Использование преимуществ симметрии
Многие объекты имеют различные виды симметрии. Это может быть повторяющаяся симметрия (например, охлаждающие ребра на длинной трубе), отраженная симметрия, или осевая симметрия. Когда объекты симметричны в некотором аспекте (геометрия, нагрузки, свойства материалов, закрепления) можно существенно снизить сложность модели.
2.8 Некоторые рекомендации по осесимметричным системам.
Некоторые системы, имеющие симметрию относительно центральной оси называются осесимметричными. Примером могут служить цилиндр, конус, круглая пластина и т. д. Пространственные системы могут быть представлены в двумерной форме. Результаты, полученные в двумерном осесимметричном анализе более точны, чем результаты соответствующего трехмерного анализа.
В основном, полностью осесимметричная модель должна иметь только осесимметричные нагрузки. В том случае, когда нагрузки не осесимметричны, используется специальный тип элементов – осесимметричные гармонические элементы. Некоторые рекомендации:
Ось симметрии должна быть совмещена с глобальной координатой Y.
Отрицательные значения координат узлов по оси X не допустимы.
Направление оси Y соответствует осевому направлению, направление оси X – радиальному направлению, Ось Z соответствует окружному направлению.
Для построения осесимметричных моделей используют подходящие модели плоских тел с KEYOPT(3)=1 или осесимметричные оболочки. Могут быть также включены кроме осесимметричных твердотельных элементов и оболочек, различные другие связующие, контактные, комбинированные и поверхностные элементы. (Программа не будет реализовывать эти «другие» элементы без осесимметричных твердых тел или оболочек) Если Руководство по элементам ANSYS не приводит осесимметричное применение какого либо типа элемента, то не следует его использовать для построения модели.
Для осесимметричных гармонических моделей используются только осесимметричные гармонические элементы. Элементы SHELL51и SHELL61 не могут лежать на глобальной оси Y.
Для моделей, содержащих двумерные твердотельные элементы, в которых важны эффекты сдвига, обычно принимают два элемента по толщине.
2.9. Насколько подробную модель нужно составлять?
Малые детали, не оказывающие существенного влияния на расчет, обычно не включаются в твердотельную модель, так как они будут только усложнять ее. Хотя, для некоторых систем «малые» детали, такие как скругления или отверстия могут быть источником концентрации напряжений и имеют существенное значение для точности расчета.
В некоторых случаях только небольшое количество второстепенных деталей будет нарушать симметрию системы. Вы можете иногда пренебречь этими деталями, или наоборот, рассматривать их как симметричные. В каждом случае нужно взвешивать выигрыш от упрощения модели по сравнению со снижением точности расчета.
2.10 Определение приемлемой плотности разбиения
Вопрос, который часто задают в конечно-элементном анализе: на сколько мелко должно быть разбиение для получения приемлемых хороших результатов? К несчастью, не возможно дать окончательный ответ на данный вопрос. Вы должны решить этот вопрос самостоятельно. Некоторые рекомендации, которые вы можете использовать для ответа на этот вопрос:
Используйте адаптивное разбиение. Эта технология возможна только для линейных статических систем или для стационарных тепловых задач. Адаптивное разбиение возможно только для твердотельного моделирования.
Сравните результат предварительного анализа с экспериментом или известным точным аналитическим решением. Переопределите разбиение в регионах, где расхождение между точным решением и результатом расчетов особенно велико. Для этого применяются команды NREFINE, EREFINE, KPEFINE, LREFINE, AREFINE. Или через интерфейс MAIN MENU > PREPROCESSOR > MESHING > MODIFY MESH > REFINE AT – ENTITY TYPE.
Подготовьте пробную задачу, используя приемлемое разбиение. Решите эту задачу заново, используя двойное количество элементов в критичном регионе, и сравните результаты двух решений. Если два разбиения дают приблизительно равные результаты, то первоначальное разбиение было приемлемым. Если результаты существенно отличаются друг от друга, то требуется более точное разбиение.
