Скворцов Ю. В. Анализ. Интерактивное мультимедийное пособие в системе дистанционного обучения Moodle самара 2012
 Скачать 6.86 Mb.
|
|
Рисунок 12.3 – Ввод начальных установок 3. Построить точки согласно следующей таблице : Номер точки x, мм y, мм Ввод 1 0 0 [0 0 0] 2 7,5 0 [7.5 0 0] 3 50 0 [50 0 0] 4 50 25 [50 25 0] 5 0 25 [0 25 0] 6 0 7,5 [0 7.5 0] Выбираем приложение «Geometry», нажав соответствующую кнопку главного окна программы При этом справа появляется диалоговая панель , которая при первом входе в данное приложение имеет вид , показанный на рисунке 12.4. В противном случае в выпадающем меню «Action» ( дейст - вие ) следует выбрать «Create» ( создать ), в меню «Object» ( объект ) – Point ( точка ) и в меню «Method» ( метод ) – XYZ ( по трем координатам ). 12-4 Рисунок 12.4 – Ввод координат точек Номер точки в поле «Point ID List» здесь можно не задавать , поскольку он назначается программой автоматически При этом создаваемая точка по - лучит минимально возможный номер Поскольку точек еще нет , первая получит номер 1, вторая – 2 и т д В поле «Refer. Coordinate Frame» указывается базовая система координат , относительно которой интерпретируются вводимые значения По умолча - нию в качестве таковой выбирается глобальная декартова система коор - динат , имеющая номер 0. При установленном флаге «Auto Execute» при определенных условиях ( например , при графическом указании объектов либо , когда ввод с кла - виатуры завершается нажатием Enter ) команда будет выполняться автома - тически после ввода всех необходимых данных На начальных этапах работы в среде MSC.Patran рекомендуется отклю - чать опцию «Auto Execute». В противном случае неопытному пользовате - лю сложно понять , была выполнена команда или нет В поле «Point Coordinate List» последовательно вводим координаты точек в квадратных скобках , как показано в последнем столбце таблицы ( в каче - стве разделителя помимо пробела можно использовать запятую ). Каждый ввод завершаем нажатием кнопки -Apply- Черточки здесь означают , что данную команду можно отменить с помощью кнопки отката (Undo) панели инструментов 4. Для удобства графического указания включить отображение ссылочных номеров геометрических объектов 12-5 Воспользуемся кнопкой (Label Control) панели инструментов При этом ниже появляется дополнительная панель ( рисунок 12.5), где следует нажать вторую слева кнопку Рисунок__12.5_–_Включение_нумерации'>Рисунок 12.5 – Включение нумерации 5. Построить линии , представляющие границы модели Сначала для построения прямой линии по двум концевым точкам в выпа - дающих меню приложения «Geometry» выбираем сочетание Create/ Curve/Point ( рисунок 12.6). Рисунок 12.6 – Построение прямой линии По умолчанию здесь установлена опция 2 Point ( по двум точкам ), которая нас устраивает Щелчком левой кнопки мыши помещаем текстовый курсор в поле «Start- ing Point List» и в графическом окне также при помощи левой кнопки мы - ши указываем точку 2. В данном поле должна появиться запись Point 2. Точно так же активизируем область ввода «Ending Point List» и указываем точку 3. При этом появляется запись Point 3. Всех объектов Всех геометрических объектов Всех конечно-элементных объектов Точек Кривых Поверхностей Объемов Узлов Элементов По двум точкам Начальная точка Конечная точка Номер создаваемой линии (задается автоматически) 12-6 Если снят флаг «Auto Execute», то для завершения операции нажимаем кнопку -Apply- Аналогично строим прямые линии между точками 3 и 4, 4 и 5, 5 и 6. Далее для построения дуги окружности по двум концевым точкам на за - данной плоскости в выпадающих меню приложения «Geometry» выбираем сочетание Create/Curve/2D Arc2Point ( рисунок 12.7). Рисунок__12.8_–_Точки_и_линии_с_нумерацией'>Рисунок__12.7_–_Построение_дуги_окружности'>Рисунок 12.7 – Построение дуги окружности По умолчанию здесь установлена опция Center ( с использованием центра окружности ). Запись Coord 0.3 поле «Coordinate Plane List» означает , что плоскость по - строения перпендикулярна оси Z глобальной декартовой системы коорди - нат Активизируем поле «Center Point List» и в графическом окне указываем точку 1, аналогично для поля «Starting Point List» указываем точку 6, а для поля «Ending Point List» – точку 2. Для завершения ввода ( при отключен - ной опции автоматического выполнения ) нажимаем кнопку -Apply- Получаемое при этом в графическом окне изображение показано на ри - сунке 12.8. С использованием центра окружности Начальная точка Конечная точка Плоскость построения Центральная точка 12-7 Рисунок 12.8 – Точки и линии с нумерацией 6. Объединить в одну линии , образующие внешний контур модели Для формирования составной кривой используем сочетание Create/ Curve/Chain ( рисунок 12.9). Рисунок 12.9 – Формирование составной кривой Активизируем поле «Curve List» и указываем в графическом окне сразу все кривые , растягивая ( при нажатой левой кнопки мыши ) прямоугольник выбора так , чтобы он охватил модель целиком В данном поле должна появиться запись Curve 1:5, означающая ссылку на кривые с 1 по 5. Нажимаем -Apply- На вопрос «Do you wish to delete the original curves?» ( Вы хотите удалить исходные кривые ?), который появляется при установленном флаге «Delete Constituent Curves», отвечаем нажатием кнопки Yes ( да ). 