Процедура типового расчета может быть разделена на три основных этапа:
приложение нагрузок и получение решения;
просмотр и анализ результатов.
Этап построения модели, как правило, требует наибольших затрат времени пользователя. Он включает определение типов конечных элементов и их констант, свойств материала и геометрии модели.
Задание типов элементов
Библиотека конечных элементов программы ANSYS содержит более 150 типов, каждый из которых определяет, среди прочего, применимость элемента к той или иной области расчетов (прочностной, тепловой, магнитный и электрический анализы, движение жидкости или связанные задачи), характерную форму элемента (линейную, плоскую, в виде бруска и т.д.), а также двумерность (2-D) или трехмерность (3-D) элемента как геометрического тела.
Задание констант элементов
Константы элемента — это свойства, специфичные для данного типа элемента, такие, как параметры поперечного сечения балочного элемента. Например, для элемента BEAM3 — балочного 2-D элемента — константами являются площадь поперечного сечения, момент инерции, высота и др.
Что такое Ansys
Задание свойств материалов
Свойства материала требуются для большинства типов элементов. В зависимости от области приложения свойства могут быть линейными или нелинейными, изотропными или анизотропными. Свойства могут зависеть или не зависеть от температуры. Зависимость свойств от температуры имеет форму полинома или задается таблично. Нелинейные соотношения обычно задаются в виде таблицы.
Анизотропные свойства для упругих материалов задаются в матричном виде.
Создание геометрической модели
Основной целью на этапе разработки геометрической модели является создание адекватной конечно-элементной модели, состоящей из узлов и элементов. При создании конечно-элементной модели используются два метода: твердотельное моделирование и прямая генерация сетки. В первом случае описываются геометрические границы модели, 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 между собой.
На этапе задания нагрузок и получения решения выбирается тип анализа и установление его опций, прикладываются нагрузки, определяются опции для выбора шага по нагрузке и инициируется решение.
Выбор типа анализа и его опций
Тип анализа выбирается на основе условий нагружения и реакции системы, которую предполагается получить. Так, например, если нужно найти собственные частоты и формы колебаний, то следует выбрать модальный анализ. В программе ANSYS доступны следующие виды расчетов: статический (или стационарный), динамический (или нестационарный), гармонический, модальный, спектральный и расчет устойчивости.
Приложение нагрузок
Под нагрузками в ANSYS подразумевается задание всех видов краевых условий. Например, в случае решения задачи по механике деформируемого твердого тела — это задание поля перемещений на некоторой поверхности (условия закрепления) и поля сил (локальных, поверхностных, объемных).
Основы работы с ANSYS Workbench и ANSYS CFX
Необходимо различать термины шаг нагружения и шаг решения. Шаг нагружения — это просто та конфигурация нагрузок, для которой получено решение. Например, к конструкции можно приложить ветровую нагрузку на первом шаге нагружения, а на втором — гравитационную нагрузку. При нестационарном анализе полную последовательность нагрузок полезно разбить на несколько шагов нагружения.
Шаг решения — это изменение счетного шага внутри шага нагружения; используется главным образом при нестационарном и нелинейном анализе для улучшения точности и сходимости. Шаг решения также называют шагом по времени, т.е. шагом, выполняемым в течение некоторого промежутка времени.
В программе ANSYS понятие время используется как при нестационарном, так и при стационарном анализе. В первом случае — это обычная длительность процесса в секундах, минутах или часах. При решении статических задач время используется как указатель на тот или иной шаг нагружения или шаг решения.
Указание опций для шага нагружения
Опциями шага нагружения являются такие опции, которые могут быть изменены при переходе от одного шага нагружения к другому: число шагов решения, время окончания шага нагрузки или выбор выходных параметров решения. В зависимости от типа выполняемого анализа указание опций может требоваться или не требоваться.
Запуск на счет
По команде SOLVE программа обращается за информацией о модели и нагрузках к базе данных и выполняет вычисления. Результаты записываются в специальный файл и в базу данных. При этом в базе данных может храниться только один набор результатов, тогда как в файл могут быть записаны результаты для всех шагов решения.
На этапе просмотра результатов можно использовать два постпроцессора программы ANSYS. Общий постпроцессор используется для анализа результатов одного шага решения и обеспечивает, среди прочего, получение линий уровня, картину деформированного состояния, листинг результатов, оценку погрешности счета, объединение расчетных случаев, проведение вычислений на основе полученных данных. Постпроцессор процесса нагружения используется для просмотра результатов в указанных точках расчетной модели на каждом шаге решения; можно получить график результатов как функцию времени или частоты, листинг результатов, выполнить арифметические и алгебраические вычисления.
