Программа ANSYS - краткий курс (1050670), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В таблице приведен перечень всех "прочностных"элементов.КатегорияФорма или признакНазвание элементаГибкие нитиОбщий элементБилинейный (кабель)LINK1, 8LINK10БалкиОбщий элементКлинообразныйПластический анализBEAM3, 4BEAM54, 44BEAM23, 24ТрубкиОбщий элементВ среде жидкостиПластический анализPIPE16, 17, 18PIPE59PIPE20, 60Массивноедвумерное телоЧетырехстороннийТреугольныйГиперупругий анализВязкоупругий анализБольшие деформацииГармонический анализPLANE42, 82PLANE2HYPER84, 56, 74VISCO88VISCO106, 108PLANE83, 25Массивноетрехмерное телоПараллелепипедТетраэдрМногослойныйАнизотропныйГиперупругий анализБольшие деформацииSOLID45, 95, 73SOLID92, 72SOLID46SOLID64, 65HYPER86, 58VISCO1076CAD-FEM GMBH REPRESENTATIONOFFICE 1703, 77, SCHELKOVSKOE SHOSSE, MOSCOW, 107497, RUSSIATEL: (095) 468-81-75, 460-47-22 FAX: (095) 913-23-00 E-mail: cadfem@online.ru_______________________________________________________________________ОболочкиЧетырехстороннийОсесимметричныйМногослойныйСдвиговыйSHELL93, 63, 41, 43SHELL51, 61SHELL91, 99SHELL28КонтактТочка - поверхностьТочка - точкаЖесткая поверхностьCONTAC48, 49CONTAC12, 52CONTAC26Связанные поляАкустическийПьезоэлектрическийТемператур.
напряженияМагнитно-прочностнойFLUID29, 30PLANE13,SOLID5, 98PLANE13, SOLID5, 98PLANE13, SOLID5, 98СпециальныесвойстваПружинаМасса"Управляемый" элементПоверхностный эффектПальцевое соединениеЛинейный возбудительГидродинамикаМатрицаCOMBIN14, 40, 39MASS21COMBIN37SURF19, 22COMBIN7LINK11FLUID38MATRIX27, 502.1. Нелинейный прочностной анализНелинейность поведения механических систем наблюдается в повседневной жизни.Так, например, при соединении листов бумаги с помощью скрепки происходитзначительное изменение ее первоначальной формы; чрезмерно нагруженная книжнаяполка с течением времени будет прогибаться все больше и больше; с ростом нагрузкина автомобиль увеличивается площадь контакта его колес.
Если обратиться к кривой"нагрузка-перемещение" для каждого из этих случаев, тообнаружится основнойпризнак нелинейного поведения систем: непостоянство жесткости конструкции.2.1.1. Природа нелинейностейИзменение жесткости может вызываться тремя основными причинами: изменениемсостояния (статуса) конструкции, геометрической конфигурации и характераповедения материала.Изменение состоянияПоведение многих распространенных конструкционных элементов оказываетсянелинейным при некотором изменении их состояния.
Так, например, гибкая нить может7CAD-FEM GMBH REPRESENTATIONOFFICE 1703, 77, SCHELKOVSKOE SHOSSE, MOSCOW, 107497, RUSSIATEL: (095) 468-81-75, 460-47-22 FAX: (095) 913-23-00 E-mail: cadfem@online.ru_______________________________________________________________________быть натянутой или свободно провисать, вал может находиться в контакте с опоройили нет, вечная мерзлота может быть в замерзшем состоянии или в оттаявшем.Жесткость таких и им подобных элементов меняется скачком и может зависетьнепосредственно от нагрузки или определяться некоторыми внешними причинами. Впрограмме ANSYS для моделирования состояния используются нелинейные элементы иопции "birth - есть", "death - нет".Геометрическая нелинейностьЕсли в конструкции имеют место большие деформации, то изменение конфигурациисистемы может вызвать ее нелинейный отклик.
Например, удилище при возрастаниипоперечной нагрузки на его конце изгибается так сильно, что плечо силы заметноуменьшается, а это приводит к нелинейному уменьшению перемещения концаудилища.Нелинейность поведения материалаНелинейность зависимости "напряжения-деформации" является обычной причинойнелинейного поведения конструкции. На поведение материала оказывают влияниемногие факторы, включая историю нагружения (в случае упругопластической реакциисистемы), внешнее условия (такие, как температура) и длительность времени, в течениикоторого действует нагрузка (при ползучести).2.1.2. Нелинейные (с изменяемым статусом) элементыНелинейным элементам присуще резкое изменение их жесткости, когда происходитсмена состояния (статуса) элемента.