7. Построить плоскую trimmed- поверхность Напомним , что trimmed- поверхность – это сложная поверхность , вырезае - мая из простой Она имеет более четырех кромок и может содержать от - верстия 12-8 Для построения такой поверхности выбираем сочетание Create/Surface/ Trimmed ( рисунок 12.10). Рисунок 12.10 – Построение trimmed-поверхности Для построения плоской поверхности в выпадающем меню «Option» вы - бираем пункт Planar ( плоская ). Далее активизируем поле «Outer Loop List» и указываем внешнюю грани - цу , т е единственную кривую 6. После нажатия кнопки Apply здесь также появляется вопрос : Вы хотите удалить исходные кривые ? Нажимаем Yes Для включения режима отображения промежуточных линий воспользуем - ся кнопкой панели инструментов 8. Задать опорные точки сетки Выбираем приложение «Elements». Сначала для задания равномерного расположения опорных точек сетки используем сочетанием Create/Mesh Seed/Uniform ( рисунок 12.11, а ). Здесь можно задавать либо число элементов вдоль кривой ( опция «Number of Elements»), либо размер элементов ( опция «Element Length (L)»). Ука - зываем первый параметр Вводим число элементов : Number = 12. Активизируем поле «Curve List», в появляющемся рядом пиктографиче - ском меню устанавливаем фильтр ( выбор кромки ) и указываем кром - Номер создаваемой поверхности (задается автоматически) Плоская Внешний контур Внутренний контур 12-9 ку на контуре отверстия При этом после нажатия кнопки -Apply- или сра - зу ( если установлен флаг «Auto Execute») появятся желтые кружочки , обо - значающие опорные точки Напомним , что запись Surface 1.5 означает ссылку на кромку 5 поверхно - сти 1. Рисунок__12.12_–_Генерация_сетки'>Рисунок 12.11 – Задание опорных точек Для сгущения сетки в области концентрации напряжений воспользуемся случаем неравномерного расположения Mesh Seeds при изменении в од - ном направлении – сочетание Create/Mesh Seed/One Way Bias ( рису - нок 12.11, б ). Указываем опцию «Num Elems and L2/L1» ( число элементов и отношение длины стороны элемента в конце линии к соответствующему размеру в начале линии ). Вводим число элементов и отношение длин : Number = 12; L2/L1 = -5 ( где число 5 со знаком минус означает 1/5 или 0.2). Следует отметить , что по - ложительные направления кромок здесь указываются бирюзовыми стрел - ками Активизируем поле «Curve List» и указываем левую кромку , Apply 9. Разбить поверхность на конечные элементы а) б) 12-10 Для генерации сетки в том же приложении устанавливаем сочетание Cre- ate/Mesh/Surface ( рисунок 12.12). Рисунок 12.12 – Генерация сетки В выпадающем меню «Elem Shape» ( форма элементов ) выбираем пункт Quad ( четырехугольная ). Поскольку построенная выше поверхность со - держит более четырех кромок , т е является сложной , в меню «Mesher» ( генератор сеток ) указываем значение Paver ( алгоритм построения сво - бодных сеток на любых поверхностях ). И наконец , в меню «Topology» ( топология ) выбираем Quad4 ( четырехугольник с четырьмя узлами ). Активизируем поле «Surface List» и в графическом окне указываем по - верхность 1. В разделе «Global Edge Length» отключаем опцию автоматического вы - числения глобальной длины стороны элемента и в поле «Value» вводим значение 3 ( в мм ). Полученная после нажатия кнопки -Apply- разбивка представлена на ри - сунке 12.13. Нумерация узлов и элементов начинается с указанных здесь значений Четырехугольная форма элементов Генератор свободных сеток Топология – четырехугольник с четырьмя узлами Автоматическое вычисление глобальной длины стороны элемента Список поверхностей для разбиения 12-11 Рисунок 12.13 – Свободная сетка элементов 10. Задать свойства материала Запускаем приложение «Materials». В верхней части появляющейся при этом диалоговой панели для ручного ввода свойств изотропного материа - ла выбираем сочетание Create/Isotropic/Manual Input. В поле «Material Name» вводим имя материала , например steel20. Далее нажимаем кнопку Input Properties ( ввод свойств ). При этом появля - ется дополнительное окно , где по умолчанию установлена линейно - упругая модель состояния (Linear Elastic). В соответствующие поля вводим : «Elastic Modulus» = 2.0071e5 ( модуль упругости в МПа ) «Poisson Ratio» = 0.23077 ( коэффициент Пуассона ) OK В конце нажимаем кнопку Apply При этом вновь созданная модель мате - риала должна появиться в списке существующих материалов «Existing Materials». 