Описание: Модель анизотропной пластичности использует критерий текучести Хилла который учитывает различия пределов текучести в ортогональных направлениях и модифицирован на случай различных пределов текучести при растяжении и сжатии.
Цель работы: изучение основ метода конечных элементов и основных принципов работы программно-методического комплекса ANSYS.
Теоретическая часть.
Порядок выполнения работы.
Описание задачи:
Построение геометрии объекта.
Удаление элементов
Восстановление из базы данных
Выбор типа конечного элемента
Задание свойств материала
Разбиение области на конечные элементы.
Задание граничных условий и нагрузок.
Решение.
Просмотр результатов решения с помощью постпроцесора.
Исследование проведения объекта с помощью ANSYS предполагает выполнение следующих действий:
Препроцессор ANSYS выполняет большинство своих операций на основе ключевых точек (keypoints), которые могут формироваться непосредственно пользователем как самостоятельные элементы или автоматически при формировании таких элементов как прямоугольник или окружность. При этом для окружности ключевыми точками, сформированными по умолчанию, будут ее центр и четыре точки, делящие окружность на четыре равные линии. Следует отметить, что в ANSYS нет возможности отмены последней операции, поэтому после правильно полученного результата рекомендуется запоминать его в рабочей базе данных.
В некоторых залах лаботраторных работ запуск ANSYS происходит автоматически при входе пользователя в систему. Если этого не произошло, выполните следующие два пункта.
1. Запуск программы: Пуск -> Программы -> ANSYSS_ED_5.4 -> Interactive
2. После этого появляется окно начального диалога, в котором необходимо указать имя работы (Initial jobname), например Lab1 и нажать кнопку RUN. В следующем появившемся окне нажать кнопку OK.
После этого появятся основные рабочие окна ANSYS:
Utility Menu — содержит набор утилит для работы с файлами, контроля, выбора, графического контроля, задания общих параметров.
Input — окно, позволяющее задавать команды (или только ее параметры) с клавиатуры.
Main Menu — основное меню первичных ANSYS-функций.
Toolbar — окно наиболее общих функций ANSYS, из которых необходима функция SAVE_DB — сохранение базы данных и, возможно, восстановление базы данных RESUM_DB — восстановление базы данных.
Output — окно вывода сообщений, которое необходимо для контроля.
Graphics — окно формирования графических изображений
пре- и постпроцессора.
Исследовать напряженное состояние швеллера, изображение которого представлено на следующем рисунке.
Размеры на рисунке указаны в метрах, т.е. в системе СИ, с которой по умолчанию
работает ANSYS.
Швеллер изготовлен из стали с модулем Юнга 2Е11 и коэффициентом Пуассона 0.25.
Толщина — 0,005 м.
Последовательность действий в тексте будет отображаться следующим образом:
<тип меню :> <пункт меню> <тип подменю> <пункт подменю >…> <тип подменю> <пункт подменю >
Жирным шрифтом выделяются пункты, которые выбираются мышью.
Задаем ключевые точки:
Main menu: Preprocessor-> Modeling-Create->Keypoints->On Working Plane
Появляется следующее меню:
В окне Input задаем парами (Х и Y), через запятую координаты ключевых точек.
Заканчиваем ввод для каждой пары нажатием клавиши Enter. Список пар значений :
0,0 0.2,0 0.2,0.02 0.02,0.02 0.02,0.18 0.18,0.18 0.18,0.2 0,0.2
После последней пары нажимаем ОК в вышеприведенном меню. Аналогичным образом заканчиваются все операции при наличии выпадающего меню. Если в процессе ввода ключевая точка не отобразилась в окне Graphics, следует выполнить команды:
Utility Menu: Plot -> Replot .
В результате выполнения в окне Graphics будем иметь следующий результат:
Соединяем ключевые точки прямыми линиями:
Main menu: Preprocessor-> Modelinig - Create -> Lines -Lines -> Straight Line
Появляется меню создания линий. В окне Graphics c помощью мыши указываем начало и конец каждой линии с помощью соответствующих ключевых точек, начиная с точки с координатами (0,0). Заканчиваем операцию нажимая ОК в выпавшем меню.
Результат действий должен иметь вид:
Если результат совпадает с данным рисунком, то
сохраняем его в базе данных. Для этого в окне Toolbar нажимаем SAVE_DB, если нет,
то необходимо его исправить с помощью удаления неправильно построенных элементов.
Для этого смотри пункт удаление элементов.
Выполняем скругления во внутренней части швеллера:
Main menu: Preprocessor-> Modelinig - Create -> Lines - Line Fillet
Появляется выпадающее меню. В окне Graphics с помощью мыши указываем 2 линии, на которых должно быть выполнено скругление и нажимаем ОК в выпавшем меню. Появляется меню, в котором указаны номера линий. В оконе RAD этого меню необходимо задать радиус скругления. Операцию Line Fillet необходимо выполнить дважды для нижнего и верхнего скруглений. После выполнения операции окно Graphics будет иметь вид:
Создаем окружность:
Main menu: Preprocessor-> Modelinig - Create -> Lines - Arcs -> Arcs - Full Circle
Появляется выпадающее меню. В окне Input задаем через запятую координаты центра окружности 0.02,0.18 — нажимаем Enter. Задаем координаты точки на окружности 0.025,0.18 — нажимаем Enter. Заканчиваем ввод нажимая ОК в выпавшем меню.
Создаем две области.
Одна образуется внешним контуром детали, вторая окружностью. Затем вычтем из
первой вторую, получив таким образом нужную область.
