Операции работы с изображениями объектов
Keypoint - просмотр точек (координат и атрибутов);
Lines... - просмотр списка линий (включающего длину, атрибуты, радиус и так далее);
Areas - просмотр списка поверхностей;
Volumes - просмотр списка объемов;
Nodes... - просмотр списка узлов (с координатами);
Components - просмотр списка компонентов (именованных наборов объектов, подробнее см. ниже, в описании активного набора);
Parts... - команда, применяющаяся только в модуле ANSYS/LS-DYNA;
Picked Entities + - определение различных данных (длин, расстояний, углов и других);
Properties - просмотр списков типов элементов, материалов, поперечных сечений и других;
Loads - просмотр списков нагрузок (сосредоточенных, распределенных на поверхности, приложенных перемещений и других);
Results - просмотр результатов;
Other - просмотр списков иных объектов;
Plot - операции с изображением объектов в графическом окне.
Replot - повторное создание ранее существовавшего изображения (применяется, например, при добавлении объектов);
Keypoint - создание изображения существующих точек;
Lines - создание изображения линий;
Areas - создание изображения поверхностей;
Volumes — создание изображения объемов;
Specified Entities - создание изображения точек, линий, поверхностей или объемов, номера которых соответствуют указанному пользователем диапазону номеров;
Nodes - создание изображения узлов;
Elements - создание изображения элементов;
Layered Elements... - создание изображения многослойных элементов;
-
Replot
Keypoints
Lines
Areas
Volumes
Specified Еntities
Nodes
Elements Layered Element
Materials... - построение графиков свойств материала (модуля Юнга, коэффициента Пуассона, плотности и т. д.) в виде функции температуры;
Data Tables... - построение графиков нелинейных свойств материала;
Array Parameters... - графическое отображение таблиц данных;
Results - графическое отображение результатов;
5. Препроцессор.
Указание типов элементов, геометрических характеристик, поперечных сечений и свойств материала
Указание типов элементов, свойств материалов и геометрических характеристик элементов проводится в препроцессоре.
Для выбора типа элемента, применяемого для создания сетки конечных элементов, используется экранное меню. В данном случае из экранного меню вызывается следующая последовательность (см. рис. 5.1):
Preprocessor => Element Type => Add/Edit/Delete
Ниже опции Add/Edit/Delete имеются еще несколько опций, позволяющих выполнять дополнительные действия с типами конечных элементов:
Switch Elem Type - изменение типа конечного элемента для проведения расчетов иных задач механики сплошной среды (переход от задач МДТТ к задачам расчета полей температур и обратно, переход от элементов расчета магнитных полей к элементам расчета полей температур и так далее). При расчетах только задач МДТТ применение этой опции не требуется;
Add DOF — добавление степеней свобод в узлы элементов (перемещений, скоростей, давления и так далее). При расчетах задач МДТТ применение этой опции не требуется;
Remove DOFs - удаление степеней свобод;
Elem Tech Control - опция формулировки свойств отдельных элементов (SHELL181, PLANE182, PLANE183, SOLID185, SOLID186, SOLID187, ВЕАМ188, ВЕАМ189, SHELL208, SHELL209). Как указывалось выше, данные элементы (кроме балок) используются для расчета сложных физически нелинейных задач.
|
Рис. 5.1 Диалоговая панель Element Types
|
После вызова данной последовательности (Add/Edit/Delete, см. выше) на экране появляется диалоговая панель Element Types, показанная на рис. 5.2.
В поле Defined Element Types: указываются типы элементов, выбранные из библиотеки элементов, которые в дальнейшем будут применяться для создания сетки.
Запись NONE DEFINED означает, что ни один из типов элементов не указан.
Кнопка Add... позволяет добавлять новый тип элемента в список используемых типов элементов.
Кнопка Options... позволяет менять признаки элементов (например, для элементов типа Plane можно указывать тип напряженно-деформированного состояния).
Кнопка Delete позволяет удалять тип элемента из списка используемых для создания расчетной модели (сетки).
Кнопка Close закрывает диалоговую панель Element Types.
Кнопка Help вызывает интерактивную помощь.
После применения кнопки Add... на экране появляется еще одна диалоговая панель Library of Element Types, показанная на рис. 5.3.
В поле Library of Element Types указываются типы применяемых элементов. В левой части списка указывается группа типов конечных элементов (например, Structural Mass - сосредоточенная масса задач МДТТ, Structural Link - стержень задач МДТТ, Structural Beam - балка задач МДТТ и так далее). В правой части списка указывается конкретный тип конечного элемента - 3D mass 21 (то есть элемент MASS21), 3D finit stn 180 (то есть элемент LINK180) и т. д.
