Рис. 8.31. Геометрия детали: а - исходная; б - после упрощения

2.Задание материалов. Перед выполнением анализа необходимо определить свойства материалов (рис. 8.32).

3.Добавление системы координат. Системы координат используются для задания компонент векторов нагрузок и ограничений. Мы можем выбрать для этого декартову, цилиндрическую или сферическую систему координат (рис. 8.33).

MATERIAL HftHDPHOIC

This file tujf be edited using available edit**-. Just type on the necessary lines appropriate values after the *"-" sign. Commits are not permitted on lines containing Material properties nanes.

VOUHCJWDULUS roISSOHMIln smearMODULUS HASS pEKSlTV

THERHRL EXPAHSIOH COEFF1C1EHT

TKERN EXPANSION «EF lEMFEAeIUAE

JHtUCII»M. t»HPIHC COEFFICIENT

SlKiS LI Nil (OR II 1С I OH

SIAESS LINII FOR COHPRESSIOH

STRESS LIMIT FOR SMERR

THERK)L CSNDUCIIUIIV

ENISSIUITV

SPECIFIC ИЕШ

HARDNESS

CONDITION

INIIIRL 1ЕН0 V FftCIOR END TABLE PRO UNIT HRSS PRO UM1T LEHGTN

2.••••••>-

b.SMAAOe-

Рис. 8.32. Задание свойств материалов

Рис. 8.33. Добавление системы координат

4. Наложение ограничений. Модель готова для задания нагрузок и наложения ограничений. Сначала мы накладываем ограничения на смещения: задняя поверхность должна иметь нулевые смещения по всем шести степеням свободы (вращательным и трансляционным). Эти ограничения обозначены маркерами х на задней панели (рис. 8.34).

Рис. 8.34. Задание граничных условий

Система Pro/MESH позволяет задавать следующие типы ограничений и нагрузок: давление, силу, момент количества движения, смещение, давление на ребро, температуру, ускорение, угловую скорость и суммарную силу (рис. 8.35). Ограничения на смещение бывают пяти видов (рис. 8.36):

О 3components (3 компоненты) - трансляционное смещение точек, ребер и граней;

О Immovable (Неподвижный) - нулевое смещение точки, ребра или грани по трем трансляционным степеням свободы;

О 6components (6 компонент) - трансляции и повороты точек, ребер и граней;

О Fixed (Закрепленный) - нулевое смещение точки, ребра или грани по всем шести степеням свободы;

О Along Surf (Вдоль поверхности) - узлы на выбранной плоскости или цилиндре могут перемещаться только вдоль выбранной поверхности. Узлы на цилиндре могут иметь дополнительное ограничение: перемещаться с изменением только координаты по продольной оси или только азимутального угла.

▼ LOADS/ВС Structural

. МСЛ1

oen«/R.tum Щ

STRUCTURAL

J>r*»«lr* F«re*

i*>i!i«nt. Dl»pl»e*<nflt Eda«l>r«ssure Struct Temp Acceleration

TotilForco

Рис. 8.35. Меню выбора структурных нагрузок и ограничений

Рис. 8.36. Меню задания ограничений на смещения

5.Добавление области. Теперь мы должны определить область приложения нагрузки. В нашем примере нагрузка будет прикладываться в том месте, где откидная крышка соединяется с корпусом телефона. Эта область является частью лицевой поверхности, поэтому мы должны задать часть этой поверхности. Область определяется кривыми, которые строятся непосредственно на поверхности детали.

6.Приложение нагрузок (случай 1). Первая ситуация состоит в том, что крышка полностью открывается и прижимается вниз. Чтобы смоделировать эту ситуацию, мы приложим направленную вверх силу к верхней половине петель и направленную вниз силу в узкой контактной области, где опускающаяся крышка касается корпуса телефона (рис. 8.37). Суммарная нагрузка составляет 0,1 Н в направлении х и -0,2 Н в направлении z в контактной области и 0,2 Н в направлении z в области шарниров. Система самостоятельно рассчитывает распределенную нагрузку при указании суммарной силы, действующей на какой-либо участок (рис. 8.37).

7.Приложение нагрузок (случай 2). Вторая ситуация состоит в том, что крышка открывается и поворачивается. Мы имитируем эту ситуацию заданием нагрузки, изображенной на рис. 8.38. В этом случае величины действующих сил одинаковы и равны 0,2 Н, но направления их действия противоположны.

