Возможности ANSYS (1050650), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Это дает возможность выполнятьанализ для композитных материалов, состоящихиз волокон, ориентированных в разныхнаправлениях и имеющих разные свойства;например, выполнить анализ теплообменника изстекловолокна.Имеетсяавтоматическийпостроительдвумернойсеткимелкогоразмера,ориентированной вдоль некоторой границы,обеспечивающий чрезвычайно резкое укрупнениесетки (в 1000 ...
10000 раз) по нормали к границе.Это дает возможность получить наиболееподходящую сетку и управлять ее качеством.Иметь такое средство весьма удобно привыполнении таких сложных видов анализа, какгидродинамический или электромагнитный, нооно приемлемо для любого анализа. Наличиеавтоматического построителя послойной сеткипозволяетпользователюсоздаватьвысококачественную сетку, ориентированнуювдоль некоторой преграды, и использовать ее врасчете параметов движения сплошной среды.Пользовательнайдеттакуювозможностьполезной при моделировании сложных вгеометрическом отношении областей течениясплошной среды, для которых разделениерасчетной модели на отдельные части ипостроение упорядоченной сетки вручнуюявляется весьма трудоемким.Рис. 30С помощью средств модуля ANSYS/FLOTRANполучена картина скоростей обтекания воздухомлетящего мяча для американского футбола.Скорость мяча 100 км/ч, угловая скорость 10Офис 1703, 77, Щелковское шоссе, Москва, 107497, РоссияФакс 913-23-00e-mail: cadfem@online.ruВозможности программыоб/с, угол атаки 15 градусов.
Q-разрезыуказывают векторы скорости воздушногопотока и значения давления.Движение среды в трубопроводахАнализом движения сплошных сред втрубопроводахустанавливаютсязначениядавления, скоростей и параметры теплообмена втаких замкнутых системах, как, например, вохлаждающей системе автомобиля.
Этот виданализа пригоден для любых систем с постояннойскоростью потока несжимаемой жидкости.Конечно-элементнаяформулировкатечения жидкости в трубопроводе имеетследующий вид:СT0где[СT ]{T}{T}{P}[KT ][KP ]{Q}{w}{QG }{H}00T0KT00KPTPQwQGH- матрица удельных теплоемкостей;- вектор узловых температур;жидкости (включая конвективный теплообмен) наповерхность твердых тел. Так, например, спомощью указанных конечных элементов можномоделировать влияние на температурное полевращающихся турбинных лопаток потокавоздуха, проходящего через них.Акустический анализС помощью средств акустического анализапрограммы ANSYSможно исследоватьраспространение звуковых волн в сплошныхсредахилианализироватьдинамическоеповедение системы, находящейся в потоке газаили жидкости (рис.
31). Например, средстватакого анализа позволяют определить частотнуюхарактеристикугромкоговорителя,оценитьакустику концертного зала или влияниедемпфирующего эффекта воды на вибрациюкорпуса судна.- производная по времени вектораузловых температур;- вектор узловых давлений;- матрица теплопроводности с учетомконвекции и массопереноса;- матрица давлений;- вектор узловых тепловых потоков;- вектор узловых массовых потоков;- вектор внутренних тепловыхисточников;- вектор сил тяжести и эффектовперекачивания (векторгидравлического напора).В том случае, когда интерес представляюттолько скорость потока и давление, вформулировке проблемы можно пренебречькомпонентами температуры. Задача движениясплошной среды в трубопроводах являетсянелинейной, так как матрица теплопроводностименяется вместе с изменением перепада давления.Поэтому в программе ANSYS решение дляскорости потока и градиентов температурынаходится посредством итераций, и матрицатеплопроводности обновляется на каждойитерации в соответствии с новым перепадомдавления.
Процесс итераций продолжается до техпор, пока не достигается установленный критерийсходимости в пределах числа итераций,указанных пользователем.В результате решения получают давление вкаждом узле и расход рабочего тела для каждогоконечного элемента. Средствами постпроцессораможно получить графические представления длядавлений, скорости потока и распределениятемпературы.Крометого,имеетсявозможностьиспользоватьтермо-жидкостной,трубчатыйконечный элемент совместно с трехмернымконечным элементом пограничного слоя, для тогочтобы моделировать воздействие потока газа илиПредставительство CAD-FEM GmbH в СНГТел. (7-095) 913-23-00, 468-81-75Рис.
31Для расчета уровня звукового давленияпрямоугольной мембраны как функции частотывозбужденияиспользованывозможностигармонического анализа программы ANSYS.В программе ANSYS акустический анализвозможен с помощью двумерных и трехмерныхконечныхэлементов,специальнопредназначенных для описания поведенияжидкости или газа. Кроме того, есть конечныеэлементы граничных условий на бесконечности,которые моделируют распространение волн вокружающей среде. Перечисленные конечныеэлементы дают возможность создавать моделисплошнойсредыиучитыватьсиловоевоздействие потока газа или жидкости наконструкцию. Изменения плотности средыпредполагаются малыми.Для случая акустического анализа конечноэлементная формулировка взаимодействия потокаОфис 1703, 77, Щелковское шоссе, Москва, 107497, РоссияФакс 913-23-00e-mail: cadfem@online.ru44Перевод и редактирование Б.Г.
Рубцова, оформление Л.П. Остапенкогаза или жидкости с твердым телом принимаетвид:MS℘оRT0MFupCS0KS0где[MS], [CS], [KS][MF], [CF], [KF][R][℘о]{u}, {u}, {u}{p}, {p}, {p}{FS}-RKF0CFupupFS0- матрицы масс,сопротивлений и жесткостиконструкции соответственно;- матрицы масс,сопротивлений и жесткостижидкости или газообразнойсреды соответственно;- матрица взаимосвязи“давление-перемещение”;- средняя плотность среды;- векторы перемещений,скоростей и ускоренийконструкции;- давление и его производныепо времени;- вектор приложенных кконструкции сил.В результате решения определяютсязначения перемещений в конструкции и давленияв жидкости или газе.
