Программа ANSYS - краткий курс

ПРОГРАММА ANSYS(КРАТКИЙ КУРС)ANSYS User's Manualfor Revision 5.0Volume IProcedures"Copyright 1995, ANSYS,Inc. All rights reserved. ANSYS,Inc. is a trademark of the manufacturer.Translation copy made by permission of ANSYS,Inc., but ANSYS,Inc. has not approved thistranslated version.

All issues regarding warranties will be governed by the English version of thisdocumentation provided by ANSYS,Inc."CAD-FEM GmbH, ZENTRALE GRAFING, MARKTPLATZ 2 ,D-85567, GRAFING B.MUNCHEN, TEL:(08092) 7005-0; FAX: (08092) 7005-77------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Снежинск – 1996CAD-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_______________________________________________________________________СОДЕРЖАНИЕ1.

ЭТАПЫ РАСЧЕТА ПО ПРОГРАММЕ ANSYS31.1. Построение модели31.2. Задание нагрузок и получение решения41.3. Просмотр результатов52. ПРОЧНОСТНОЙ АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ2.1. Нелинейный прочностной анализ2.1.1. Природа нелинейностей2.1.2. Нелинейные (с изменяемым статусом) элементы2.1.3. Влияние больших деформаций2.1.4. Моделирование нелинейных свойств материала2.1.5. Решение нелинейных задач2.1.6. Советы и рекомендации5778101013152.2. Статический анализ192.3.

Модальный анализ222.4. Анализ отклика на гармоническое воздействие232.5. Динамический анализ242.6. Определение критических нагрузок262CAD-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_______________________________________________________________________1.

ЭТАПЫ РАСЧЕТА ПО ПРОГРАММЕ ANSYSПрограмма ANSYS обладает многими возможностями конечно-элементного анализа от простого линейного статического до сложного нелинейного динамического(нестационарного). Процедура типового расчета может быть разделена на три основныхэтапа:• построение модели;• приложение нагрузок (включая и граничные условия) и получение решения;• просмотр и анализ результатов.1.1.

Построение моделиЭтот этап, по-видимому, требует наибольших затрат времени пользователя. Онвключает определение типов конечных элементов, их констант, свойств материала игеометрии модели.Задание типов элементовБиблиотека конечных элементов программы ANSYS содержит более 80 типов, каждыйиз которых определяет, среди прочего, применимость элемента к той или иной областирасчетов (прочностной, тепловой, магнитный и электрический анализы, движениежидкости или связанные задачи), характерную форму элемента (линейную, плоскую, ввиде бруска и т.д.), а также двумерность (2-D) или трехмерность (3-D) элемента какгеометрического тела.Задание констант элементовКонстанты элемента - это свойства, специфичные для данного типа элемента, такие, какпараметры поперечного сечения балочного элемента.

Например, для элемента BEAM3 балочного 2-D элемента - константами являются площадь поперечного сечения, моментинерции, высота и др.Задание свойств материаловСвойства материала требуются для большинства типов элементов. В зависимости отобласти приложения свойства могут быть линейными, нелинейными и/илианизотропными. Линейные свойства могут зависеть или не зависеть от температуры,быть изотропными или ортотропными. Зависимость свойств от температуры имеетформу полинома (вплоть до четвертой степени) или задается таблично. Нелинейныесоотношения, такие, как кривые деформирования материала для различных видовупрочнения, кривые ползучести, зависимости для радиационного распухания, описаниегиперупругих свойств, обычно задаются в виде таблицы. Анизотропные свойства дляупругих материалов задаются в матричном виде (следует обратить внимание на то, чтоописание анизотропной пластичности требует задания разных кривых "напряжениедеформация" для разных направлений).3CAD-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_______________________________________________________________________Создание геометрической моделиОсновной целью на этапе разработки геометрической модели является созданиеадекватной конечно-элементной модели, состоящей из узлов и элементов.

При созданииконечно-элементной модели используются два метода: твердотельное моделирование ипрямая генерация сетки. В первом случае описываются геометрические границымодели, затем программа берет на себя генерацию сетки с узлами и элементами;размеры и форму элементов можно контролировать. Во втором случае "вручную"задается положение каждого узла и осуществляется соединение элементов междусобой.1.2. Задание нагрузок и получение решенияНа этом этапе выбирается тип анализа и установление его опций, прикладываютсянагрузки, определяются опции для выбора шага по нагрузке и инициируется решение.Выбор типа анализа и его опцийТип анализа выбирается на основе условий нагружения и реакции системы, которуюпредполагается получить.