Последовательность указания типа элемента из экранного меню
В поле Element type reference number указывается порядковый номер, под которым данный тип элемента будет помещен в список применяемых типов конечных элементов. Как правило, данный номер назначается автоматически (1,2,3...), и менять его не обязательно.
|
Рис. 5.2 Диалоговая панель Library of Element Types
|
Кнопка ОК вызывает внесение указанного типа элемента в список применяемых типов. После применения кнопки ОК диалоговая панель Library of Element Types закрывается
Кнопка Apply вызывает внесение указанного типа элемента в список применяемых типов. После применения кнопки Apply диалоговая панель Library of Element Types не закрывается и можно указывать новый тип конечного элемента.
Кнопка Cancel вызывает выход из диалоговой панели Library of Element Types без сохранения.
Кнопка Help вызывает интерактивную помощь.
После указания типа конечного элемента и выхода из диалоговой панели Library of Element Types исходная (вызванная первой) диалоговая панель Element Types приобретает вид, показанный на рис. 5.3 (Туре 1 SOLID92).
Геометрические характеристики предназначены для указания свойств жесткости, массы и иных характеристик элементов, которые не определяются только по координатам узлов элементов. К таковым относятся толщина оболочек, площадь поперечного сечения стержней, площадь поперечного сечения и различные моменты инерции балок, присоединенные массы и иные данные.
Рис. 5.3 Диалоговая панель Library of Element Types с записью о выбранном типе конечного элемента
|
|
Примером присоединенной массы является масса снега или подобной субстанции, отнесенная к единице поверхности, которую следует учитывать при расчете прочности несущих (строительных) конструкций. Ряд элементов геометрических характеристик не имеют.
Для указания геометрических характеристик элементов из экранного меню вызывается следующая последовательность (см. рис. 5.4):
Preprocessor => Real Constants => Add/Edit/Delete
|
Рис. 5.4 Диалоговая панель Real Constants
|
Опция Thickness Func применяется для указания переменной толщины элементов оболочек (толщина в узлах указывается при помощи массива параметров). Для оболочек постоянной толщины применение данной опции не требуется.
После вызова данной последовательности (Add/Edit/Delete, см.выше) на экране появится диалоговая панель Real Constants, показанная на рисунке 5.5.
В поле Defind Real Constants содержится список всех наборов геометрических характеристик. Запись NONE DEFINED указывает, что такой список ещё не указан.
Кнопка Add… позволяет добавлять любой набор геометрических характеристик. После нажатия данной кнопки на экране появляется диалоговая панель Element Type Real Constants, показанная на рисунке 5.5.
Кнопка Edit... позволяет редактировать существующий набор геометрических характеристик (при этом вызывается диалоговая панель, один из вариантов которой показан ниже, на рис. 5.6).
В поле Choose element type: указывается тип элемента, для которого создается набор геометрических характеристик. Этот тип элемента уже должен быть указан в порядке, описанном выше. В данном случае, как показано на рис. 5.5, таким типом элемента является Solid92.
|
Рис. 5.5 Диалоговая Element Type For Real Constants
|
После использования кнопки ОК на экране появляется диалоговая панель Real Constant Set, при помощи которой указываются геометрические характеристики для выбранного в списке типа элемента (см. рис. 5.6).
Для каждого типа элемента данная диалоговая панель имеет свой вид. Перечень геометрических характеристик приводится в описании каждого элемента.
В поле Real Constant Set No. указывается номер набора геометрических характеристик. Обычно этот номер назначается автоматически.
Для указания свойств материалов также используется экранное меню. В данном случае из экранного меню вызывается следующая последовательность (см. рис. 5.7): Preprocessor => Material Props => Material Models.
Опция Material Library позволяет работать с библиотеками материалов (запитать (импортировать) свойства материала в специальный файл, читать (экспортировать) свойства материала из файла, указывать директорию для чтения и записи такого файла и так далее).
Опция Temperature Units позволяет указывать применяемую шкалу темпера- (Кельвина, Цельсия, Фаренгейта).
Опция Electromag Units позволяет указывать систему единиц для электромагнитных расчетов.
Опция Convert ALPx позволяет изменять температуру, применяемую для вычисления коэффициентов температурного расширения.
