Рыбников_MSC_Patran_user_guide_р1 (780646), страница 10

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

Текст из файла (страница 10)

Проверка конечно-элементной моделиСуществует такое понятие, как совершенная конечно-элементная модель, которое исключает тривиальные случаи – одноэлементные модели.– 54 –Каждая конечно-элементная модель создаётся для предсказания поведения модели в реальных условиях. Точность модели может изменяться взависимости от того, какие элементы в ней используются. Очень важнапроверка точности конечно-элементной модели для выявления повторяющихся элементов, не соединенных в группы частей элементов (unequivalence).MSC.Patran имеет некоторое количество операций, позволяющих проверять конечно-элементную модель.

Осуществляются они путём заданияVerify Action в панели Finite Elements.При проверке сначала тестируется геометрическая форма элементов.1. Aspect ratio – вычисляется специальный коэффициент, оценивающий соотношение противоположных рёбер элементов, плоскостей илиглавных направлений в плоскостях или твёрдых телах. Например, в Quadэлементе этот коэффициент определяет соотношение длины к ширине.

Длянормальных условий конечный элемент имеет большую точность, еслиэтот коэффициент приближается к единице.2. Warp – мера коробления – это степень отклонения угловой точкив Quad элементе от плоскости его расположения.3. Skow – мера смещения – это угловое отклонение от прямоугольной формы углов в плоскости элементов.4.

Taper – мера конусности – это геометрическое отклонение отпрямоугольной формы в Quad элементах.5. Угол ребра – это мера, которая измеряет максимальное отклонениеугла между плоскостями твёрдотельного элемента (Solid).6. Также как описано в пунктах 1-5, оценивается искажение поверхностей по короблению, скошенности, конусности.7. Twist – мера кривизны – это измерение изгиба между противоположными плоскостями твёрдотельных элементов, таких как Wedge, Hex.Другие тесты для элементов:1. Тестирование границ для элементов со свободными рёбрами несмежных элементов.

Этот тест важен для проверки несоединённых в группы элементов модели.2. Проверка дубликатов элементов, присоединенных к одному узлу.3. Для пластин из одиночных элементов (Shell-элементы) осуществляется проверка на согласование нормалей между элементами (Normalscheck).4. Проверка Jakobian Ration (отношения Якобиана) – базируетсяна максимальном отклонении и минимальной величине каждого элемента вопределителе Якобиана (Jakobian Zero test).– 55 –5.

Идентификационный цветовой код элемента базируется на их IDномерах. Это полезный тест для визуальной оценки числового диапазонаэлементов и порядка моделирования.Другие тесты включают смещение узлов от средней плоскости дляэлементов высоких порядков, суперэлементных границ и изображенийконтурных линий, базирующихся на ID величинах узлов.Для многих этих тестов можно задать границы величин или процентколичества элементов, которые не должны выходить за эти границы. Вомногих случаях результаты проверки на экране выделяются цветом. Элементы, не входящие в заданный допуск, выделяются обычно красным цветом.Правильная установка величины допуска становится материалом дляэкспериментов с частными типами элементов.

Например, линейный треугольный элемент может быть очень чувствительным к искажению, в товремя как квадратичный треугольный элемент (элемент, у которого ребрапредставлены квадратичными параболами) может давать хорошие результаты даже с достаточно высокой степенью искажения. В то же время, используя консервативные величины можно увеличить качество конечноэлементной сетки, что может сократить затраты времени для проверки имодификации модели.Когда тест определил некачественные элементы, то необходимо воспользоваться следующими опциями:1. Изменение сетки модели.Замена сетки элементов другой часто является лучшим способом сохранить время, особенно когда новая сетка элементов незначительно изменяет время анализа.

В случае, когда некоторые элементы имеют плохойкоэффициент Aspect Ratio, нанесение другой сетки с другой плотностьюпо наибольшему ребру может быстро решить эту проблему.Для того, чтобы создать другую сетку элементов необходимо:– удалить первоначальную сетку путём Delete/Mesh на панели Finite Elements;– создать новую сетку элементов путём Create/Mesh, указав рядсоответствующих опций, рассмотренных выше.2. Модернизация одиночных элементов.Для некоторых проверочных тестов, включающих Quad элементы,MSC.Patran обладает автоматическими способами для модернизации элементов, которые выходят за допуск.

Например, когда Quad элементы имеют плохое Aspect Ratio, имеются опции для автоматического деления ихна меньшие элементы в их угловых точках.– 56 –Альтернативно можно напрямую выполнить операции создания и модернизации конечно-элементной модели (см. раздел «Прямое моделирование конечных элементов», стр. 54.)Проверка заданного допускаMSC.Patran не делает изменений в проверяемой модели, базируясь нарезультатах проверочных тестов. Эти результаты предназначены как руководство для дальнейших действий, которые помогут улучшить точностьрешения в заданной области модели.