В программе ANSYS моделировать такоеповедение жесткости можно с помощью нелинейных элементов, опций "birth - есть","death - нет" для соответствующих элементов и выбором переменных свойствматериала.Нелинейные элементыCONTAC48, CONTAC49: для моделирования 2-D и 3-D контактов типа "поверхностьповерхность"; используются для задач, в которых местоположение точек контактазаранее не известно.CONTAC12, CONTAC52: для 2-D и 3-D приложений, используются для описаниясжимаемого зазора при наличии трения скольжения между двумя определеннымиузлами; при этом местоположение точек контакта известно и при деформировании неменяется.CONTAC26: для 2-D приложений, используется для описания сжимаемого зазора приналичии трения скольжения между податливой и недеформируемой поверхностям.8CAD-FEM GMBH REPRESENTATIONOFFICE 1703, 77, SCHELKOVSKOE SHOSSE, MOSCOW, 107497, RUSSIATEL: (095) 468-81-75, 460-47-22 FAX: (095) 913-23-00 E-mail: cadfem@online.ru_______________________________________________________________________COMBIN40: однонаправленный (с одной степенью свободы) элемент длямоделирования контакта между двумя узлами; нелинейные свойства элемента содержатопции зазора, замыкание зазора после начального контакта и билинейную жесткость.LINK10: 3-D стержневой элемент, работающий только на растяжение или только насжатие.COMBIN14: линейный или торсионный амортизатор; жесткость элемента не меняется,демпфирующие свойства меняются пропорционально квадрату узловой скорости.COMBIN39: нелинейный пружинный элемент с кусочно-линейной жесткостью;поведение при сжатии и растяжении может различаться, быть консервативным илинеконсервативным.SHELL41: мембранный 3-D элемент, который может "сморщиться" при сжатии.COMBIN37: элемент, подобный COMBIN40, но с возможностью управлениясостоянием - его нелинейность можно описать трехчленным экспоненциальнымуравнением или в виде подпрограммы пользователя; типичная область приложений:механические амортизаторы, фрикционные муфты, предохранительные клапаны и т.д.COMBIN7: шарнирное (пальцевое) соединение двух тел для моделирования вращенийна большие углы в трехмерном пространстве (манипуляторы робота, коленвал скривошипно-шатунным механизмом).
Статус элемента меняется от свободноговращения (с трением или без) до упругого кручения; кроме того,можно ввестинелинейные свойства так же, как и для элемента COMBIN37.SOLID65: твердотельный 3-D элемент для моделирования железобетонныхконструкций, композитов и каменных материалов. Бетон (материал матрицы) можетрастрескиваться, разрушаться, деформироваться пластически и испытывать ползучесть.Материал арматуры обнаруживает пластичность и ползучесть."Обычный" контактРешение задач "обычного" контакта типа "поверхность-поверхость" представляет собойнелинейный анализ с возможностью учета больших деформаций, переменностиконтактного взаимодействия (смыкание-размыкание), кулонова трения скольжения имногих других нелинейностей.Для описания свойств нелинейных элементов следует задать некоторые числовыепараметры (константы), в том числе контактную жесткость KN.
Эта величина должнабыть достаточно большой, чтобы ограничить взаимное внедрение частей модели, но ненастолько большой, чтобы стать причиной плохойсходимости. В большинствеслучаевKN = fEh,где 0.01 < f < 100, обычно принимается f = 1;9CAD-FEM GMBH REPRESENTATIONOFFICE 1703, 77, SCHELKOVSKOE SHOSSE, MOSCOW, 107497, RUSSIATEL: (095) 468-81-75, 460-47-22 FAX: (095) 913-23-00 E-mail: cadfem@online.ru_______________________________________________________________________Е - модуль Юнга, для случая контакта двух разных материалов принимается большеезначение;h - характерный линейный размер зоны контакта.Контактную жесткость для очень податливых систем (балки, оболочки) следуетустанавливать не на основе задачи Герца, а путем расчета двух контактирующих тел с учетомих граничных условий.Для контроля величины внедрения поверхностей контакта задается допускаемаяпогрешность, обычно около 1% размера элементов на поверхности контакта.
Слишкоммалая величина приводит к чрезмерным затратам процессорного времени (скорее всего,сходимость вообще не будет достигнута).2.1.3. Влияние больших деформацийЖесткость конструкции зависит от ориентации и значений жесткости составляющих ееэлементов. Так как узлы модели смещаются, то происходит изменение формы иориентации элементов. В зависимости от требуемой точности расчета изменениемжесткости можно пренебречь, считая перемещения малыми. При больших деформацияхтребуется выполнение итераций для получения решения из-за взаимного влиянияжесткости системы и ее перемещений.Результаты расчета напряженно-деформированного состояния, выполненного с учетомбольших деформаций, выдаются в истинных напряжениях и истинных (илилогарифмических) деформациях.
Все конечные элементы, которые пригодны дляпроведения анализа больших деформаций, дают приемлемые результаты вплоть довеличины деформаций 50 %. Для тех пластических расчетов, где ожидаютсядеформации, превышающие 50 %, следует использовать элементы VISCO106, 107 и108.Нужно иметь в виду, что наличие "плохих" элементов (с чрезмерно большимотношением сторон, острыми или тупыми углами, со складками) отрицательносказывается на любой итерации нелинейного анализа. Поэтому следует обращатьвнимание на искаженную форму элементов, тем более что программа предупреждаеттолько о появлении элементов со складками.В ряде случаев нагрузки, действующие на конструкцию, могут существенно влиять наее жесткость в направлении, перпендикулярном плоскости действия нагрузки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