 
|
Рис. 5.6 Диалоговая Real Constants Set Рис. 5.7. Пример экранного меню.
|
Опция Change Mat Num позволяет изменять номер материала, применяемого для указываемых пользователем элементов.
Опция Write to File позволяет записывать линейные свойства материала в файл.
Опция Read from File читает данные материала.
После вызова последовательности Preprocessor => Material Props => Material Models на экране появляется диалоговая панель Define Material Model Behavior, показанная на рис. 5.8.
В данной диалоговой модели в левой части имеется поле Material Models Defined, в котором содержится список введенных свойств материалов. При первом вызове данной диалоговой панели в списке уже имеется запись Material Model Number 1, но никаких свойств материала еще не задано.
В правой части диалоговой панели имеется исходно свернутая иерархическая (древовидная) структура свойств материалов. Для указания свойств материала (в первом приближении, модуля Юнга, коэффициента Пуассона и плотности, не зависящих от температуры) следует производить двойные щелчки кнопкой мыши на следующих объектах: Structural (материалы МДТТ), Linear (линейные материалы), Elastic (упругие материалы), Isotropic (изотропные материалы). При этом структура свойств материала раскрывается.
|
Рис. 5.8 Диалоговая Define Material Model Behavior
|
После вызова свойств Isotropic на экране появляется диалоговая панель Linear Isotropic Properties. В этой диалоговой панели указываются значения модуля Юнга (ЕХ) и коэффициента Пуассона (PRXY).
Кнопка Add Temperature позволяет указывать температуру, для которой определяются свойства материала. Кнопка Delete Temperature позволяет удалять такое значение температуры. Кнопка Graph позволяет строить на экране график зависимости свойств материала от температур.
Для указания плотности следует извести двойной щелчок кнопкой мыши на объекте Density. После этого плотность указывается также при помощи специальной диалоговой панели.
После указания свойств материала в поле (списке) Material Models Defined под объектом Material Model Number 1 появляются объекты Linear Isotropic и Density (если плотность также указывалась). Для указания свойств последующих материалов (если расчетная модель использует более одного материала) из меню диалоговой панели следует вызвать последовательность Material / New Model.
Для указания поперечных сечений элементов (чаще всего, балок) используется экранное меню. В данном случае (для балок) из экранного меню вызывается следующая последовательность : Preprocessor => Sections => Beam => Common Sections.
Опция Section Library позволяет работать с библиотеками поперечных сечений (специальными файлами, описывающими поперечные сечения, созданные пользователем).
Опция Shell позволяет работать с поперечными сечениями оболочек (применяются при расчетах многослойных оболочек).
|
Рис. 5.9. Диалоговая панель Beam Tool.
|
Опция Pretension позволяет работать с предварительно нагруженными элементами (PRETS179), предназначенными для моделирования болтов, заклепок и прочих крепежных элементов.
Опция Joints позволяет указывать свойства элементов связей (МРС184).
Опция List Section позволяет просматривать список имеющихся поперечных сечений.
После вызова упомянутой выше последовательности (Preprocessor => Sections => Beam => Common Sections) на экране появляется диалоговая панель вы бора типа существующих в комплексе ANSYS предварительно определенных поперечных сечений балок Beam Tool (см. рис. 5.9).
Следует помнить, что прямое указание поперечного сечения может применяться только для балок типов ВЕАМ44, ВЕАМ188 или ВЕАМ189. Для остальных элементов балок (ВЕАМЗ, ВЕАМ4, ВЕАМ23, ВЕАМ24 и ВЕАМ54) все данные (площадь поперечного сечения, моменты инерции и тому подобное) указываются посредством геометрических характеристик (см. выше).
В состав предварительно определенных поперечных сечений балок входят: прямоугольное поперечное сечение, четырехугольное поперечное сечение произвольной формы, цилиндрическое поперечное сечение без внутренней полости, трубчатое поперечное сечение, швеллер, тавр, двутавр, и некоторые иные. Таким образом, комплекс ANSYS позволяет работать с балками, изготовленными из проката.
В поле ID указывается номер поперечного сечения (назначается автоматически).
В поле Name указывается название поперечного сечения (не обязательное), указываемое пользователем.
В поле Sub-Type указывается вид поперечного сечения (из имеющегося списка).
В списке Offset To указывается один из вариантов взаимного расположения узлов балки и поперечного сечения (Centroid (узел располагается в центре тяжести поперечного сечения), Shear Cen (узел располагается в центре сдвига поперечного сечения), Origin (узел располагается в условной точке начала координат поперечного сечения), Location (узел удален от точки начала координат поперечного сечения на расстояние, указываемое пользователем)).