Рис. 8.37. Нагрузки и граничныеРис. 8.38. Нагрузки и граничные

условия для первой ситуацииусловия для второй ситуации

8. Оценка сетки. Теперь система может построить сетку конечных элементов (рис. 8.39). Размер элементов может быть задан двумя способами. Глобальные параметры сетки - это максимальный и минимальный размер элемента во всей модели. Локальные параметры сетки - максимальный и минимальный размер элемента на ребре, поверхности или в окрестности точки. На практике удобно бывает построить сетку без задания конкретных значений параметров и изучить результат, который может послужить хорошей отправной точкой. Затем при необходимости можно присвоить параметрам нужные значения и повторить процесс построения.

Система Pro/MESH позволяет использовать элементы двух типов:

О трехмерные тетраэдрические элементы для моделирования объемных пли толстых компонентов;

О плоские треугольные и квадратные элементы оболочек для моделирования тонких компонентов.

Как уже отмечалось, в настоящем примере мы будем использовать объемные (тетраэдрические элементы), чтобы не тратить время на преобразование объемной модели к оболочке перед построением сетки.

Изучив сетку и оценив ее качество, мы можем решить повысить его в отдельных участках. Мы можем указать дополнительные параметры сетки и выполнить построение снова. Для получения приемлемой сетки обычно требуется несколько итераций.

Перестроение сетки. Количество ячеек на рис. 8.39 слишком велико: их около 70 000, что затрудняет анализ и требует слишком больших ресурсов. Нужно уменьшить количество ячеек. Для этого мы увеличим локальный минимальный размер элемента в тех частях, которые не влияют иа качество анализа. Последовательными приближениями мы уменьшили количество ячеек до 20 000 (рис. 8.40).

Рис. 8.39. Исходная сетка построенаРис. 8.40. Новая сетка

Вывод данных системы моделирования. Если мы планируем выполнять анализ методом конечных элементов в другой программе, мы должны создать выходной файл с данными о сетке, который будет содержать:

О элементы и узлы сетки в формате, совместимом с конкретной программой анализа;

О все ограничения, наложенные па модель;

О параметры всех использованных материалов.

В нашем примере мы создадим выходной файл для ANSYS.

Решение и оценка результатов. Выходной файл системы моделирования счи-тывается программой ANSYS, после чего выполняется анализ методом конеч-

элементов. После выполнения анализа можно изучить его результаты - распределения напряжений и смещений (рис. 8.41). Результаты совпадают с нашими интуитивными предположениями о том, что напряжения будут максимальны в области крепления крышки к корпусу.

ht* г \ш

1«i«1im теп ю. t

mW-l » -i

twi*t

mov tavoi

am lkwi Ml -.№t*(«

ma -и * »

l.til

t.w;

Ш.Ю

- 11. »4

U.IW it Mi

1» p

«.#4*

«.«*»

i

Рис. 8.41. Результаты анализа: a - распределение напряжений для случая 1;

б - для случая 2

Вопросы и задачи

1. Представьте, что вы должны спроектировать и выпустить подвесной кронштейн. Сначала вам нужно построить модель, рассчитать распределение смещений и

напряжений, проанализировать эффективность модели и оптимизировать ее форму. Для этого можно воспользоваться средствами моделирования и анализа методом конечных элементов. При помощи коммерческого программного пакета типа NASTRAN или ANSYS решите следующие задачи1.

1) В препроцессоре или программе конечноэлементного моделирования постройте исходную модель изображенного на следующем рисунке подвесного кронштейна и задайте параметры материалов: толщина 10 мм; модуль Юнга Е = 2,07x10й Н/м2; плотность р = 7,8х10"6 кг/мм3; коэффициент Пуассона р. = 0,3.

подшипник)

*Все размеры указаны в мм

2)Запустите программу анализа и получите решение для исходной модели с учетом изображенной на рисунке нагрузки. (Совет: рассчитайте нагрузку, создаваемую подшипником, по формуле BP = F/td, где F= 5000 Н. Для боковых элементов задайте значение 0,001.)

3)При помощи постпроцессора получите графики распределения смещений и напряжений.

2. Проанализируйте распределение температуры в окне с неизолированной тянутой металлической рамой в зимний день. При помощи коммерческого пакета конечноэлементного моделирования постройте модель и сетку из элементов, пригодных для анализа распределения температур. Для построения модели вы можете воспользоваться плоскими примитивами, объединяя их при помощи булевских операций. Модель состоит из различных материалов, поэтому вы должны создавать ячейки с разными свойствами.

(Предположение: окно считается бесконечно длинным. Модель должна представлять собой полосу единичной толщины.)

Поперечное сечение окна и все его размеры приведены на рисунке. Размеры указаны в дюймах.

1 Чертежи к задачам этой главы взяты из книга Введение в ANSYS Rev. 5.0А, том 2: решения задач. Перепечатано с разрешения ANSYS, Inc. (Canonsburg, PA).