Введение в ANSYS

Структурный


Тип используемого конечного элемента

Оболочка (Shell)

Тип граничных условий

Жесткое защемление боковой грани и равномерно распределенная нагрузка



Возможности

Получение: резонансной частоты, формы колебаний на резонансной частоте и ускорения на заданном интервале частот.

Рис. 6

Порядок выполнения работы:

1. Определяем тип анализа:

MAIN MENU => PREFERENCES…=> STRUCTURAL=> ОК.

1. Выполняем следующую последовательность действий:

M.M. => PREFERENCES… => STRUCTURAL => OK. Таким образом, фильтруется все меню под структурный расчет.

2. Задаем свойства материалов и определяемся с типом элементов.

Выбираем тип элементов:

M.M. => PREPROCESSSOR => ELEMENT TYPE => ADD/EDIT/DELETE => ADD…=> STRUCTURAL SHELL ELASTUC 4 NODE 63 => OK => CLOSE. Сначала определяем толщины используемых пластин, для этого: M.M. => PREPROCESSOR => REAL CONSTANTS => ADD/EDIT/DELETE => ADD => ОК и в пункте SHELL THICKNESS AT NODE I TK(I) задаем толщину пластины равную 0,006 метрам и повторяем операцию ADD => ОК, задаем толщину второго материала равную 0,012 метрам . Далее задаём свойства материалов:

M.M. => PREPROCESSSOR => MATERIAL PROPS => MATERIAL MODELS. Затем, следуя цифрам на рис. 7, выполняем следующие действия:

А. Двойным нажатием мыши на указанные папки выполняем:

STRUCTURAL => LINEAR => ELASTIC => ISOTROPIC. В окне LINEAR ISOTROPIC PROPERTIES FOR MATERIAL NUMBER 1 задаем: модуль Юнга EX = 2е11 Па и коэффициент Пуассона PRXY = 0,27.

Б.  Аналогично раскройте DENSITY и в поле плотность DENS задайте 7800 кг/м3.

В. Нажмите: MATERIAL => NEW MODEL… и уже для второго материала повторяем первые две операции, присвоив: EX = 1E+11 Па; PRXY = 0.23; DENS = 2700 кг/м3.

3. Строим деталь:

А. M.M. => PREPROCESSOR => MODELING –CREATE– => –AREAS– RECTANGLE => BY DIMENSIONS…, вводим координаты углов: X1 = -0.5, X2 = 0.5, Y1 = 0, Y2 = 1, нажимаем APPLY;


Б.  Вводим координаты углов: X1 = -0.3, X2 = 0.3, Y1 = 0, Y2 = 0.5;

В. Для построения третьего прямоугольника повернем систему координат на угол равный 120° (рис. 9):

U.M. => WORK PLANE => OFFSET WP BY INCREMENTS…:

Теперь определяем координаты углов последнего прямоугольника:

M.M. => PREPROCESSOR => MODELING –CREATE– => –AREAS– RECTANGLE => BY DIMENSIONS… - X1 = -0.3, X2 = 0.3, Y1 = 0, Y2 = 0.5.

4. Соединяем в одно целое все полученные ранее прямоугольники, для этого:

M.M. => PREPROCESSOR =>–MODELING– OPERATE => –BOOLEANS– PARTITION => AREAS. Выделяем курсором сначала второй прямоугольник (рис. 8), затем первый и нажимаем ОК. Теперь склеиваем все пластины: M.M. => PREPROCESSOR => –MODELING– OPERATE => –BOOLEANS– GLUE => AREAS => PICK ALL. Таким образом, мы получаем единую конструкцию.

5. Назначаем каждому прямоугольнику свой материал:

M.M. => PREPROCESSOR =>–ATTRIBUTES– DEFINE => ALL AREAS… PICKED AREAS+; нажимаем на первый прямоугольник (рис. 8) и нажмите ОК, в появившемся окне выставляем: MAT = 1, REAL = 1, TYPE = 1 SHELL63, ESYS = 0 и нажимаем ОК, затем нажимаем ALL AREAS… PICKED AREAS+, потом нажимаем на второй и третий прямоугольники по очереди, нажимаем OK, затем в окне AREA ATTRIBUTES выставляем: MAT = 2, REAL = 2, TYPE = 1 SHELL63, ESYS = 0.

6. Разбиваем конструкцию на конечные элементы:

M.M. => PREPROCESSOR => –MESHING– SIZE CNTRLS => –MANUAL SIZE– –GLOBAL– SIZE…., переменной SIZE присваиваем значение 0.1, потом нажимаем ОК, затем:

M.M. => PREPROCESSOR => –MESHING– MESH => –AREAS–  FREE+ => PICK ALL.

7. Проводим расчет гармонической вибрации:

А. Назначаем тип анализа – гармонический: M.M. => SOLUTION => ANALYSIS TYPE– NEW ANALISIS… => HARMONIC.