11. Определить свойства элементов Выбираем приложение «Properties». Для задания свойств плоских элемен - тов устанавливаем сочетание Create/2D/2D Solid. В поле «Property Set Name» вводим имя набора свойств , например plane. Установленные по умолчанию опции Plane Strain ( плоская деформация ) и Standard Formulation ( стандартная формулировка ) нас устраивают Далее нажимаем кнопку Input Properties ( ввод свойств ). При этом появля - ется дополнительное окно , где будет выбран стандартный элемент пло - ской деформации CQUAD4. В нашем случае здесь необходимо указать лишь материал Mesh Seeds 12-12 С этой целью нажимаем кнопку и из списка существующих материалов выбираем steel20, после чего в поле «Material Name» должна появиться запись m:steel20. OK Затем для выбора области приложения введенных свойств нажимаем кнопку Select Application Region Здесь также появляется дополнительное окно Активизируем поле «Select Members», в пиктографическом меню выбора нажимаем кнопку ( поверхность или грань ) и указываем поверхность 1. Должна появиться запись Surface 1. После этого обязательно сначала нажимаем кнопку Add для добавления выбранной поверхности в область приложения (Application Region), затем OK Завершаем процесс задания свойств элементов нажатием кнопки Apply , причем вновь созданный набор свойств элементов должен появиться в списке существующих наборов «Prop. Sets». 12. Задать граничные условия Как видно из рисунка 12.2, граничные условия для рассматриваемой зада - чи представляют собой условия симметрии на линиях отсечения модели - руемой части пластины Для плоской задачи условия симметрии на линии задаются в виде запрета поступательных перемещений в направлении , перпендикулярном этой линии Запускаем приложение «Loads/BCs» и для задания перемещений устанав - ливаем сочетание Create/Displacement/Nodal. В поле «New Set Name» вводим имя вновь создаваемого набора , например sym_bot. Нажимаем кнопку Input Data ( ввод данных ) и в поле «Translations» ( по - ступательные перемещения ) вводим < ,0, >, что соответствует запрету пе - ремещений в направлении оси Y OK Далее нажимаем кнопку Select Application Region Для выбора геометриче - ских объектов устанавливаем опцию «Select»: Geometry. Активизируем поле «Select Geometry Entities», в пиктографическом меню выбора нажимаем кнопку ( кривая или кромка ) и указываем нижнюю кромку поверхности Здесь должна появиться запись Surface 1.1. Последовательно нажимаем кнопки Add , OK и Apply Имя sym_bot должно появиться в списке «Existing Sets». 12-13 Аналогично задаем условия симметрии и на левой кромке Данному набо - ру необходимо присвоить другое имя , например sym_left. При вводе свойств для фиксации перемещений вдоль оси X следует запи - сать <0,, >. Не забудьте выбрать область приложения Следует отметить , что граничные условия изображаются пространствен - ными стрелками , причем рядом указывается номер закрепленной степени свободы 13. Приложить нагрузку В рассматриваемой задаче нагружение пластины осуществляется погон - ными силами интенсивностью 160 Н / мм , распределенными по коротким сторонам ( см рисунок 12.1). В пакете MSC.Patran-Nastran распределенную нагрузку для плоской зада - чи следует задавать в виде давления , приложенного к соответствующей линии При этом величина давления определяется отношением интенсив - ности погонной нагрузки к толщине пластины : 160 80 2 p = = МПа. В том же приложении выбираем сочетание Create/Pressure/Element Uni- form. В поле «New Set Name» вводим имя нового набора, например load. В качестве типа целевых элементов выбираем поверхностные, т.е. «Target Element Type»: 2D. Нажимаем кнопку Input Data и в поле «Edge Pressure» (давление на кром- ке) вводим значение -80 (положительное давление направлено к поверх- ности и вызывает сжатие, а в нашем случае необходимо задать растяже- ние, поэтому мы вводим отрицательное число). OK. Далее нажимаем кнопку Select Application Region. Для выбора геометриче- ских объектов устанавливаем опцию «Select»: Geometry. Активизируем поле «Select Surfaces or Edges», в пиктографическом меню выбора нажимаем кнопку (кромка) и указываем правую кромку по- верхности. Здесь должна появиться запись Surface 1.2. Последовательно нажимаем кнопки Add, OK и Apply. Имя load должно появиться в списке «Existing Sets». Приложенная нагрузка, а также граничные условия показаны на рисун- ке 12.14. 