5.4.Расчет вынужденных колебаний..............................................550

5.5.Расчет задач устойчивости......................................................556

5.6.Расчет нелинейных задач МДТТ...............................................561

5.6.1.Пластичность...........................................................................565

5.6.2.Гиперупругость.......................................................................567

5.6.3.Ползучесть..............................................................................569

5.6.4.Сплавы с памятью формы........................................................570

5.6.5.Вязкопластичность........................................................... ...... 570

5.6.6.Вязкоупругость........................................................................ 571

5.6.7.Выполнение нелинейного статического расчета.....................571

5.6.7.1.Создание модели.............................................................. 571

5.6.7.2.Назначение опций контроля решения...............................572

5.6.8.Использование нелинейных (изменяющих состояние) элементов..................................................................,................:.....572

5.7.Контактные задачи.....................................................................573

5.8.Расчет статического напряженно-деформированного состояния при помощи р-элементов..............................................585

5.9.Расчет балочных конструкций..................................................591

Глава 6

Примеры использования комплекса ANSYS........594

6.1.Создание модели балки..........................................................,.. 596

6.2.Изгиб консольной балки............................................................611

6.3.Расчет форм и частот собственных колебаний

консольной балки..............................................................................619

6.4.Расчет вынужденных колебаний консольной балки...............624

6.5.Расчет устойчивости продольно сжатой консольной балки.... 627

Заключение..................................................................................634

Библиография.............................................................................638

Введение

Широкое распространение современной вычислительной техники за последние 10-15 лет существенно изменило процесс инженерной деятельности. Появление на рынке программного обеспечения современных комплексов CAD и CAE позволяет ускорять процессы проектирования и исследования различных конструкций, в том числе и машиностроительных. Использование современных методов вычислений, реализованных в комплексах CAD, дает возможность проводить исследования различных характеристик проектируемых объектов, что позволяет менять конструкцию этих объектов без создания экспериментальных образцов и не прибегать к длительной и дорогостоящей процедуре натурных исследований.

Среди средств CAE (средств обеспечения исследований) важное место занимают комплексы метода конечных элементов (МКЭ, FEA), позволяющие проводить имитационное моделирование работы исследуемой конструкции иа основе подробного описания ее геометрии, физики моделируемых процессов, свойств применяемых материалов, эксплуатационных характеристик и иных указываемых пользователем исходных и начальных данных. Среди комплексов МКЭ можно указать такие продукты, как Диана, ИСПА, ANSYS, COSMOS, MSC/NASTRAN, SAMSEF, и другие.

Комплекс МКЭ ANSYS позволяет инженерам-исследователям проводить исследования не только характеристик динамики и прочности машиностроительных, строительных и иных конструкций (то есть расчеты задач механики деформируемого твердого тела, МДТТ), но и расчеты задач расчета полей температур, динамики жидкости и газа, электромагнитных и акустических полей.

Комплекс МКЭ ANSYS применительно к прочности позволяет решать задачи статические (линейные, а также физически и геометрически нелинейные), определять собственные частоты модели (собственные колебания), исследовать поведение модели при воздействии гармонически изменяющихся нагрузок (вынужденные колебания), задачи линейной и нелинейной устойчивости, а также линейные и нелинейные динамические переходные процессы и т. д.

Необходимость создания достаточно подробной книги (справочника), посвященной применению комплекса МКЭ ANSYS, в той форме, в которой она выпускается, неоднократно высказывалась автору на конференциях пользователей МКЭ ANSYS, проводимых компанией ЕМТ. Как следствие такая книга была создана с учетом имеющейся информации о комплексе (о чем также просили пользователи), и предъявляется читателям. В данной книге содержатся основные сведения о комплексе, описываются процедуры создания геометрических и расчетных моделей (включая импорт геометрических моделей из файлов, созданных различными комплексами CAD), процедуры приложения нагрузок, проведения вычислений и операции с результатами, общее описание расчетов различных задач МДТТ и примеры использования комплекса. Наряду с этим особое внимание в данном справочнике уделено описанию конечных элементов, применяемых для решения задач МДТТ. Данное описание включено в книгу также в связи с настойчивыми пожеланиями пользователей комплекса ANSYS.

Создание достаточно компактной книги, более или менее подробно описывающей вопросы применения комплекса МКЭ ANSYS, да и любого иного комплекса МКЭ, весьма сложно. Считается, что такая книга должна содержать подробнейшую информацию о собственно механике деформируемого твердого тела, описание применяемых численных методов математики, свойств материалов, весьма подробное описание применяемых конечных элементов, а также необходимые сведения об интерфейсе комплекса, библиотеке конечных элементов и набор примеров его применения.

В результате создание подобной идеальной книги становится весьма сложным и трудоемким делом, а процесс ее написания затягивается на годы и требует привлечения целого коллектива авторов, в результате чего к моменту выхода книги в продажу версия комплекса, которой посвящена книга, устаревает. В то же время потребности ннженеров-нсследователей диктуют авторам необходимость учета новых функциональных возможностей и прочих объектов, появляющихся в новых версиях комплекса МКЭ. Поэтому представляется разумным ограничить рамки публикации. В результате на суд профессионалов-пользователей в данной книге представляются основные данные о комплексе, его отличительные черты и описание конечных элементов, входящих в состав комплекса, а также приводятся необходимые, с точки зрения составителя (автора), примеры использования комплекса для расчета задач МДТТ, в которых демонстрируются элементы графического интерфейса пользователя.

В связи с относительно небольшим объемом книги в нее не вошли разделы, посвященные основам МДТТ и численных методов математики. Такую информацию лучше искать в специальной литературе, список которой приведен в библиографии.

Поскольку в основных частях данной книги приведено описание использования комплекса, описание процедуры его вызова и ряда действий по его настройке представляется разумным привести именно во введении, как предварительной, но необходимой операции.

При первом вызове комплекса из панели Start следует вызвать следующую последовательность: Program ANSYS Configure ANSYS Products.

После этого на экране появляется диалоговая панель Launcher, показанная на рис. 0.1.

В данной диалоговой панели во вкладке Launch в списке Simulation Environment указывается используемый продукт - собственно ANSYS или ANSYS -LS - DYNA В списке License указывается программный продукт, на который имеется лицензия (возможности комплекса во многом зависят от закупленной лицензии на комплекс). Дополнительные модули также покупаются отдельно. В частности, модуль Parallel Performance применяется только на многопроцессорном компьютере или специальном комплексе, предназначенном для проведения параллельных вычислений (кластере).

Вкладка File Management применяется для указания рабочей директории (Working Directory), в которой создаются временные и постоянные файлы, создаваемые в ходе работы комплекса, и имени задания (Job Name), присваиваемого этим файлам.