Б.  Закрепляем конструкцию, как показано на рисунке 9 под цифрой 1: MM=>SOLUTION=>APPLY=>DISPLACEMENT=> LINES… и выбираем закрепляемую линию, нажимаем ОК и в появившемся окне выбираем ALL DOF, то есть по всем осям перемещения равны нулю, и нажимаем ОК.

В. Нагружаем конструкцию, как показано на рис. 9 под цифрой 2:

M.M. => SOLUTION => APPLY => PRESSURE => ON AREAS, выделяем указанную поверхность, нажимаем ОК, и в окне переменной VALUE задаем значение распределенной нагрузки равное 1000 Н/м2.

Г.  Проводим расчет:

M.M. => SOLUTION => –LOAD STEP OPTS– TIME/FREQUENC => FREQ AND SUBSTPS… и выставляем значения: HARFRQ = 4…12 – интервал частот, а NSUBST = 50 – количество шагов, STEPPED. Нажимаем ОК. Затем нажимаем MAIN MENU => SOLUTION => CURRRENT LS => OK.

6. Просматриваем результаты расчета:

А. Выбираем последовательно три узла, для которых строим графики перемещений и ускорений в зависимости от частоты нагрузки:

M.M. => TIMEHIST POSTPRO => DEFINE VARIABLES …, то есть, определяем узлы, с которых будут считываться значения перемещений. Нажимаем на кнопку ADD… и выбираем NODAL DOF RESULT, нажимаем ОК. Выбираем последовательно три узла, рис. 10, подтверждаем выбор нажатием ОК. В появившемся окне выставляем: NVAR (номер переменной) равный 2, 3 и 4 DATA ITEM равный DOF SOLUTION и TRANSLATION UY, UZ и UZ (все результаты по оси Y и Z) соответственно, нажимаем ОК потом CLOSE.

Б.  Строим графики:

M.M. => TIMEHIST POSTPRO => GRAPH VARIABLES… и в окне наберем: NVAR1 присвоим значение 2, NVAR2 присваиваем значение 3, NVAR3 присваиваем значение 4; и нажимаем ОК. В результате этого получаем график значений перемещений в зависимости от частот в определенных ранее узлах. Первый резонанс (всплеск значений перемещений) наблюдается для частоты равной 5,28 Гц.

В. Получаем, резонансную частоту равную 5,28 Гц, смотрим форму колебаний конструкции при данной частоте:

M.M. => GENERAL POSTPROC => –READ RESULTS– BY TIME/FREQ…, в появившемся окне выставляем все как изображено на рис. 11 и нажимаем ОК. После этого: M.M. => GENERAL POSTPROC => PLOT RESULTS => –CONTOUR PLOT– NODAL SOLU… и в появившемся окне переменной PLNSOL присваиваем значения STRESS, VON MISSES и потом ОК; а если в последнем окне переменной PLNSOL присваиваем значения DOF COLUTION, TRANSLATION USUM, получаем перемещения конструкции на резонансной частоте.



Г.  Строим графики ускорений ранее выбранного одного узла. При гармоническом анализе ускорение представляет собой произведение перемещения на квадрат частоты. Т.е. для получения ускорений достаточно произвести простое перемножение:

M.M. => TIMEHIST POSTPRO => MATH OPERATIONS => Multiply…, в появившемся окне выставляем: IR>5 – номер переменной в которой будет храниться результат перемножения – ускорение, IA>2 – номер переменной в которой хранятся значения перемещений, IB>IC>1 – номер в которой хранятся значения частот ранее заданного интервала, > ОК. Далее выполняем визуализацию графика:

M.M. => TIMEHIST POSTPRO => GRAPH VARIABLES… и в появившемся окне переменной NVAR1 присваиваем значение 5, > ОК, получаем график ускорений в выбранном узле для заданного ранее диапазона частот.

Содержание отчета:          краткие теоретические сведения, подробное описание всех шагов расчета с                                              помощью ANSYS при расчете гармонической вибрации, рисунки воздействия                                                 вибрации на деталь с параметрами перемещения и ускорения на заданном                                                     интервале частот, форма      колебаний на резонансной частоте. Выводы.

Лабораторная работа №4.

случайнАЯ вибрациЯ

Цель работы:  провести анализ конструкции изображенной на рис. 12 на случайную вибрацию. Деталь закреплена с торцов.



Рис. 12

Тип анализа
 
Двойным нажатием мыши на указанные папки выполните: THERMAL => CONDUCTIVITY => ISOTROPIC. В окне CONDUCTIVITY FOR MATERIAL NUMBER 1 нажимаем три раза на кнопку ADD TEMPERATURE и в полях  TEMPERATURES задайте: 20, 40, 60, 100; в полях KXX задайте 30, 35, 55, 95.

2)      Аналогично раскрываем DENSITY и в поле DENS задаем 7800  кг/м3.

3. Строим деталь (рис. 25):

А.   Прямоугольник со сторонами 0.5 и 0.75 метра:

M.M. => PREFERENCES => –MODELING– CREATE => –AREAS– RECTANGLE => BY DIMENSIONS… и задаем координаты X1, X2 и Y1, Y2 равные 0, 0.5 и 0, 0.75 соответственно. Нажимаем ОК.

Б.    Окружность радиусом 0.1 метра, с координатами центра окружности 0.25, 0.15 по оси OX и OY:

M. M. => PREFERENCES => –MODELING– CREATE => –AREAS– CIRCLE => SOLID CIRCLE далее задаем указанные координаты и радиус и нажимаем ОК.

В.    Окружность радиусом 0.1 метра, с координатами центра окружности 0.25, 0.6 по оси OX и OY:

M. M. => PREFERENCES => –MODELING– CREATE => –AREAS– CIRCLE => SOLID CIRCLE далее задаем указанные координаты и радиус и нажимаем ОК.

4. Создаем конструкцию посредством логического вычитания геометрических объектов (рис. 25):

M. M. => PREFERENCES => –MODELING– OPERATE => –BOOLEANS– SUBTRACT => AREAS, затем нажимаем на прямоугольник 1 и на ОК, далее нажимаем сначала на окружность 2, потом 3, потом ОК.

5. Разбиваем конструкцию на конечные элементы рис. 26:

1
 
А.   Задаем средний размер грани конечных элементов:

M. M. => PREFERENCES => –MESHING– SIZE CNTRLS => –MANUAL SIZE– –GLOBAL– SIZE и переменной SIZE присваиваем значение 0.025, нажимаем ОК.

Б.    Проводим разбиение:

M.M. => PREFERENCES => –MESHING– MESH => –AREAS– FREE => PICK ALL.

5. Задаем граничные условия рис. 26:

А.   Задаем температуру окружающей среды, контактирующую с линией 1: M.M. => SOLUTION => –LOADS– APPLY => CONVECTION => ON LINES и нажимаем на данную линию, потом ОК.


В окне, переменной VALI и VAL2I присваиваем значение 20 и нажимаем ОК.

Б.    Задаем температуру, действующую на линию 2:
M.M. => SOLUTION=> –LOADS– APPLY => CONVECTION => ON LINES и нажимаем на данную линию, потом ОК. В окне, переменной VALI и VAL2I присваиваем значение 110 и нажимаем ОК.

В.    Определяем величину шага:

2
 
M.M. => SOLUTION => –LOAD STEP OPTS– TIME/FREQUENC => TIME AND SUBSTPS и в окне задаем переменным TIME и NSUBST значение 1 и нажимаем ОК.

6. Проводим расчет:

M.M. => SOLUTION => –SOLVE– CURRENT LS => OK.

7. Просматриваем результаты:

А.   Картины распределения температуры:

M.M. => GENERAL POSTPROC => PLOT RESULTS => –CONTOUR PLOT– NODAL SOLU => DOF SOLUTION => OK.

Б.    График температуры на заданном пути:

a)    Задаем путь, например:

M.M. => GENERAL POSTPROC => PLOT RESULTS=> PATH OPERATIONS=> DEFINE PATH => BY NODES выделяем два узла на противоположных сторонах конструкции (рис. 27), где 1 – начало пути и 2 – его конец, и нажимаем ОК, переменной NAME присваиваем имя, например TEMP, и нажимаем ОК.

б)  Определяем, что выводить на графике:

M.M. => GENERAL POSTPROC => PLOT RESULTS => PATH OPERATIONS => MAP ONTO PATH…, где выбираем PDEF значение DOF SOLUTION и переменной /PBC устанавливаем галочку YES и нажимаем ОК.

в)    Вводим в M.M. => GENERAL POSTPROC => PLOT RESULTS => PATH OPERATIONS => –PLOT PATH ITEM– ON GRAPH выбираем заданное имя пути TEMP и нажимаем ОК, в результате выводим график изображенный на рисунке 28.

В.    График величины теплового потока по заданному пути:

a)    Определяем, что выводить на графике:

M.M. => GENERAL POSTPROC => PLOT RESULTS => PATH OPERATIONS => MAP ONTO PATH…, где выбираем PDEF значение FLUX & GRADIENT, THERMAL FLUX TFSUM и нажимаем ОК.

b)   Вводим в M.M. =>GENERAL POSTPROC =>PLOT RESULTS =>PATH OPERATIONS =>– PLOT PATH ITEM– ON GRAPH выбираем TFSUM и нажимаем, ОК.  В результате получаем график представленный на рисунке 29.

Содержание отчета:     краткие теоретические сведения, подробное описание всех шагов расчета с

                                           помощью ANSYS при проведении теплового анализа, рисунки состояния детали                                            после приложения нагрузок. Выводы.


Содержание раздела