В полях Offset-Y и Offset-X указываются расстояния от узла до точки начала координат поперечного сечения в системе координат элемента балки.
Ниже приводится пиктограмма поперечного сечения и основные размеры, которые должен указать пользователь. Там же приводится поле, одно или более, посредством которого указывается число точек интегрирования, применяемых для определения свойств поперечного сечения (площадь поперечного сечения, моменты инерции и тому подобное). Иногда это поле заменяется ползунком.
Кнопка Preview позволяет просмотреть вид поперечного сечения.
Кнопка Meshview позволяет просмотреть расположение точек интегрирования.
Помимо опции использования предварительно определенных поперечных сечений для балок также возможны перечисленные ниже операции.
Опция Custom Section позволяет использовать специальные библиотеки поперечных сечений (создавать, читать и редактировать поперечные сечения).
Опция Taper Section позволяет создавать балки переменного поперечного сечения.
Опция Plot Section позволяет отображать на экране поперечное сечение.
Опция Sect Control позволяет указывать дополнительные данные для поперечного сечения (в частности, присоединенную массу).
6. Некоторые примеры использования комплекса ANSYS
6.1 Создание модели балки
В данном примере создается модель консольной балки, имеющей поперечное сечение в виде двутавра. Данная балка будет использована в описанных ниже примерах расчетов, проводимых в среде комплекса ANSYS.
Геометрическая модель балки будет состоять из трех точек и одной линии. Две точки требуются для создания линии, третья точка является ориентационной и необходима для указания направления осей системы координат балки.
1. Вызов модуля препроцессора.
Из экранного меню вызвать Main Menu – Preproceccor.
2. Изменение цвета графического окна.
|
Рис. 6.1 Вызов команды замены цвета графического окна.
|
В ряде случаев удобнее фон экрана сделать белым. Для этого из выпадающего меню вызвать следующую последовательность (как показано на рис. 6.1):
PlotCtrls => Style => Colors => Reverse Video.
Если исходно графическое окно имело черный цвет, оно становится белым.
3.Указание типа применяемого элемента.
Расчетная модель будет состоять из элементов балок. Для указания типа элемента экранного меню вызывается следующая последовательность: Main Menu => Preprocessor => Element Type => Add/Edit/Delete. На экране появляется диалоговая панель Element Types, показанная на рис. 6.2.
В данной диалоговой панели требуется нажать кнопку Add. После этого на экране появится новая диалоговая панель Library of Element Type, рис. 6.3.
В данной диалоговой панели следует в левом списке с прокруткой выбрать раздел Beam (балки), а в правом - объект 2 node 188 (балка Тимошенко с двумя узлами), как показано на рис. 6.3. После этого в диалоговой панели нажать кнопку ОК.
Диалоговая панель Library of Element Types закрывается. В оставшейся на экране диалоговой панели Element Types появляется запись Туре 1 ВЕАМ 188 означает, что данный элемент можно применять для последующего создания расчетной модели). В этой диалоговой панели следует нажать кнопку Close. Диалоговая панель Element Types также закрывается.
Рисунок 6.2 Диалоговая панель Library of Element Type
4. Указание свойств материала
Для указания свойств материала из экранного меню требуется вызвать следующую последовательность:
Main Menu => Preprocessor => Material Props =» Material Models.
Рис. 6.3 Диалоговая панель Define Material Models Behavior.
На экране появляется диалоговая панель Define Material Model Behavior разделенная на две части. В правой части панели следует проводить двойные щелчки кнопкой мыши на объектах Structural, Linear, Elastic, Isotropic.
После двойного щелчка на объекте Isotropic на экране появляется диалоговая панель Linear Isotropic Properties for Material Number 1, показанная на рисунке 6.4.
Рисунок 6.4 Окно для задания свойств материала
Рисунок 6.5 Диалоговая панель для задания плотности
После закрытия диалогового окна 6.4 на экране остается панель 6.3. Для задания плотности материала надо два раза сделать щелчок кнопкой мыши на объекте Density. Появляется диалоговая панель, показанная на рисунке 6.5. Выход из диалоговой панели 6.3 производится с помощью символа Х, находящегося в правом верхнем углу окна 6.3.
