Басов

AN SYS

Метод конечных элементов (МКЭ) является мощным и надежным средством исследования поведения конструкций в условиях разнообразных воздействий.

В настоящее время на рынке программного обеспечения имеется большое количество комплексов МКЭ, в том числе ANSYS, NASTRAN, ABAQUS, COSMOS и др. Традиционно эти продукты относятся к категории CAE (Computer Aided Engineering) программного обеспечения, применяемого при проектировании машиностроительных, строительных и других конструкций. Эта категория программного обеспечения занимает прочное место в списке CAD/CAM/CAE/GIS/ PDM, продуктами из которого в том или ином виде пользуется большинство инженеров во всем мире.

Метод конечных элементов ANSYS широко известен и пользуется популярностью среди инженеров-исследователей, занимающихся вопросами динамики и прочности. Средства МКЭ ANSYS позволяют проводить расчеты статического и динамического напряженно-деформированного состояния конструкций (в том числе геометрически и физически нелинейных задач механики деформируемого твердого тела), форм и частот колебаний, анализа устойчивости конструкций, нелинейных переходных процессов и др.

Препроцессор МКЭ позволяет как импортировать, так и создавать заново достаточно сложные геометрические модели для дальнейших расчетов.

Бурное развитие средств компьютерного проектирования и расчета конструкций породило возможность передачи информации, созданной в одной CAD-САМ-системе, в другие аналогичные системы. В результате объекты, созданные, например, средствами CAD, могут в дальнейшем использоваться при подготовке производства (то есть использоваться средствами из группы САМ), при расчете на прочность и на иные свойства (то есть использоваться средствами из группы CAE) или учитываться при ведении корпоративного проекта (то есть обрабатываться продуктами из группы PDM).

Во многих случаях логически взаимосвязанное применение средств CAD и CAE приводит к существенному ускорению подготовки расчетных моделей для исследования прочностных, динамических и иных рассчитываемых свойств и характеристик проектируемой конструкции. Практический опыт, накопленный автором, показывает, что технологическая цепочка — подготовка средствами CAD геометрической модели для последующего расчета при помощи МКЭ — уменьшает время создания модели минимум в 3 раза.

Одними из наиболее распространенных и освоенных специалистами комплексов CAD являются AutoCAD и созданный на его основе Autodesk Mechanical Desktop, средство для трехмерного моделирования деталей, поверхностей, сборок. Эти продукты имеют понятный и доступный интерфейс, а также обладают большими возможностями для моделирования как в двухмерном, так и в трехмерном пространствах. Дополнительным удобством является наличие литературы об этих комплексах на русском языке.

Поэтому предлагаемая книга посвящена не только (и не столько) применению собственно МКЭ ANSYS, но и практике совместной работы в двух комплексах (AutoCAD и МКЭ) одновременно.

Для достижения определенной полноты рассмотрения ряда часто используемых возможностей МКЭ ANSYS в книгу добавлены главы с описаниями последовательностей расчета контактных задач, собственных форм и частот конструкции, а также устойчивости конструкции.

Также в книге содержатся главы, посвященные описанию возможностей и применения встроенных методов конечных элементов, входящих в состав программных комплексов AutoCAD Mechanical Power Pack и Autodesk Mechanical Desktop Power Pack. Встроенные в эти продукты средства МКЭ позволяют успешно и быстро решать часто встречающиеся в инженерной практике задачи.

У пользователя, привыкшего к работе с AutoCAD и Autodesk Mechanical Desktop, работа с программой МКЭ ANSYS не может вызвать затруднений.

Вид экрана компьютера при работе с МКЭ ANSYS

При работе с МКЭ ANSYS на экране имеются следующие объекты (окна и меню):

•выпадающее меню ANSYS Utility Menu;

•экранное меню ANSYS Main Menu;

•панель инструментов ANSYS Toolbar;

•графический экран (или графическое окно) ANSYS Graphics;

•командное окно (или командная строка) ANSYS Input;

•текстовое окно ANSYS Output Window.

Кроме того, при необходимости пользователем могут вызываться на экран (или появляться при выполнении различных команд) большое число панелей, исполняющих разные функции: указание и выбор объектов для дальнейшей работы с ними, назначение параметров для различных команд и т.д.

Эти панели имеют весьма разнообразный вид. Однако существует целый набор панелей, которые имеют абсолютно одинаковый вид и различаются только заголовком. Такие типовые панели позволяют пользователю указывать точки при построении линий, линии при построении поверхностей, поверхности при построении объемов и выполняют целый ряд других, весьма разнообразных функций.

Одна из таких панелей (Create Straight Line, то есть построение прямой линии по двум точкам) показана на рисунке. В этой панели кнопки выполняют следующие функции: переключатель Pick соответствует выбору нужных объектов;

переключатель Unpick — отказ от ошибочного выбора объекта;

переключатель Single позволяет выбирать единичные объекты;

переключатель Polygon позволяет выбирать объекты, лежащие внутри замкнутой ломаной линии; переключатель Loop позволяет выбирать объекты, лежащие внутри замкнутой гладкой линии; переключатель Box позволяет выбирать объекты, лежащие внутри прямоугольника; переключатель Circle позволяет выбирать объекты, лежащие внутри окружности;

счетчик (указатель) Count показывает число выбранных объектов;

счетчик Maximum — максимальный номер имеющегося объекта;

счетчик Minimum — минимальный номер имеющегося объекта;

счетчик KeyP No — номер последнего выбранного объекта (заголЬвок может меняться в зависимости от контекста);

в разделе For Keyboard Entry содержатся кнопки признаков для указания объектов при помощи клавиатуры:

•переключатель List of Items позволяет вводить с клавиатуры номера объектов;

•переключатель Min, Max, Inc указывает номер первого, последнего объекта и шаг нумерации (фактически номера образуют арифметическую прогрессию);

•кнопка ОК вызывает выполнение действующей команды и выход из нее;

•кнопка Reset позволяет сбросить все выбранные объекты и начать выбор снова;

•кнопка Pick All позволяет выделить все имеющиеся объекты;

Панель Create Straight Line