Если проверка вашей модели показывает, что только часть вашей конструкции требует тонкого разбиения, ее можно принять как подконструкцию. Плотность разбиения очень важна. При слишком грубом разбиении результаты могут содержать серьезные ошибки. Если разбиение слишком тонкое, то решение задачи займет слишком много времени.
3. Системы координат
ANSYS имеет несколько типов координатных систем, каждая из которых используется для определенных случаев:
Глобальная или локальная система координат используется для размещения геометрии в пространстве.
Координатная система типа DISPLAY, определяет систему, которой показываются геометрические параметры.
Система координат узлов, зависящая от степени свободы каждого узла
Система координат элементов, определяющая их ориентацию, свойства материалов, результаты расчета.
Во многих случаях бывает необходимо установить собственную систему координат, которая связана с глобальной системой. Такие системы координат, определяемые пользователем, называются локальными системами координат. Действия для определения локальной системы координат приведены в таблице
|
Действие |
Команда |
Интерфейс |
|
Определение локальной системы координат |
LOCAL |
UTILITY MENU > WORKPLANE >LOCAL COORD SYSTEMS > CREATE LOCAL CS > AT SPECIFIED LOC |
|
Определение локальной системы координат в зависимости от существующих узлов |
CS |
UTILITY MENU > WORKPLANE >LOCAL COORD SYSTEMS > CREATE LOCAL CS > BY 3 NODES |
|
Определение локальной системы координат в зависимости от существующих точек |
CSKP |
UTILITY MENU > WORKPLANE >LOCAL COORD SYSTEMS > CREATE LOCAL CS > BY 3 KEYPOINTS |
|
Определение локальной системы координат, центрированной относительно начала рабочего поля |
CSWPLA |
UTILITY MENU > WORKPLANE >LOCAL COORD SYSTEMS > CREATE LOCAL CS > AT WP ORIGIN |
|
Определение локальной системы координат, в функции от активной системы координат |
CLOCAL |
Не имеет аналогов в интерфейсе. |
|
Уничтожение локальной системы координат |
CSDELE |
UTILITY MENU > WORKPLANE >LOCAL COORD SYSTEMS > DELETE LOCAL CS |
|
Распечатка статуса глобальной и локальной систем координат |
CSLIST |
UTILITY MENU > LIST> OTHER >LOCAL COORD SYSTEMS |
Как только определена локальная система координат, она становится активной, и ей присваивается идентификационный номер. Всего может быть создано 11 систем координат, но только одна из них может быть активной. Для активизации одной из глобальных координат, или нескольких ранее определенных локальных систем производятся действия, приведенные в таблице
|
Действие |
Команда |
Интерфейс |
|
Активизация глобальной прямоугольной системы |
CSYS |
UTILITY MENU > CHANGE ACTIV CS TO GLOBAL CARTESIAN |
|
Активизация глобальной цилиндрической системы |
CSYS |
UTILITY MENU > CHANGE ACTIV CS TO GLOBAL CYLINDRICAL |
|
Активизация глобальной сферической системы |
CSYS |
UTILITY MENU > CHANGE ACTIV CS TO GLOBAL SHERICAL |
|
Активизация локальной системы |
CSYS |
UTILITY MENU > CHANGE ACTIV CS TO SPECIFIED COORD. SYST. |
|
Активизация рабочего поля |
CSYS |
UTILITY MENU > CHANGE ACTIV CS TO WORKING PLANE |
4. Рабочее поле
Воображаемая плоскость, проходящая через выделенную точку или узел, называется рабочим полем. Вы можете определить только одно рабочее поле. Действия для определения рабочего поля приведены в таблице.
