотов). Активация выполняетсяс помощью строки Large DeflectionРезультаты расчетов• Раздел Solution дерева проекта содержит инструменты обработки ипредставления результатов.

В него добавляются объекты необходимыхпользователю результатов расчета.• Основным результатом расчета НДС, проводимого с помощью МКЭ в модулеStatic Structural, являются перемещения (Deformation) узлов КЭ-модели• Для вывода этой переменной используются следующие объекты:• •• перемещение в направлении выбранной оси (Directional Deformation);• •• суммарное перемещение (Total Deformation):• По известным перемещениям вычисляются другие зависимыевеличины, например напряжения (Stress) и деформации (Strain).НДС в каждой точке расчетной области описывается тензоромнапряжений Tσ и тензором деформаций Tε:Так как тензор напряжений симметричен, систему координат можно повернуть таким образом, что все его сдвиговые компоненты окажутся равными нулю.Оставшиеся нормальные напряжения, расположенные на диагонали, называютглавными напряжениями (Principal Stress).

Их обычно располагают таким образом, чтобы σ1 > σ2 > σ3.• Главные напряжения могут быть выведены с помощью следующихобъектов, добавляемых в дерево проекта:• •• σ1 – Maximum Principal;• •• σ2 – Middle Principal;• •• σ3 – Minimum Principal.• Направление осей системы координат, в которой реализованы главныенапряжения и деформации, может быть графически изображено спомощью объекта Vector Principal.• Напряжения, действующие в направлении нормали к некоторой заданнойплощадке, называются нормальными и могут быть выведены с помощьюобъекта Normal Stress. Для вывода сдвиговых (касательных) компоненттензора напряжений используется объект Shear Stress. Максимальноесдвиговое напряжение определяется как полуразность главныхнапряжений:• Для оценки напряжений в элементах исследуемой конструкции удобноиспользовать эквивалентные напряжения (напряжения Мизеса), которыевычисляются по формуле• Для вывода эквивалентных напряжений используется объект Equivalent(vonMises).

Эквивалентные напряжения всегда являются положительнойвеличиной, поэтому по ним нельзя определить вид напряженного состояния(сжатие/растяжение).• Интенсивность напряжений (Stress Intensity) позволяет определить видпреобладающего напряженного состояния (сжатие/растяжение) и вычисляетсяпо формуле• Энергия упругих деформаций (Strain Energy), вычисляемая для каждого КЭ путеминтегрирования по объему, также может быть выведена как результат расчета.• Для области, на которой задано граничное условие, например перемещение(Displacement) или закрепление (Fixed Support), может быть вычислена реакциясила (Force Reaction) или реакция-момент (Moment Reaction).• Для каждой отображаемой в результатах величины необходимо задать следующиесвойства:• •• метод выбора области для вычисления на ней результата: элемент геометрии(Geometry Selection), именованная выборка (Named Selection), вспомогательная линия(Path) или плоскость (Surface);• •• геометрия, для которой вычисляются результаты (Geometry);• •• тип результатов (Type);• •• способ вывода результатов (By): по времени (Time), по набору результатов (Result Set),максимальный по времени (Maximum over Time), время максимального значениярезультата (Time of Maximum);• •• идентификатор результата (Identifier) – имя переменной, которое может бытьиспользовано при вычислении величины по формуле, заданной пользователем;• •• способ отображения (Display Options).• Список дополнительных результатов доступен в окне Worksheet.

Для их отображения враздел Solution дерева проекта необходимо добавить объект пользовательскогорезультата (User Defined Result). Вызов окна Worksheet производится нажатиемодноименной кнопки на панели инструментов.• В свойствах объекта пользовательского результата может быть задано математическоевыражение, содержащее переменные из колонки Expression окна Worksheet, напримерLOCX + LOCY, т.

е. сумма перемещений по оси X и по оси Y.••••••••••••••••••В свойствах раздела Solution производятся следующие настройки:•• управление процессом адаптивного сгущения сетки при решении нелинейной задачи:–– количество стадий измельчения сетки (Max Refinement Loops),–– глубина измельчения (Refinement Depth);•• источник сетки для обработки результатов (Mesh Source): модель/файл результатов;•• расчет результатов в сечении балок (Calculate Beam Section Result).Подраздел Solution Information отвечает за вывод различных результатов, связанных с процедурой решениязадачи (например, график процесса сходимости и текстовая информация, выводимая в процессе решения).В настройках раздела (строка Solution Output) можно выбрать тип выводимых данных:•• информация, выводимая решателем (Solver Output);•• график процесса сходимости (см.

п. 4.6.5):–– сходимость по силам (Force Convergence),–– сходимость по перемещениям (Displacement Convergence),–– сходимость по моментам (Moment Convergence),–– сходимость по вращениям (Rotation Convergence);•• максимальное приращение значения основной неизвестной (Max DOF Increment);•• параметр алгоритма линейного поиска (Line Search);•• изменение времени в процессе расчета (Time);•• изменение приращения времени в процессе расчета (Time Increment).Выводимая информация обновляется с частотой, заданной в строке Update Interval.• График процесса сходимости при решении некоторых нелинейных задачможет содержать очень большое количество точек.

Задать количествоотображаемых на графике точек можно в строке Display Points.• Для управления отображением невязки при решении нелинейной задачииспользуется строка Newton-Raphson Residuals.• Список свойств FE Connection позволяет настроить графическоеотображение связей в КЭ-модели.

В строке Display может быть выбран типвыводимых связей:• •• все типы (All FE Connectors);• •• уравнения связей (CE Based);• •• балки (Beam Based);• •• связи, генерируемые при активации опции ≪мягких пружин≫(WeakSprings).• Также можно задать цвет (Line Color), толщину (Line Thickness) и типотображаемых линий (Display Type)..