2.1 Лаб работа 1 (1013910)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ
(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

«УТВЕРЖДАЮ» Заведующий кафедрой 609

О.Л. Смирнов

« » 200

Кафедра 609

Тютюнников Н.П., Столярчук В.А.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

«Этапы расчета в Nastran. Диалоговые окна Femap

»

по дисциплине «Программно-информационные комплексы»

8-ый семестр

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению лабораторной работы

(рассчитана на 4 часа занятий)

Обсуждены на заседании кафедры 609

« » 20 г.

Протокол №

Тютюнников Н.П., Столярчук В.А.

Лабораторная работа № 1.

Этапы расчета в Nastran. Диалоговые окна Femap

1. Этапы расчета в Nastran.

1. Введение

Грамотное применение метода конечных элементов (МКЭ) возможно только при хороших знаниях теоретических основ МКЭ и механики деформируемого твердого тела (сопротивление материалов, теория упругости, теория пластичности и ползучести и т.д.).

Для конструкции в целом получить решение, определить ее напряженно-деформированное состояние, как правило, невозможно. Но, как следует из материала теоретического курса, если конструкцию разбить на маленькие стерженьки, пластинки и кубики эту задачу все-таки удается решить.

Для того, чтобы решить задачу таким способом необходимо ответить на множество вопросов, главные из которых следующие:

- как описать конструкцию,

- как разбить ее на конечные элементы,

- как подготовить задание и запустить его на компьютере,

- как пользоваться результатами расчетов.

1. Программы.

Для расчета по МКЭ мы будем использовать программу NASTRAN. Это слово является аббревиатурой NAsa STRuctural ANaliysis. Аббревиатура явно была подобрана так, чтобы напоминать о языке программирования FORTRAN, на котором и создавалась эта программа. В 1963 году Ричард Мак-Нил (Dr. Richard MacNeal) и Роберт Швендлер (Mr. Robert Shwendler), разработав свою первую программу SADSAM, основали корпорацию MSC (MacNeal & Shwendler Corporation) с начальным капиталом 18000 долларов. В 1965 году NASA спонсировало проект по разработке единого подхода к компьютерному анализу деформируемых структур, в котором MSC приняла активное участие. В 1971 MSC выпустила запатентованную версию программы, уже имеющей название MSC.Nastran. С тех пор продукция фирмы MSC стала признанным в мире лидером в области конечноэлементных расчетов. Конечно NASTRAN не единственная конечноэлементная программа. Хорошо известны такие программные комплексы как Abaqus, Ansys, Cosmos, Marc, российская ДИАНА и др. Однако именно NASTRAN на сегодняшний день является наиболее широко используемой в мире программой конечноэлементного анализа.

Исходные данные для программы NASTRAN представляют собой обычный текстовый файл, который можно было бы подготовить, используя, например, NotePod.. Ниже приведен пример файла исходных данных для простейшей конструкции – стержня, растягиваемого продольной силой.

Файл представляет собой довольно большое количество идентификаторов и цифр. Отметим, что это только для одного элемента и одной действующей силы. Для реальных конструкций количество строк в таком файле десятки и даже сотни тысяч. Задача состоит в том, чтобы при составлении исходного файла не вкралось ни одной ошибки ни в одно число, не было пропущено ни одной запятой или наоборот не поставлено лишней. Эта задача решается специальными подсистемами.

Поэтому уже давно разрабатываются так называемые пре- и постпроцессорные программы.

И
сходный файл:

ID ROD EXAMPLE

SOL 101

TIME 5

CEND

LOAD=8

DISP=ALL

SPCF=ALL

ECHO=BOTH

BEGIN BULK

GRID,1,,0.,0.,0.,,123456

GRID,2,,0.,8.0,0.,,

FORCE,8,2,,20.,0.,1.,0.

CROD,1,15,1,2

PROD,15,5,4.909E-2

MAT1,5,30.E6,,0.3

ENDDATA

Назначение этих программ – подготовка и проверка данных для других программ, в нашем случае для NASTRAN’а, а также обработка и визуализация результатов расчета. Опять-таки из множества подобных программ для изучения мы выбираем одну ‑ FEMAP, как наиболее распространенную. FEMAP – аббревиатура слов Finite Element Modeling And Postprocessing. Программа является продукцией Structural Dynamics Research Corporation. На самом деле мы с вами в основном будем работать именно с программой FEMAP, которая, после того как мы, с ее помощью опишем конструкцию, уже сама, причем без ошибок, создаст текстовый файл для NASTRAN’а.

Окно программы выглядит достаточно привычно для любого человека, хотя бы изредка оказывающегося за компьютером.

Вверху синяя титульная линейка с названием программы FEMAP и именем файла, с которым мы работаем. До тех пор, пока мы не сохраним плоды нашей работы на жестком диске, вместо имени файла будет написано слово Untitled.

Ниже серая линейка меню. Каждое слово в ней обозначает группу команд определенного

назначения.

Если кликнуть по любому из этих слов мышью, откроется список доступных команд. С этими командами мы будем знакомиться постепенно, по мере необходимости.

Чуть ниже – горячие клавиши. Они обеспечивают быстрый вызов наиболее часто используемых команд. Горячие клавиши расположены и в правой чисти окна.

Больше всего места занимает черный прямоугольник – графическое окно. В этом окне будет изображаться создаваемая нами модель конструкции.