На стадии постпроцессорнойобработки имеется возможность строить графикиузловых перемещений и давлений или получатьпредставления результатов расчета в виде изобари деформаций элементов конструкции.Анализ связанныхфизических полейПрипроектированиисистем,подвергающихсявоздействиютепловых,механических,гидроаэромеханических,электрических и электромагнитных полей, частотребуется учесть их совместное влияние.Например, при расчете сосуда высокого давленияможет потребоваться учет как внутреннегодавления, так и нагрузок, возникающих за счеттемпературных деформаций.
В качестве другогопримера может служить определение энергиивихревых токов и влияние скин-эффектов всвязанном электромагнитном анализе линииэлектропередач или проводника в пазахэлектромашины. В каждом из этих случаевсвязанный анализ может иметь важное значениедля получения общего решения.В программе ANSYS связывание разныхполей может достигаться либо непосредственно применением особых конечных элементов, либонепрямымспособомпоследовательнымпроведением анализов разного типа, следующихдруг за другом.При непосредственном связывании врасчете используются конечные элементыПредставительство CAD-FEM GmbH в СНГТел.
(7-095) 913-23-00, 468-81-75связанной задачи. Эти элементы имеютмножественные степени свободы (для полейразличной природы) в каждом узле, чтобыосуществлятьперекрестныесвязимеждупеременными,относящимисякразнымтехническим дисциплинам. В этом случаепоследовательный анализ не требуется, так каксвязывание встроено в разрешающие уравнениязадачи с помощью матрицы элементов иливекторов нагрузок на элементы. Примеромвзаимодействия полей, при котором требуетсянепосредственное связывание, является расчетэлектромагнитного привода, когда питающеенапряжение и ток совместно прикладываются ккатушкесоленоидапричисленноммоделировании электромагнитного поля.В отличие от прямого метода расчетанепрямой метод связанного анализа состоит ввыполнении двух следующих друг за другомвидов анализа, которые относятся к разнымобластям применения.
Эти две областиприложений связываются путем использованиярезультатов первого анализа в качестве нагрузокдля второго. Перенос результатов осуществляетсяс помощью всего одной ANSYS-команды.Например, при выполнении термо-прочностногоанализа узловые температуры, полученные втепловом расчете, являются температурныминагрузками для последующего прочностногорасчета.Непрямойметодцелесообразноиспользовать в тех однозначных ситуациях, когдакцелиприводиттолькоопределеннаяпоследовательность выполнения видов анализа.Во многих случаях непрямое связывание нетолько эффективнее прямого, но и более удобно,так как имеется возможность выполнять расчетынезависимо.
Обратимся вновь к рассмотренномувыше примеру. Тепловой анализ может бытьнелинейным и нестационарным, тогда как расчетнапряжений может выполняться в линейнойпостановке.С помощью программы ANSYS возможнорешение связанных задач для пересеченийследующих областей знания: теплообмен прочность, магнетизм - теплообмен, магнетизм механика конструкций и сооружений, теплообменэлектричество,гидроаэромеханикатеплообмен, гидроаэромеханика - механикаконструкций и сооружений, гидроаэромеханика электромагнитноеполе,электромагнетизм,электромагнитные явления в электрическихцепях, прямой и обратный пьезоэффекты (рис.
32,33, 34). Для решения большинства этих задачможно использовать и прямой, и непрямойметоды связывания. Исключение составляютследующие виды анализа: пьезоэлектричество,скин-эффект и электромагнетизм в электрическихцепях , - в этих случаях следует применятьпрямое связывание.Офис 1703, 77, Щелковское шоссе, Москва, 107497, РоссияФакс 913-23-00e-mail: cadfem@online.ruВозможности программыРис. 32Этадвумернаяосесимметричнаямодельсилового возбудителя используется для решениясвязанной задачи при совместном учетепараметровмеханическогодвиженияиэлектромагнитного поля.Рис.
34График перемещения сердечника катушки. Вначальный момент перемещение отсутствует,так как требуется преодолеть усилиепредварительной затяжки.АнализявленийРис. 33Показана зависимость силы тока от времени вкатушке индуктивности при скачке напряженияна входе. Движение сердечника катушкиприводит к характерному провалу на кривой.Представительство CAD-FEM GmbH в СНГТел. (7-095) 913-23-00, 468-81-75пьезоэлектрическихСредствапрограммыANSYS,используемые при анализе пьезоэффекта, даютвозможность исследовать поведение двумерных итрехмерныхструктурпривоздействиипеременного и постоянного тока, приложенииэлектрическихимеханическихнагрузок,произвольно меняющихся во времени. Этот виданализа широко используется при разработкедатчиков-преобразователей,излучателей,резонаторов,микрофоновидругихэлектромеханических приборов и устройств.Длявыявленияразличныхсторонпьезоэлектрических явлений доступны четыретипа анализа:• Статический анализ для определениясмещенийгранейпьезокристалла,потенциаловэлектрическогополя,плотностиэлектрическоготокаираспределения напряжений.• Модальный анализ для выявлениясобственных частот и форм колебанийкристаллов.• Гармонический анализ системы навоздействие нагрузок синусоидальнойформы (ток, напряжение, усилия и т.д.),включаяопределениепараметровэлектрической проводимости, импеданса,электромеханических связей, деформаций,характеристикэлектрическогополя,плотноститокаираспределениянапряжений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
