Пособие по МКЭ (864300), страница 12
Текст из файла (страница 12)
В противном случае размерыобъекта в конечноэлементной модели будут искажены, что приведетк занижению или завышению на несколько порядков результатоврасчета (величин механических напряжений и деформаций).На вкладке Interfaces в поле Analysis Type задается тип конечноэлементного расчета. Краткое описание типов расчетов, применяемых при проектировании грузоподъемных машин, приведенов табл.
7.По умолчанию расчет считается статическим, поэтому для большинства инженерных задач задание типа расчета до создания конечноэлементной модели не требуется.Таблица 7Типы конечноэлементных расчетов, реализованных в NX NastranНазваниеStsticNormal Modes/EigenvalueTransient Dynamic/Time HistoryFrequency/Harmonic ResponseBucklingNonlinear StaticNonlinear Transient ResponseDesign OptimizationSteady-State Heat TransferTransient Heat TransferОписание расчетаСтатический расчет объектаРасчет собственных частот и форм колебаний объектаДинамический расчет объекта под действием изменяющихся во времени нагрузокРасчет динамических откликов при воздействии случайных динамических нагрузокРасчет коэффициента запаса устойчивостиНелинейный статический расчет.
Используется при решении геометрически и физически нелинейных задачНелинейный динамический расчет объектапод действием изменяющихся во временинагрузокОптимизация конструкцииИсследование стационарного теплообменаИсследование нестационарного теплообменаВ рамках выполнения учебных задач работа с другими настройками пакета конечноэлементного анализа не предусмотрена. Их изменение может привести к сбоям в работе программы и искажениюрезультатов расчета.83Расчеты с использованием универсальных программных комплексов2.1.6. Алгоритм расчета несущей металлоконструкциигрузоподъемной машины методом конечных элементовВ основу разработанной методики анализа напряженнодеформированного состояния и нагруженности металлоконструкциикрана-манипулятора методом конечных элементов легли исходныеположения [15, 16, 26, 27].На рис.
45 показана укрупненная блок-схема алгоритма расчетагрузоподъемной машины методом конечных элементов. Алгоритмвключает следующие этапы.1. Создание геометрической модели.2. Создание сеточной модели.3. Определение свойств материала (обычно используется линейная изотропная модель).4. Определение свойств конечных элементов (property).5. Определение кинематических граничных условий (закреплений модели в узлах или по геометрическим объектам).6. Определение силовых граничных условий (внешних нагрузок, силовых полей, температуры).7. Настройка параметров нелинейного расчета (если требуется).8.
Настройка решателя (выбор типа расчета, выбор граничныхусловий, определение параметров расчета).9. Расчет конструкции.10. Чтение результатов расчета (получение доступа к файлам срезультатами и передача информации в постпроцессор).11. Просмотр результатов (построение изолиний, графиков, создание отчетов, сохранение информации в файлы).12.
Анализ результатов.13. В случае сбоя расчета или получении некорректных результатов следует проверить параметры созданной конечноэлементноймодели и повторить расчет. Если внесенные изменения не приводят кполучению точного решения следует построить новую модель. Основные ошибки и методы их исправления приведены в разд. 2.1.13.Пошаговые инструкции и примеры выполнения отдельных этапов алгоритма в программном комплексе NX Nastran приведены в последующих разделах. Данный алгоритм остается неизменным привыполнении расчетов в любом промышленном программном комплексе конечноэлементных расчетов.84Расчеты с использованием универсальных программных комплексовРис.
45. Укрупненная блок-схема алгоритма расчетагрузоподъемной машины методом конечных элементов85Расчеты с использованием универсальных программных комплексов2.1.7. Построение геометрической моделиГеометрическая модель полностью определяет облик объектаисследования. Поэтому в ней не должно содержаться ошибок и вырожденных элементов.Дело в том, что для конструктора достаточно воспроизвестивнешний облик объекта в геометрической модели. При этом не важно, каким образом была построена модель. Однако у инженерапрочниста могут возникнуть проблемы при разбиении данной моделина конечные элементы.
Рассмотрим ряд типичных ошибок.При построении поверхностных моделей при стыковке составляющие поверхности могут не плотно прилегать друг к другу. В этомслучае образуется зазор с шириной, много меньшей, чем размер объекта. На экране компьютера оба варианта будут выглядеть одинаково(рис. 46,а). Здесь стыкуются плоскости П1 и П2.Однако при большом увеличении (рис. 46,б) зазор будет виден.При разбиении этой геометрической модели в конечноэлементнойсетке возникнет разрыв, что приведет к искажению результатов расчета. Кроме этого, не будет обеспечено совпадение узлов конечныхэлементов на стыкуемых плоскостях, что усложнит исправление конечноэлементной сетки. Пример правильного построения показан нарис. 46,в, в этом случае будет построена равномерная конечноэлементная сетка без разрывов.а)б)Рис.