Так, например, если нужно найти собственные частоты иформы колебаний, то следует выбрать модальный анализ. В программе ANSYSдоступны следующие виды расчетов: статический (или стационарный), динамический(или нестационарный), гармонический, модальный, спектральный и расчетустойчивости.Опции анализа дают возможность уточнить параметры проводимого расчета. Типичнымявляется выбор метода решения, учет или отказ от учета влияния напряженногосостояния конструкции на ее жесткость (stress stiffness), а также опций примененияметода Ньютона-Рафсона.Приложение нагрузокПод нагрузками понимаются как внешние и внутренние усилия, так и граничныеусловия в виде ограничений на перемещения. В программе ANSYS нагрузки разделенына шесть категорий:- ограничения степеней свободы,- силы,- поверхностные нагрузки,- объемные силы,- инерционные нагрузки,- нагрузки для связанных задач.Большинство этих нагрузок может быть приложено или к твердотельной модели (в ключевыхточках, по линиям и поверхностям), или к конечно-элементной модели (в узлах и кэлементам).Необходимо различать термины шаг нагружения и шаг решения.

Шаг нагружения - этопросто та конфигурация нагрузок, для которой получено решение.Например, кконструкции можно приложить ветровую нагрузку на первом шаге нагружения, а навтором - гравитационную нагрузку. При нестационарном анализе полнуюпоследовательность нагрузок полезно разбить на несколько шагов нагружения.

Шаг4CAD-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_______________________________________________________________________решения - это изменение счетного шага внутри шага нагружения; используется главнымобразом при нестационарном и нелинейном анализе для улучшения точности исходимости. Шаг решения также называют шагом по времени, т.е.

шагом, выполняемымв течение некоторого промежутка времени.Внимание: В программе ANSYS понятие время используется как принестационарном, так и при стационарном анализе. В первом случае - этообычная длительность процесса в секундах, минутах или часах. При решениистатических задач время используется как указатель на тот или иной шагнагружения или шаг решения.Указание опций для шага нагруженияОпциями шага нагружения являются такие опции, которые могут быть изменены припереходе от одного шага нагружения к другому: число шагов решения, времяокончания шага нагрузки или выбор выходных параметров решения.

В зависимости оттипа выполняемого анализа указание опций может требоваться или не требоваться.Запуск на счетПо команде SOLVE программа обращается за информацией о модели и нагрузках к базеданных и выполняет вычисления. Результаты записываются в специальный файл и вбазу данных. При этом в базе данных может храниться только один набор результатов,тогда как в файл могут быть записаны результаты для всех шагов решения.1.3. Просмотр результатовДля просмотра результатов можно использовать два постпроцессора программыANSYS. Общий постпроцессор используется для анализа результатов одного шагарешения и обеспечивает, среди прочего, получение линий уровня, картинудеформированного состояния, листинг результатов, оценку погрешности счета,объединение расчетных случаев, проведение вычислений на основе полученныхданных. Постпроцессор процесса нагружения используется для просмотра результатовв указанных точках расчетной модели на каждом шаге решения; можно получитьграфик результатов как функцию времени или частоты, листинг результатов, выполнитьарифметические и алгебраические вычисления.2.

ПРОЧНОСТНОЙ АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙПрочностной анализ конструкций является, по-видимому, наиболее распространеннымприложением метода конечных элементов. Термин конструкция относится не толькок таким инженерным сооружениям, как мосты и здания, но также и к разнообразнымдеталям машин. Основными неизвестными, определяемыми во всех типах прочностногоанализа конструкций, являются перемещения. Остальные величины - деформации,напряжения, усилия - вычисляются по этим узловым перемещениям.В программе ANSYS доступны следующие виды прочностного анализа:5CAD-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_______________________________________________________________________статический анализ - вычисление перемещений, напряжений и т.д.

в условияхстатического нагружения;модальный анализ - определение собственных частот и форм колебаний;гармонический анализ - определение отклика конструкции на гармоническиесоставляющие возмущающей нагрузки;динамический анализ - определение отклика конструкции на действие произвольнойнагрузки как функции времени;спектральный анализ - расширение модального анализа для вычислениянапряжений и деформаций при действии спектра частот или случайной вибрации;анализ устойчивости - расчет критических нагрузок и определение формпотериустойчивости.Кроме того, имеется возможность проводить специальные виды расчетов в областимеханики разрушения, прочности композитных материалов и усталостного разрушения.Большинство ANSYS-элементов предназначены для проведения расчетов на прочностьконструкций - от простых балок и стержней до многослойных оболочек и сплошных телпри больших деформациях.