Исходя из этапов анализа задачи, структура простейшего командного файла будет следующей:
Блок команд, определяющих переменные, используемые в программе.
Блок команд, определяющих функции, используемые в программе.
Блок команд, отвечающих за построение модели. (Определение типа элемента.
Определение опций элемента. Определение констант элемента. Определение свойств
материала. Создание конечно-элементной модели. Приложение нагрузок.)
Блок команд, отвечающих за решение. (Определение типа анализа. Спецификация
решения. Решение задачи.)
Далее идет постпроцессорная обработка. При этом в зависимости от представления
результатов пользуемся одним из двух постпроцессоров.
Блок команд общего постпроцессора.
Блок команд временного постпроцессора.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru
Сравнение эффективности работы инструментов моделирования динамики в Ansys
Довольно частая ситуация в практике инженера, работающего в области компьютерного моделирования, когда есть необходимость провести расчет какого-либо механизма и хотелось бы, что решение такой задачи будет достаточно точным и одновременно максимально быстрым.
Для решения таких задач компания Ansys предлагает несколько модулей, эффективность которых мы рассмотрим в данной статье:
Ansys Rigid Body Dynamics (RBD)
Русские Блоги
ANSYS — это крупномасштабное коммерческое конечное программное обеспечение общего назначения с полнофункциональными процессорами на передней и задней панелях, мощными возможностями обработки графики, своеобразными многоплатформенными решениями. Платформа поддерживает NT, LINUX, UNIX и гетерогенную разнородную сеть с плавающей точкой, различные аппаратные платформы. Совместимые базы данных, согласованные функции и унифицированный интерфейс.
1.1 Функция предварительной обработки
ANSYS имеет мощную технологию твердотельного моделирования. Подобно большинству популярных программ САПР. С помощью методов сверху вниз или снизу вверх, а также логических операций, преобразования координат, построения кривых, технологии создания обложек, перетаскивания, поворота, копирования, зеркального отображения, снятия фаски и т. Д. Вы можете установить истинное отражение инженерной структуры. Сложная геометрическая модель.
ANSYS предоставляет две базовые технологии построения сетки: интеллектуальная сетка и картографическая сетка, которые подходят для начинающих и опытных пользователей ANSYS соответственно. Разнообразные инструменты построения сетки, такие как интеллектуальная сетка, адаптивное локальное подразделение, сетка слоя, сдвиг сетки, единица пирамиды (шестигранная и четырехгранная единица перехода единицы) и т. Д., Помогают пользователям составлять точные модели конечных элементов.
Кроме того, ANSYS также предоставляет специальный интерфейс данных с программным обеспечением САПР, который может обеспечить плавную передачу геометрических моделей с помощью программного обеспечения САПР. Это программное обеспечение CAD включает Pro / E, UG, CATIA, lDEAS, Solidwork, Solid Edge, Inventor, MDT и т. Д. ANSYS также может читать стандартные графические файлы в форматах SAT, STEP, ParaSolid и lGES.
Кроме того, ANSYS также имеет около 200 типов элементов. Эти богатые характеристики элементов позволяют пользователям легко и точно создавать имитационные расчетные модели, отражающие фактическую структуру.
1.2 Мощный решатель
ANSYS обеспечивает анализ различных физических полей и в настоящее время является единственным программным обеспечением для конечных элементов, которое может интегрировать структуру, тепло, электромагнитные поля, поля потока, акустику и так далее. В дополнение к обычному линейному и нелинейному структурному статическому и динамическому анализу, он также может решать динамический анализ, структурный нелинейный и нелинейный анализ выпучивания сильно нелинейных структур. Предоставленные различные решатели подходят для разных задач и разных конфигураций оборудования.
1.3 Функция постобработки
Последующая обработка ANSYS используется для наблюдения за результатами анализа ANSYS. Постобработка ANSYS разделена на две части: общий модуль постобработки и модуль постобработки времени. Результаты постобработки могут включать смещение, температуру, напряжение и скорость деформации, тепловой поток и т. Д. Форма вывода может быть двух видов графического отображения и списка данных. ANSYS также предоставляет инструменты для автоматической или ручной обработки результатов расчета истории времени.
Основные функции программного обеспечения ANSYS
Программное обеспечение ANSYS позволяет анализировать различные физические поля и представляет собой крупномасштабное универсальное программное обеспечение для анализа методом конечных элементов, которое может объединить структуру, тепловую жидкость, электромагнит и акустику. Его основные функции включают в себя:
1. Структурный анализ
Структурный анализ является одной из наиболее часто используемых областей анализа методом конечных элементов. Структура, которую может завершить ANSYS
Анализ включает в себя: структурный статический анализ, структурный нелинейный анализ, структурный анализ динамики, неявное, явное и явно-неявно-явное связанное решение.