Для указания поперечного сечения балки из меню требуется вызвать следующую последовательность:
Main Menu > Preprocessor > Section > Beam > Common Section. На экране появится панель Beam Tool, показанная на рисунке 5.9. В данной диалоговой панели указывается тип поперечного сечения балки, его размеры и расположение поперечного сечения относительно узлов. В поле ID указывается номер поперечного сечения. В нем следует оставить текущий номер. В поле Offset To указывается расположение поперечного сечения по отношению к узлам. Для сохранения данных в базе данных комплекса следует нажать ОК. Одновременно в текстовом окне Output Windows появляется информация обо всех данных выбранного профиля поперечного сечения.
Рисунок 6.6 Текстовое окно Output Windows
Никаких иных свойств поперечного сечения указывать не требуется.
Далее создаем геометрические объекты – точки. Из меню требуется вызвать следующую последовательность:
Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS. На экране появляется диалоговая панель:
Рисунок 6.7 Диалоговая панель для задания координат точек
Номер точки можно не указывать, и при этом создаваемые точки получают минимально возможные номера. Поскольку точки еще не создавались, первая точка получит номер 1, вторая - 2 и т. д. Пробел в поле, предназначенном для значений координат, соответствует нулю (0).
Вызов кнопки Apply соответствует созданию точки и продолжению использования диалоговой панели для создания следующей точки, вызов кнопки ОК задает точку и закрывает диалоговую панель.
Всего следует создать три точки:
№ 1 - с координатами 0.,0,.0.;
№ 2 - с координатами 2.,0.,0.;
- № 3 - с координатами 0.,0.25,0.
После создания трех точек на экране виден символ системы координат и точки со своими номерами - 1, 2, 3.
Далее создаем геометрический объект – линию.
Для создания линии (объекта типа line) из экранного меню надо вызвать следующую последовательность:
Main Menu/ Preprocessor/ Modeling/ Create/ Lines/ Lines/ Straight Line
Появится панель указания Create Straight Line. После появления данной панели следует указать курсором мыши точки 1 и 2 и нажать кнопку ОК. Диалоговая панель закрывается, а на экране остается построенная линия. Для указания атрибутов линии из экранного меню вызывается последовательность:
Main Menu/ Preprocessor/Meshing/ Mesh Attributes/Picked Lines/. На экране появляется панель указания Line Attributes. В панели указания следует указать курсором мыши линию и нажать ОК. Панель указания закрывается и появляется диалоговая панель, показанная на рисунке 6.8
Рисунок 6.8 Диалоговая панель Line Attributes
В этой панели надо в соответствующих полях ввести значения, как указано на рисунке 6.8. После закрытия панели Line Attributes на экране снова появится панель указаний Line Attributes. В данном случае следует указать курсором точку 3 и нажать ОК.
В текстовом окне Output Windows появляется следующая информация:
SET ATTRIBUTES FOR ALL SELECTED LINES
MAT = 1 REAL = 0 TYPE = 1
RB = 3 KE = 0 SELECT = 1
ATTRIBUTES SET FOR 1 LINES (OUT OF 1 SELECTED
Указание числа элементов, создаваемых на линии.
Для указания числа элементов, создаваемых на линии, из экранного меню вызывается следующая последовательность:
Main Menu/ Preprocessor/Meshing/Size Cntrls/ Manual Size/Lines/ Picked Lines. После этого на экране появится указания Element Size on Picked Lines. В этой панели указать курсором мыши линию и нажать ОК. Панель указаний закрывается и появляется диалоговая панель Element Size on Picked Lines, показанная на рисунке 6.9.
Рисунок 6.9 Диалоговая панель Element Size on Picked Lines
В поле NDIV No. Of и т.д. – вводится количество элементов, создаваемых на линии. После подобной операции можно переходить к созданию сетки. Нажать ОК. На экране появится прерывистая линия.
Создание на линии сетки балочных элементов.
Для построения сетки (узлов и элементов) из экранного меню требуется вызвать следующую последовательность:
Main Menu/ Preprocessor/Meshing/ Mesh/Lines. На экране появляется панель указания Mesh Lines. В этой панели указать курсором мыши линию и в панели указаний нажать кнопку ОК. На экране будет оставаться линия. Но это уже не линия а вид построенных на ней элементов. Для улучшения визуализации (графического представления) элементов следует перейти к изометрической проекции представления модели. Далее следует вызвать процедуру отображения элементов на основе их геометрических характеристик (Utility Menu). На экране Будет по прежнему прерывистая линия.
Улучшение визуализации элементов.
Из выпадающего меню вызвать последовательность Plot/ Elements. