Глава 2

Описание

конечных элементов комплекса ANSYS

2.1. Общие свойства элементов......44

2 2 Ст. к:мы кипииина) ..................51

В2 3 Свойства млториапппс3

2 4 Узлпвыр и *чпрчмн1ннр нагрузки........................................54

.25 Элементы в форцр < треугольникиь, призм

и тетрачдрсжКН

jsc 2 Ь. Элсминтиошпочокгю

Г 2.7. Ососимм(;тричм1.1г»:)л.М1ни.1 ЬУ

( /И IJCff ИГЛМСIРИЧМЫЙ JJltfMCHTLI

цл с непггч hmmri ричными " нагрузками .Rfl

.29 ГииМ1[)ич1:икии

Яй» нелинейности ............;......................61

. 2 10.-Библиотокс! эппмшпппTi2

Описание конечных элементов комплекса ANSYS предназначено для обеспечения пользователей информацией об индивидуальных элементах, входящих в комплекс ANSYS.

Данная часть книги не предназначена для использования в качестве первичного источника информации о комплексе, и эту информацию следует искать в соответствующих главах данной книги

2.1. Общие свойства элементов

Элементы библиотеки конечных элементов комплекса ANSYSимеют большое количество общих свойств. Эти свойства описываются в данной главе. Отдельное описание каждого элемента содержится ниже, в п. 2.10 «Библиотека элементов», который включает общую таблицу исходных данных элементов. Пример типовой таблицы данных см., например: п. 2.10.3, «Исходные данные». Эта таблица обычно содержит следующие объекты:

-название элемента;

-узлы;

-степени свободы;

-геометрические характеристики;

-свойства материала;

-нагрузки, приложенные к поверхности;

-объемные нагрузки;

-специальные возможности;

-признаки KEYOPT.

Подробности данных объектов описаны ниже.

2.1.1. Исходные данные элементов

Библиотека конечных элементов комплекса ANSYS включает в себя более 100 различных формулировок элементов, или типов. Тип элемента идентифицируется названием (максимум 8 символов), таким.как, например, ВЕАМЗ, и состоит из обозначения группы (BEAM) и уникального идентификационного номера (3). Описания элементов в п. 2.10 «Библиотека элементов» содержатся в порядке этих идентификационных номеров. Элемент выбирается из библиотеки для использования в расчете путем указания его названия командой ввода типа элемента (ЕТ).

Узлы, связанные с элементом, перечисляются в форме I, J, К и т. д. Элементы связаны с узлами в последовательности и в соответствии с ориентацией, показанной на первой иллюстрации в описании каждого типа элемента. Данная связность может создаваться автоматически при выполнении операции построения сетки или может быть непосредственно указана пользователем командой Е. Номера узлов должны соответствовать порядку, указанному в списке узлов. Порядок указания узлов для некоторых типов элементов определяет ориентацию системы координат элемента. Описание системы координат элемента см. ниже в п. 2.2 «Системы координат».

Каждый тип элемента имеет набор степеней свобод, составляющих первичные узловые неизвестные, определяемые в ходе расчета. Таковыми могут являться перемещения, повороты, температуры, давления, напряжения (в вольтах) и т. д. Вторичные (производные) результаты, такие как напряжения, поток тепла и т. д., вычисляются на основе этих расчетных степеней свобод. Степени свободы не указываются в узлах пользователем в явном виде, а, скорее, подразумеваются

типом элемента, связанного с узлами. Поэтому в любом расчете в комплексе ANSYS выбор типов элементов является операцией высшего приоритета.

Данные, требуемые для вычисления матриц элемента, но не определяемые на основе координат узлов или свойств материалов, указываются в качестве геометрических характеристик. Обычно геометрические характеристики включают площадь поперечного сечения, толщину, внутренний диаметр, наружный диаметр и т. д. Основное описание геометрических характеристик приводится для каждого типа элемента. Геометрические характеристики указываются командой R. Значения геометрических характеристик, указываемых данной командой, должны указываться в порядке, предусмотренном списком геометрических характеристик элемента.

Для каждого типа элемента используются различные свойства материала. Стандартные свойства материала включают модуль Юнга (упругости), плотность, коэффициент температурного расширения, тепловой проводимости и т. д. Каждое свойство имеет в комплексе ANSYS свою метку - EX, EY и EZ для компонентов модуля Юнга для разных осей, DENS для плотности и т. д. Все свойства материала могут указываться в виде функций температуры.

Некоторые свойства, не применяемые в тепловых расчетах, называются линейными свойствами, поскольку обычные расчеты, проводимые с учетом данных свойств, требуют проведения только одной итерации. Свойства связи напряжений с деформациями называются нелинейными свойствами, поскольку расчеты, проводимые с учетом данных свойств, требуют проведения итерационных вычислений. Линейные свойства материалов указываются командами семейства MP, а нелинейные свойства - командами семейства ТВ. Некоторые элементы требуют других специальных данных, которые должны указываться в табличной форме. Эти табличные данные также указываются командами ТВ.

Различные типы элементов допускают приложение нагрузок к поверхностям. Нагрузки, приложенные к поверхностям, обычно являются давлением, приложенным к элементам задач МДТТ, конвекцией или потоком тепла для тепловых типов элементов и т. д. Дополнительные подробности см. ниже в разделе «Узловые и элементные нагрузки».

Различные типы элементов допускают приложение нагрузок в объеме. Нагрузки, приложенные к объемам, обычно являются температурами, приложенными к элементам задач МДТТ, скоростью выделения тепла для тепловых типов элементов и т. д. Дополнительные подробности см. ниже в п. 2.4 «Узловые и элементные нагрузки». Объемные нагрузки для каждого элемента указываются в таблице «Перечень исходных данных элемента в виде обозначения (метки) и списка значений нагрузок, приложенных в различных точках элемента» (см. полный текст русской документации к комплексу ANSYS). Например, для типа элемента PLANE42 список объемных нагрузок, имеющий вид температуры: Т(1), T(J), Т(К), T(L), - указывает, что температурные объемные нагрузки прикладываются в узлах I, J, К и L элемента. Объемные нагрузки указываются командами BF или BFE. Значения объемных нагрузок, указываемых командой BFE, должны указываться в порядке, предусмотренном списком объемных нагрузок.