12-14 Рисунок 12.14 – Граничные условия и нагрузка На этом завершается процесс создания расчетной модели. 14. Сохранить базу данных. В полосе меню выбираем File>Save. В результате выполнения этой ко- манды введенные данные по модели записываются в файл Lab1.db. 15. Запустить задачу на счет. Выбираем приложение «Analysis» и устанавливаем сочетание Analyze/ Entire Model/Full Run. В нашем случае необходимо выполнить простейший (линейный статиче- ский) анализ с одним расчетным случаем. Поэтому просто нажимаем Ap- ply, ничего не меняя. При этом формируется файл исходных данных Lab1.bdf и в случае пра- вильной настройки автоматически запускается решатель MSC.Nastran. По окончании счета выдается звуковой сигнал. 16. Присоединить файл результатов расчета к базе данных программы MSC.Patran. В том же приложении для доступа к результатам расчета устанавливаем сочетание Access Results/Attach XDB/Result Entities. Нажимаем кнопку Select Results File и в появившемся окне выбираем файл lab1.xdb, OK. В заключение нажимаем Apply. Процесс присоединения файла результатов начинается и заканчивается соответственно следующими сообщениями в списке введенных команд: $# *** Begin: Attach Result File *** $# *** End: Attach Result File *** 12-15 Если второе сообщение не появляется либо файла lab1.xdb вообще нет, то скорее всего в модели имеется ошибка. Напомним, что сообщения об ошибках (Fatal Error) записываются в текстовый файл lab1.f06, который можно открыть с помощью любого тестового редактора. 17. Изобразить поле напряжений xx σ на деформированном состоянии пласти- ны. Для рассматриваемой задачи интерес представляет распределение нор- мальных напряжений, действующих на площадках, перпендикулярных оси X. Выбираем приложение «Results». Для быстрого изображения результатов используем сочетание Create/Quick Plot. В списке «Select Result Cases» должен находиться один случай результа- тов. Если данный список пустой, то либо вы не присоединили файл ре- зультатов расчета, либо в модели ошибка (см. файл lab1.f06). Выберем этот случай результатов, что приведет к заполнению двух нижних спи- сков. В списке «Select Fringe Result» в качестве величины для многоцветного представления ее поля указываем Stress Tensor (тензор напряжений). Поскольку данная величина не является скалярной, ниже в выпадающем меню «Quantity» выбираем компоненту X Component. Далее в списке «Select Deformation Result» в качестве результата для изо- бражения деформированного состояния модели указываем строку Dis- placement, Translational (поступательные перемещения). Установим флаг «Animate» для включения анимации. Следует отметить, что с помощью кнопок-пиктограмм, расположенных в верхней части диалоговой панели, можно менять ее вид. Так, вторая кнопка (Fringe Attributes) устанавливает вид для настройки многоцветного представления поля. Здесь можно изменить палитру и стиль заливки, вывести на экран название выходной величины и ее экс- тремальные значения. Третья кнопка (Deform Attributes) устанавливает вид для настройки изображения деформированного состояния модели. При этом можно вы- брать цвет и толщину линий отображения деформированного и недефор- мированного состояний модели, изменить масштаб для перемещений. Нажимаем кнопку-пиктограмму Deform Attributes. 12-16 Под установленным флагом «Show Undeformed» (показать недеформиро- ванное состояние) для опции «Render Style» (стиль отображения недефор- мированного состояния) выбираем значение Free Edge (свободные кром- ки). В этом случае будут изображаться только исходные границы тела. И наконец, нажимаем кнопку Apply. Некоторое время займет формирование видео файла, после чего в графи- ческом окне будет представлена анимация деформированного состояния с наложенным на него полем напряжений xx σ . Кроме того, появится допол- нительная панель «Animation Control». Скорость анимации здесь регулируется бегунком «Animation Speed». В случае необходимости изменения опций здесь следует временно пре- рвать процесс анимации, установив флаг «Pause Animation». Для полного завершения процесса анимации необходимо нажать одну из кнопок раздела «Stop Animation and ...». Нажимаем No Graphics Refresh (не восстанавливать изображение). При этом результаты расчета останутся на экране (рисунке 12.15). Здесь справа располагается легенда, где каждый цвет соответствует определенному уровню напряжений. |