2. Термический анализ
Термический анализ используется для расчета распределения и изменения теплофизических величин, таких как температура системы. Термический анализ, который может выполнить ANSYS: анализ стационарного температурного поля; анализ переходного температурного поля; анализ изменения фазы; радиационный анализ.
3. Анализ динамики жидкости
Функция анализа FLOTRAN CFD программы ANSYS может выполнять двухмерный и трехмерный динамический анализ переходных и стационарных состояний флюида и может выполнять следующий анализ: анализ ламинарного потока и турбулентного потока, анализ свободной конвекции и принудительной конвекции, сжимаемый поток / несжимаемый Анализ потока, анализ дозвукового, трансзвукового, сверхзвукового потока, анализ многокомпонентного потока, анализ движущейся стенки и свободного интерфейса, анализ ньютоновской и неньютоновской жидкости, анализ внутреннего и внешнего потока, распределенное демпфирование и модель FAN, граница теплового излучения Условия, расход трубки.
4. Анализ электромагнитного поля
5. Акустический анализ
Программа ANSYS может изучать распространение звуковых волн в жидких средах, а также анализировать динамические характеристики твердых структур, погруженных в жидкости. В сферу его применения входят: звуковые волны, распространяющиеся в жидкой среде в контейнере, звуковые волны, распространяющиеся в твердой среде, динамический анализ подводных структур, бесконечная единица поглощения поверхности.
6. Пьезоэлектрический анализ
7. Анализ полевой связи
Анализ поля множественных связей заключается в рассмотрении взаимодействия между двумя или более физиками. Характеристики унифицированной базы данных ANSYS и сосуществование мультифизического анализа обеспечивают удобство выполнения анализа поля связи Допустимые типы связи: тепловое напряжение, магнитно-термическое, магнитная структура, тепло потока жидкости, структура жидкости Тепло-электричество, электричество-магнит-тепло-жидкость-стресс.
8. Оптимизированный дизайн
Оптимальный дизайн — это метод поиска оптимального плана дизайна. Программа ANSYS предоставляет множество методов оптимизации, включая методы нулевого порядка и методы первого порядка. В связи с этим ANSYS предоставляет серию анализа-оценки-исправления процесса. Кроме того, программа ANSYS также предоставляет ряд инструментов оптимизации для повышения эффективности процесса оптимизации.
9. Пользовательское программирование расширенных функций
Редактируемая пользователем функция (UPFS) относится к открытой структуре программ ANSYS, которая позволяет пользователям подключать свои собственные программы и подпроцессы FORTRAN. UPFS позволяет пользователям настраивать программы ANSYS по мере необходимости, такие как определяемые пользователем свойства материала, типы элементов, критерии отказа и т. Д. Подключив свою собственную программу FORTRAN, пользователи могут создать версию программы ANSYS для своего конкретного компьютера.
10. Другие функции
Некоторые другие расширенные функции, поддерживаемые программой ANSYS, включают проект оптимизации топологии, адаптивное построение сетки, подмодели, подструктуры, а также рождение и смерть элементов.
Применение ANSYS в гражданском строительстве
Он охватывает множество областей применения, таких как жилищное строительство, строительство мостов, строительство склонов, строительство туннелей и подземных сооружений, строительство фундаментов, строительство плотин и т. Д.
3.1 Основные этапы структурно-статического анализа
(1) Определите тип устройства:
Главное меню | препроцессор | Элемент | Команды Тип / Добавить / Редактировать / Удалить Появится диалоговое окно «Типы элементов». Нажмите кнопку «Добавить». Появится диалоговое окно «Библиотека типов элементов». В списке выберите тип устройства и нажмите ОК.
(2) Определить параметры производительности материала:
Выберите Главное меню | препроцессор | Пропорции материала | Команда Модели материала, и откроется диалоговое окно Определить поведение модели материала. В столбце Доступные модели материалов дважды щелкните последовательно по опциям Структурный, Линейный, Эластичный и Изотропный. Введите (модуль упругости) 2.2E11 в поле ввода EX, (2.2E11 = 220Gpa)
Введите (коэффициент Пуассона) 0,3 в PRXY и нажмите OK, чтобы закрыть диалоговое окно.
(3) Создайте геометрическую модель и разделите сетку:
Выберите Utility Menu | file | import, чтобы импортировать модель конечных элементов.