Наконец внизу серое окно сообщений. В нем черным шрифтом печатаются сообщения о том, как выполняются наши команды, пока все идет нормально. Если допустить явную ошибку, сообщение будет напечатано красным шрифтом. Обычно в этом окне видны лишь три последние строки сообщений. Однако, если потребуется, можно распахнуть окно сообщений на весь экран, дважды щелкнув по нему мышью. Повторный двойной щелчок вернет окно в прежние размеры.

1. Основные этапы построения модели и расчета

Как ни разнообразны задачи, которые можно решать с помощью программ FEMAP и NASTRAN, в их решении всегда можно выделить следующие пять этапов:

1. Описание свойств материалов и сортамента, используемых в конструкции.

2. Геометрическое описание конструкции

3. Построение конечноэлементной модели

4. Расчет

5. Изучение результатов (постпроцессорная обработка)

Следуя этому плану, мы решим сейчас задачу о растяжении пластины с круглым отверстием.

Материал – сплав Д16Т с механическими характеристиками: Е = 7200 кГ/мм², =0.3.

В лабораторной работе будет использоваться минимум средств, необходимых для решения этой задачи. Более подробно каждый этап будет рассмотрен на последующих занятиях

1. Работа

Чтобы не засорять своими файлами чужие каталоги, рекомендуется создавать свой личный каталог. Внизу в качестве примера организован такой личный каталог род именем TUTU.

1. Материалы и сортамент

Далее можно запустить FEMAP, щелкнув для этого дважды по его пиктограмме на рабочем столе. Можно найти FEMAP в списке программ и запустить его оттуда.

После того как окно FEMAP откроется, выберите пункт меню Model, а в выпавшем из него списке команд – команду Material. Далее подобные операции будем указывать следующим образом: Model – Material. На экране появится диалоговый бокс задания свойств материала (Define Isotropic Material).

В этом боксе отметим следующие окна:

ID – идентификационный номер материала. FEMAP нумерует все материалы, которые появляются в модели, и сам заносит в это окошко очередной свободный номер. При желании мы можем изменить этот номер, но чаще всего в этом нет смысла.

Title – название материала. Это окно мы заполняем исключительно для собственного удобства. В данном случае, например, название D16T всегда напомнит нам о том, что за материал скрывается под номером 1. Всегда заполняйте поле Title. И не будьте слишком экономны – длинное название набирать немного дольше, но оно сэкономит вам время позже, когда вы вернетесь к задаче через месяц, другой и по названию сразу вспомните, о чем идет речь.

Значения модуля Юнга Е и коэффициента Пуассона  заносим в соответствующие окна. Отметьте, что NASTRAN ничего не знает о системах единиц. Вы сами должны следить за тем, чтобы все величины для данной модели задавались в одной системе. И если модуль упругости вы задали в кГ/мм², не вздумайте в дальнейшем использовать для размеров метры или дюймы. Ничего хорошего из этого не получится.

Внимание! В окошке для модуля сдвига мы не заносим ничего. Однако это не значит, что при расчете для него будет принято нулевое значение. NASTRAN знает формулу из теории упругости и, имея две из этих величин, вычисляет третью.

В этом боксе есть и другие окошки, позволяющие задать предельные напряжения, плотность, тепловые свойства материала и прочие интересные вещи. В нашем расчете, однако, они не потребуются, и поэтому эти окошки оставляем пустыми.

Убедившись еще раз, что все окошки заполнены правильно, нажимаем ОК. После этого очищаются все окошки, а в окошке номера материала ID появляется номер 2.

То есть FEMAP готов к описанию следующего материала. Это вообще отличительная склонность FEMAP’а – после создания одного объекта данного типа (в нашем случае материала) диалоговый бокс не удаляется с экрана, а предлагает создать еще один объект того же типа. В нашей модели других материалов не будет и, поэтому мы отказываемся от этого предложения, нажимая кнопку Cancel. Конечно, в боксе описания материала есть еще другие кнопки, но их изучение пока отложим на будущее.

Теперь следует описать используемые сортаменты (Property). В нашем случае это толщина листа металла. Здесь используется лист толщиной 1мм, хотя в других конструкциях могут использоваться листы нескольких различных толщин. Итак, вызываем бокс описания сортамента посредством Model – Property. Появляется панель следующего вида (слева).

Здесь номер сортамента FEMAP вновь предлагает сам. Название (Title) следует давать осмысленное и информативное. Для задания материала нажимаем стрелочку у окошка материала и выбираем из списка материала (у нас в нем только один элемент) нужный. Наконец, в окошке толщины (Thicknesses, Tavg or T1) указываем 1мм. Рассмотрение остальных окошек откладываем на следующие занятия и нажимаем ОК. От описания следующего сортамента отказываемся (Cancel).

1. Геометрия

Описание геометрии начнем с создания самого простого геометрического объекта – точек (Points). Сначала создаем точки в углах прямоугольника. Вызываем команду Geometry-Point. Появляется диалоговый бокс создания точки

Примем для левого нижнего угла нулевые координаты и нажмем сразу ОК. На предложение ввести вторую точку введем координаты (100,0,0).

Создадим также точки с координатами (100,50,0) и (0,50,0). После этого закрываем бокс создания точек. Увидим, что не все созданные точки видны на экране. Для того, чтобы точки стали видны выполните команду View – Autoscale – Visible. В результате изображение будет масштабировано и центрировано. Обратите внимание, что в меню рядом со словом Visible написана комбинация «горячих клавиш» Ctrl+A. Это значит, что того же эффекта можно было бы добиться, не занимаясь поиском по лабиринтам меню, а просто, если держа нажатой клавишу Ctrl, нажать клавишу А. Старайтесь запоминать такие горячие клавиши. Их использование значительно ускоряет работу.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лабораторной работы