Следовательно, можно увеличитьвеличину допуска, когда используются элементы высоких порядков, иликогда дефектные элементы расположены в некритичной области модели.В общем, создание конечно-элементной модели должно стать рутинной операцией в процессе конечно-элементного моделирования.Комплексность многих сеток элементов в комплексе с ограниченнымивизуальными возможностями означает, что невозможно увидеть искаженияна модели. Например, дубликаты элементов часто видятся как один элемент, и искажённые элементы могут быть не видны среди плотной комплексной сетки элементов.– 57 –5. ЗАДАНИЕ СВОЙСТВ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЙ МОДЕЛИ,НАГРУЗОК И КОНЕЧНЫХ УСЛОВИЙ5.1 Моделирование материала элементовВ системе MSC.Patran материал задаётся как именованная группасвойств, относящаяся к материалу, которая необходима для индивидуального анализа конечно-элементной модели.Свойства материала дают системе MSC.Patran информацию о том, изчего сделана модель (сталь, композит и т.п.), определяют атрибуты (свойства) этого материала: плотность, жёсткость, модуль эластичности, коэффициент Пуассона и т.

п..В системе имеется несколько прикладных панелей для материала, которые позволяют создавать, модифицировать, показывать и удалять материал.Каждая задача и объектный код расчётной программы имеет разнуюгруппу материалов. Свойства материала зависят от ряда факторов:– тип анализа (структурный или тепловой);– объектныйкодрасчётнойпрограммы(MSC.Nastran,MSC.DYTRAN, MSC.MARC, ANSYS и т.п.);– как будут вводиться свойства материала из внутренней библиотекиили внешней;– выбор определённых базовых характеристик (таких как тип материала, одна или более характеристик, составляющих модель материала);– в некоторых случаях тип элемента, которому назначается материал.Когда задаются только свойства материала, это еще не назначениесвойств элементам модели. Только, когда свойства элемента созданы, имеется материал и только тогда осуществляется связь с моделью. Свойстваэлемента относятся как к модели, так и к материалу.После того, как материалы определены и отнесены к модели, можновыбрать графическое окно материальных свойств View Part, котороевключает xy график выбранных свойств.

Можно также просмотреть графикупругих свойств или матрицу податливости как результат задания свойствматериала.5.1.1. Основные концепции и определенияВ системе MSC.Patran имеют ряд типов моделей материала и методов,с помощью которых можно задавать свойства этих материалов.– 58 –MSC.Patran использует пять однородных (Homogeneus) типов материала, которые выбираются как Object на прикладной форме, относящейся к материалам.5.1.2. Типы эластичных материаловIsotropic (изотропный) – свойства одинаковы во всех направлениях(имеются две постоянные, определяющие упругие свойства материала: E иG).2D Orthotropic (плоский ортотропный) – свойства переменны вглавных направлениях (шесть постоянных, определяющих упругие свойства материала).3D Orthotropic (объёмный ортотропный) – свойства переменны вглавных направлениях (девять упругих постоянных и задаются матрицейсвойств).2D Anisotropic (плоский анизотропный) – свойства изменяются впроизвольных направлениях (шесть упругих постоянных).3D Anisotropic (объёмный анизотропный) – свойства изменяются впроизвольных направлениях (21 упругая постоянная).5.1.3.

Типы композитных материаловВ дополнение к однородным материалам можно задавать композитные материалы, которые базируются на «расслаивании» однородного материала, используя один из нескольких методов. Композиты – это сложныематериалы и MSC.Patran предоставляет для них несколько подформ длязадания свойств материалов.Для того чтобы задать композитный материал необходимо определитьоднородные материалы, которые формируют слои, толщины каждого слоя,угловую ориентацию слоев относительно стандартных осей координат используемой модели. Ориентация особенно важна для ортотропных и анизотропных материалов, чьи свойства изменяются в разных направлениях.Для композитных материалов используются четыре метода их конструирования (таблица 4). Два из них содержат более чем одно направление:существуют пять подметодов Halpin-Tsai и два подметода Short Fiber.5.1.4.

Стандартные модели (Constitutive Models)В структурном анализе, стандартные модели описываются зависимостью «напряжения в функции деформации», которая определяет свойстваматериала используемого в модели.– 59 –Таблица 4Методы конструирования композитных материаловНазначение кМетодВидоизменениеАлгоритмприменениюСлоистые пластины и1. Laminate Includes a choice of Классичеstacking sequence ская теория твёрдые тела(сложный)for structural analy- слоевsesОбъёмноОбъёмные композиты2. Rules OfНе определенавесовое ус- со сложными фазами,Mixturesреднениепроизвольной ориен(правила петации и произвольрешивания)нымиобъёмнымивключениями (фракциями)3.Halpin- 1.Непрерывное во- Halpin-Tsai Двухфазные композиуравнениятылокно(Fiber)Tsai2.Дискретное волокно3.Непрерывнаялента4.Particulate.(специфический)Интегриро- Коротковолонистые4.

Short Fi- 1.1D-композитвание по ме- композиты, чье расber (коротко- 2.2D-композиттоду Монте- положение описываволокнистый)Карлов ется распределениемкомбинации Гаусса или поверхнос объёмно- стнымвесовым усреднениемПримеры стандартных моделей:Упруго-линейный (Linearelastic): материал деформируется пропорционально прикладываемой силе и возвращается к своей первоначальнойформе, когда нагрузка снимается. В простейшем случае этот тип материаламожет быть определён двумя коэффициентами:– модулем Юнга ( E ), который устанавливает зависимость междунапряжениями и деформациями,– 60 –– коэффициентом Пуассона, который определяет деформации в различных ортогональных направлениях.Эластопластичный: у этого материала зависимость «напряжениедеформация» линейно растет (эластичность), достигая определённогоуровня напряжения, и затем не превышает его (пластика).Можно определять много моделей для одного материала (таких какэластичная, пластичная, с ползучестью).

Характеристики

Список файлов книги