Через Главное меню | Препроцессор | Моделирование | Создать | Точка / линия . Добавить соответствующие важные точки и линии в модель конечных элементов.
Выберите Главное меню | Препроцессор | Сетка | Инструмент Сетка | Проверьте Smart Size, затем выберите Объемы в раскрывающемся меню Сетка, затем нажмите поднятую кнопку Сетка | Откроется диалоговое окно выбора, выберите модель конечных элементов с помощью мыши и заставьте всю модель изменить цвет Нажмите кнопку ОК, чтобы начать создание сетки, и закройте всплывающее диалоговое окно после завершения создания сетки.
(4) Выполнить расчет:
Главное меню | Решение | Тип анализа | Новый анализ | Выбрать статический Нажмите ОК
Main menu | Solution | Define Loads | Apply |Structural | Displacement | On Nodes/point/line/area.
Появится меню выбора. С помощью мыши выберите точку, линию или область для добавления и нажмите кнопку «ОК».
Появится другое диалоговое окно, выберите направление для ограничения в диалоговом окне списка. UX / UY / UZ или все. Введите O в Значение смещения
Этот шаг должен определить ограничения смещения. Если есть несколько ограничений, выполните описанные выше шаги несколько раз.
Главное меню | Решение | Определить нагрузки | Применить | Структурные | Давление | На узлы / точки / линии / области . Появится меню выбора. Используйте мышь, чтобы выбрать точку, линию или область, чтобы загрузить силу. Нажмите кнопку ОК, чтобы открыть диалоговое окно силы загрузки
В значении VALUE Load PRES введите величину силы нагрузки (направление обозначено знаком плюс или минус) и нажмите OK, чтобы закрыть диалоговое окно.
(5) Расчет и решение:
Главное меню | Решение | решить | текущий LS Появится диалоговое окно STEP для решения текущей нагрузки, нажмите OK, чтобы запустить решение
При решении появляется диалоговое окно ПРИМЕЧАНИЕ, а кнопка ЗАКРЫТЬ двигатель отключает его.
(6) Посмотреть результаты:
Выберите Главное меню | Общие постпроцессы | Результаты печати | Деформированная фигура. Откроется диалоговое окно Деформированная фигура. Выберите опцию Def + undef edg в опции KUND Items to plotted. Нажмите ОК,
ANSYS отображает деформированную геометрию и недеформированный контур.
Выберите Главное меню | Общие постпроцессы | Результаты печати | Контурная графика | Команда Nodal solu. Появится диалоговое окно «Контурная узловая дата решения». В списке «Контурный элемент» выберите «Узловое решение» | стресс | X-компонент напряжения, а остальные параметры по умолчанию. Нажмите OK, и ANSYS отобразит контурную карту распределения поля напряжений в направлении X, как показано.
Выберите Главное меню | Общие постпроцессы | Результаты печати | Контурная графика | Команда Nodal solu. Откроется диалоговое окно «Дата контуров узлового решения». В списке «Контурный элемент» выберите «Узловой раствор | стресс |
Фон Мизес подчеркивает, остальные параметры по умолчанию. Нажмите OK, ANSYS отобразит контурную карту распределения эквивалентного поля напряжений.
3.2 Анализ структурной динамики
Структурно-динамический анализ изучает реакцию конструкции на динамические нагрузки (временную историю смещения, напряжения, ускорения и т. Д.), Чтобы определить несущую способность и динамические характеристики конструкции. Существуют следующие методы динамического анализа ANSYS, которые кратко представлены отдельно.
1. Модальный анализ
Модальный анализ может использоваться для определения характеристик вибрации (собственная частота и режим) конструкции или компонентов машины в проекте. Он также может быть использован в качестве отправной точки для другого более детального динамического анализа, такого как динамический анализ переходных процессов, анализ гармонического отклика и спектральный анализ.
Модальный анализ может определить собственную частоту и режим структуры. Собственная частота и режим вибрации являются важными параметрами при проектировании конструкций, подверженных динамическим нагрузкам. Если необходимо выполнить спектральный анализ или метод модальной суперпозиции, анализ гармонического отклика или анализ переходной динамики, собственные частоты и формы мод также необходимы.
Модальный анализ ANSYS — это линейный анализ, и любые нелинейные характеристики (такие как пластичность и контактные элементы) будут игнорироваться, даже если они определены. Может выполнять модальный анализ с предварительным напряжением, статический анализ с большой деформацией, модальный анализ с предварительным напряжением, модальный анализ с циклической симметричной структурой, модальный анализ с предварительно напряженной циклической симметричной структурой, модальный с незатухающей и демпфированной структурой Анализ состояния. Существует семь методов модального извлечения в модальном анализе: блочный метод Лансоса, метод итераций в подпространстве, метод редукции или метод конденсации, метод PowerDynamics, асимметричный метод, метод демпфирования, метод QR-демпфирования, который используется по умолчанию. Блочный метод Лансоса.