46. Разрыв в геометрической модели:а – стыкуемые объекты; б – неправильное построение;в – правильное построение86в)Расчеты с использованием универсальных программных комплексовПроследим последствия наличия разрыва на примере расчетатонкостенной балки коробчатого сечения, нагруженной вертикальнойизгибающей силой (рис. 47,а). При наличии зазоров вдоль граней АВи СD будут получены ошибочные результаты (рис. 47,б). Результатырасчета для правильной модели показаны на рис. 47,в.а)б)в)Рис. 47.
Последствия разрыва конечноэлементной сетки:а – расчетная схема: б – деформации при наличии разрыва (прогиб тольковерхней плоскости); в – деформации правильной моделиПри построении твердотельных геометрических моделей в видесборок одни элементы объекта могут проникать в другие (рис. 48,б).Здесь верхняя часть сборки проникает в нижнюю.а)б)Рис. 48.
Последствия разрыва конечноэлементной сетки:а – правильная модель; б – модель с проникновениемПри построении конечноэлементных моделей конечные элементы верхней части окажутся наложенными на конечные элементынижней части. Это приведет к локальному увеличению жесткости конечноэлементной сетки. Кроме этого, будет невозможно корректносшить конечные элементы в зоне стыка. Здесь возникнут искусственные концентраторы напряжений в виде изломов.87Расчеты с использованием универсальных программных комплексовНа рис. 49 показана блок-схема алгоритма построения геометрической модели.Рис.
49. Блок-схема алгоритма построениягеометрической моделиЕсли металлоконструкция грузоподъемной машины являетсятонкостенной, то ее геометрическая модель набирается из поверхностей, построенных на основе образующих линий. Следует отметить,что построение геометрической модели внутренними средствами пакета конечноэлементного анализа наиболее трудоемко.88Расчеты с использованием универсальных программных комплексовПоэтому рекомендуется использовать специализированный редактор (CAD-систему), в котором строится геометрическая модель,состоящая из поверхностей нулевой толщины.
К сожалению, такиеповерхности поддерживаются не всеми редакторами. В этом случаестроится объемная геометрическая модель. После экспорта выполняется преобразование объемных тел в набор поверхностей. Если объемные тела представляют собой объемные тонкостенные элементы,то строятся их срединные поверхности, которые образуют базовуюгеометрическую модель. В противном случае объемное тело подвергается декомпозиции (разбиению на поверхности, ограничивающиеего объем) с последующим удалением лишних поверхностей. Послепреобразования исходные объемные тела удаляются.Если для расчета грузоподъемной машины будут использованыстержневые конечные элементы, то базовую геометрию целесообразно строить с помощью встроенных средств пакета конечноэлементного анализа.После создания геометрической модели проводится ее экспорт впакет конечноэлементного анализа.
При экспорте необходимо обеспечить совпадение настроек единиц измерения во взаимодействующих программных пакетах (разд. 2.1.5).Перед созданием сетки конечных элементов из геометрическоймодели получается расчетная геометрическая модель путем исключение объектов, приводящих к усложнению модели, но существенно невлияющие на точность результатов расчета.
В том числе: технологические отверстия для установки крепежных элементов, направляющие устройства для закрепления электрических кабелей, недеформируемые элементы.Рассмотрим основные приемы построения геометрической модели в CAD-системе на примере программного комплекса Компас3D.
Эта система автоматизированного проектирования разработанароссийской компанией «АСКОН». Система поддерживает возможности трехмерного твердотельного геометрического моделирования иоформления проектной и конструкторской документации согласностандартам серии ЕСКД и СПДС [25].Программа предназначена для работы с файлами конструкторской документации и геометрических моделей. Рассмотрим основныетипы файлов.89Расчеты с использованием универсальных программных комплексовЧертеж (*.cdw) – изображение детали или сборочной единицы(узла, агрегата, изделия) на плоскости с обозначением размеров.Фрагмент (*.frw). – то же самое, что и чертеж, но выполняемыйбез рамки и основной надписи.Текстовый документ (*.kdw) – текстовые файлы используютсядля написания пояснительной записки к проекту.
При этом набранный текст автоматически помещается в стандартную рамку.Спецификация (*.spw) – документ, содержащий спецификациии позволяющий автоматически создавать таблицы.Деталь (*.m3d) – трехмерная твердотельная геометрическаямодель детали машины или элемента конструкции, не имеющая разрывов или соединений.Сборка (*.a3d) – трехмерная модель нескольких деталей илиэлементов, образующих единое целое. Сборка состоит из описаниядеталей и их взаиморасположении друг относительно друга.После запуска программного комплекса на экран выводитсяглавное окно программы (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