Main menu: Preprocessor-> Modelinig - Create -> Areas - Arbitrary -> Bye Lines
Появляется выпадающее меню. С помощью мыши указываем все линии внешнего контура. Нажимаем ОК в выпавшем меню. Область закрашивается монотонным цветом. В Utilytes Menu выполняем команды Plot -> Lines, для того чтобы увидеть окружность. Повторяем команду создания области
Main menu: Preprocessor-> Modelinig - Create -> Areas - Arbitrary -> Bye Lines
указывая, в качестве линий образующих область, четыре дуги окружности. Нажимаем ОК в выпавшем меню.
Выполняем команду:
Main menu: Preprocessor-> Modelinig - Оperate -> Booleans - Subtract -> Areas
появляется выпадающее меню. С помощью мыши указываем на произвольную точку в большой области и нажимаем ОК в выпавшем меню, указываем точку внутри окружности и нажимаем ОК в выпавшем меню. В результате окно Graphics будет иметь вид:
На этом формирование облика изделия заканчивается.
В тех случаях, когда необходимо удалить неправильно построенный элемент, выполните команду:
Main Menu: Preprocessor -> Modeling - Delete ->
и далее можно выбрать ключевые точки (keypoints) , линии(lines), области (areas), которые могут удаляться, как автономно, так и с подчиненными элементами. Например выбор пункта меню "Area and Below" вызовет удаление линий и ключевых точек, связанных с этой областью. Если подчиненные элементы принадлежат не только данному элементу, они не будут удалены, о чем будет выдано предупреждение. После выбора соответствующего пункта меню появляется выпадающее меню и после этого мышью можно отметить элементы, подлежащие удалению (при этом они будут выделены) . Заканчивается операция нажатием на кнопку ОК в меню (или Cancel в случае, если элементы указаны неправильно, при этом элементы удалены не будут).
В любой момент может быть восстановлено состояние, которое было запомнено в базе данных.Для этого в окне Toolbar необходимо нажать RESUM_DB, при этом все действия, выполненные после последнего сохранения будут потеряны.
Выполняем команду:
Main Menu:Preprocessor-> Element Type -> Add/Edit/Delete
Появляется выпадающее меню, в котором нажимаем Add. Появляется еще одно меню с библиотекой типов элементов. Выбираем с помощью мыши Structural Solid (вид анализа) и Quad 8node(тип элемента — четырехугольный восьмиузловой), нажимаем ОК в этом меню, т.е. выбран 8-ми узловой элемент для анализа напряжений. В предыдущем меню появляется первый тип элемента — PLANE82. Нажимаем в этом меню Options… , появляется меню с параметрами элемента К3, К5, К6. Устанавливаем значение параметра К3 "Plane strs w/thk" , что означает анализ напряжений с учетом толщины материала. Нажимаем ОК в этом меню и Close в предыдущем.
Выполняем команду:
Main Menu:Preprocessor-> Material Props -> Constant - Isotropic
Появляется окно с указанием типа материала, в котором нажимаем ОК и выпадает окно со свойствами материала. В нем задаем модуль Юнга (Young's Modulus EX) 2e11 и коэффициент Пуассона (Poisson's ratio <minor> NUXY) 0.25. Нажимаем ОК в этом меню.
Задаем толщину швеллера, для этого выполняем команду:
Main Menu:Preprocessor-> Real Constants…
выпадает меню, в котором нажимаем Add, во вновь выпавшем меню нажимаем ОК, в результате появляется еще одно меню, в котором задаем толщину (THK) 0.005 и нажимаем ОК. В оставшемся окне нажимаем Close.
Разбиение области на конечные элементы.
Выполняем команду
Main Menu:Preprocessor->Mesh Tool…
Появляется окно Mesh Tool создания и модификации конечно-элементной сетки. Наиболее простой вариант создания сетки автоматический. Для этого выделяем с помощью мыши Smart size и устанавливаем его значение с помощью горизонтально лифта равным 5. Затем нажимаем кнопку Mesh. Область разбивается на конечные элементы, сетка при этом отображается в окне Graphics. Окно Mesh Tool можно закрыть, нажав Close.
Задание граничных условий и нагрузок.
Выполняем команду:
Main Menu:Preprocessor->Solution - Loads -> Apply - Structural->Displacement- On Nodes
Появляется выпадающее меню. С помощью мыши указываем узлы, перемещения которых по какой-либо координате должны быть равны нулю (правый и левый нижние углы) и нажимаем ОК в меню. Появляется меню, в котором нужно указать тип закрепления узлов. Выбираем (кликая мышью) UX и UY и нажимаем ОК. В окне Graphics отображается закрепление узлов.
Выполняем команду:
Main Menu:Solution - Loads -> Apply - Structural -> Forse/Moment - On Nodes
Появляется выпадающее меню. С помощью мыши указываем узел, к которому приложена сила (правый верхний). Появляется меню, в которм нуно указать направление действия силы, выбираем (с помощью мыши) FY и задаем значение, равное —10000. Знак минус указывает направление противоположное положительному направлению оси Y. Нажимаем ОК в этом меню.
Выполняем команду:
Main Menu:Solution - Solve-> Current LS
Появляется выпадающее меню, нажимаем ОК. После решения появляется информационное окно, в котором нажимаем Close.
Просмотр результатов решения с помощью постпроцесора.
Выполняем команду:
Main Menu:General PostProc -> Read Results -> Last Set
В этом же подменю выполняем Plot Result -> Deformed Shape. В выпавшем меню выбираем вид отображения в постпроцессоре — деформированное и недеформированное состояние (Def + undeformed) и нажимаем ОК. Получаем в масштабе исходное и деформированное состояние швеллера.
В этом же меню выполняем команду:
Counter Plot - Element Solu…
Выпадает меню, в котором можно выбрать отображение напряжений по оси Х, по оси У и др.