|
Действие |
Команда |
Интерфейс |
|
Определение рабочего поля с помощью трех точек и помещение их на плоскость, нормальную к плоскости взгляда |
WPLANE |
UTILITY MENU > WORKPLANE > ALIGN WP WITH > XYZ LOCATIONS |
|
Определение рабочего поля с помощью трех узлов и помещение их на плоскость, нормальную к плоскости взгляда |
NWPLAN |
UTILITY MENU > WORKPLANE > ALIGN WP WITH > NODES |
|
Определение рабочего поля с помощью трех точек и помещение их на плоскость, нормальную к плоскости взгляда |
KWPLAN |
UTILITY MENU > WORKPLANE > ALIGN WP WITH > KEYPOINT |
|
Определение рабочего поля, перпендикулярного линии, проходящего через точку |
LWPLAN |
UTILITY MENU > WORKPLANE > ALIGN WP WITH > PLANE NORMAL TO LINE |
|
Определение рабочего поля координатами X,Y или RJ на существующей координатной системе |
WPCSYS |
UTILITY MENU > WORKPLANE > ALIGN WP WITH > ACTIVE COORD. SYS. |
|
Определение рабочего поля координатами в глобальной прямоугольной системе координат |
WPCSYS |
UTILITY MENU > WORKPLANE > ALIGN WP WITH > GLOBAL CARTESIAN |
|
Определение рабочего поля координатами в местной системе координат |
WPCSYS |
UTILITY MENU > WORKPLANE > ALIGN WP WITH > SPECIFIED COORD. SYS. |
|
Распечатка стиля рабочего поля |
WPSTYL stat |
UTILITY MENU >LIST>STATUS> WORKINGPLANE |
Вы можете перенести рабочее поле в новое место, используя следующие методы.
|
Действие |
Команда |
Интерфейс |
|
Перенос рабочего поля в среднюю точку между существующими точками |
KWPAVE |
UTILITY MENU > WORKPLANE > OFFSET WP TO KEYPOINT |
|
Перенос рабочего поля в среднюю точку между существующими узлами |
NWPAVE |
UTILITY MENU > WORKPLANE > OFFSET WP TO NODES |
|
Перенос рабочего поля в начало глобальной системы координат |
WPAVE |
UTILITY MENU > WORKPLANE > OFFSET WP TO GLOBAL ORIGIN |
|
Перенос рабочего поля в начало активной системы координат |
WPAVE |
UTILITY MENU > WORKPLANE > OFFSET WP TO ORIGIN ACTIVE CS |
|
Перенос рабочего поля c координатами X,Y Z |
WPAVE |
UTILITY MENU > WORKPLANE > OFFSET WP TO XYZ LOCATIONS |
|
Смещение рабочего поля на некоторую величину |
WPAVE |
UTILITY MENU > WORKPLANE > OFFSET WP BY INCREMENTS |
5. Сравнение методов твердотельного моделирования и непосредственной генерации
Вы можете использовать два различных метода для построения модели: твердотельное моделирование и непосредственная генерация. В твердотельном моделировании вы описываете геометрические границы модели, устанавливаете контроль над размером и формой элементов, и затем запускаете ANSYS программу для автоматической генерации всех узлов и элементов. Наоборот, по методу прямой генерации вы определяете положение каждого узла и форму каждого элемента. Хотя некоторая автоматическая генерация данных возможна, метод непосредственной генерации является «ручным методом», в котором необходимо контролировать номера узлов, и для сложных моделей может служить источником ошибок.
Преимущества твердотельного моделирования заключаются в следующем:
Более применимо для больших и сложных моделей, в особенности трехмерных;
Позволяет работать со сравнительно небольшим объемом исходных данных;
Позволяет применить геометрические операции (такие, как вытягивание и вращение), что невозможно для узлов и элементов;
Поддерживает использование «примитивов» в виде площадей и объемов, таких как многоугольные поверхности и цилиндрические объемы, а также булевские операции (пересечение, вычитание и т. д.) при конструировании модели по методу «сверху вниз»;
При твердотельном моделировании значительно легче модифицировать геометрию