2. Анализ гармонической реакции
Любая непрерывная периодическая нагрузка будет давать непрерывный периодический отклик (гармонический отклик) в конструкции. Анализ гармонической реакции позволяет проектировщикам прогнозировать непрерывные динамические характеристики конструкции, тем самым позволяя проектировщикам проверить, могут ли их конструкции успешно преодолеть вредные воздействия, вызванные резонансом, усталостью и другими вынужденными вибрациями. Анализ гармонического отклика — это метод определения стационарного отклика линейной структуры при воздействии нагрузки, которая синусоидально изменяется (простая гармоника) со временем. Целью анализа является вычисление отклика структуры на нескольких частотах и получение некоторых кривых значений отклика (обычно смещения) в зависимости от частоты. Из этих кривых вы можете найти «пиковый» отклик и дополнительно наблюдать напряжение, соответствующее частоте.
Этот метод анализа рассчитывает только установившуюся вынужденную вибрацию конструкции. Переходные колебания, возникающие в начале возбуждения, не учитываются при анализе гармонических характеристик. Анализ гармонической реакции — это линейный анализ. Любые нелинейные характеристики, такие как пластичность и контактные (щелевые) элементы, будут игнорироваться, даже если они определены, но в анализ могут быть включены матрицы асимметричной системы, такие как анализ проблем взаимодействия жидкости со структурой. Анализ гармонического отклика может также анализировать предварительно напряженные структуры, такие как струны скрипки (при условии, что простое гармоническое напряжение намного меньше, чем предварительно напряженное напряжение).
Анализ гармонической реакции может использовать три метода: полный метод, метод редукции и метод модальной суперпозиции.
3. Переходный динамический анализ
Динамический анализ переходных процессов (также известный как анализ временной истории) — это метод, используемый для определения динамического отклика конструкции, подвергаемой произвольным изменяющимся во времени нагрузкам. Динамический анализ переходных процессов может использоваться для определения зависящего от времени смещения, деформации, напряжения и силы конструкции при любом сочетании статической нагрузки, переходной нагрузки и гармонической нагрузки. Корреляция между нагрузкой и временем делает действие силы инерции и демпфирующей силы более важным. Если сила инерции и демпфирующая сила не важны, статический анализ может использоваться вместо анализа переходного процесса.
Для динамического анализа переходных процессов можно использовать три метода: полный метод, метод редукции и метод модальной суперпозиции. Полный метод использует матрицу полной системы для расчета переходного отклика.
Среди трех методов он имеет наиболее сильную функцию и может включать в себя различные нелинейные характеристики (такие как пластичность, большая деформация, большая деформация и т. Д.). Метод модальной суперпозиции умножает формы мод, полученные модальным анализом, на коэффициент и суммирует их для расчета структурного отклика. Метод редукции сжимает масштаб задачи, принимая главные степени свободы и матрицу редукции.После вычисления смещения основных степеней свободы решение распространяется на исходный полный набор степеней свободы. Основная степень свободы обычно вдвое больше количества узлов.
4. Спектральный анализ
Спектральный анализ — это метод анализа, который связывает структуру модального анализа с известным спектром для расчета смещения и напряжения модели. Он в основном используется при анализе временной истории для определения динамического отклика конструкции на случайные нагрузки или нагрузки, которые меняются со временем (например, землетрясения, ветровые нагрузки, океанские волны, тяга реактивного двигателя, вибрация ракетного двигателя и т. Д.).
Так называемый спектр — это соотношение между значением спектра и частотой, которое выражает интенсивность и частоту временной нагрузки. Существует три формы спектрального анализа: метод анализа спектра отклика, метод анализа динамического проектирования и метод спектральной плотности мощности.
Только линейное поведение эффективно в спектральном анализе, и любой нелинейный элемент рассматривается как линейный. Если контактный элемент включен, его жесткость всегда равна начальной жесткости, и модуль упругости и плотность материала должны быть определены, любая нелинейность материала будет игнорироваться, а единственные допустимые свойства материала являются линейными, изотропными или анизотропными и зависят от температуры. Или не меняется с температурой.
Кроме того, нелинейный анализ структуры включает в себя этапы нелинейного статического анализа, этапы нелинейного анализа переходных процессов, геометрический нелинейный анализ, анализ потери устойчивости, анализ контактной поверхности и т. Д.
Источник: russianblogs.com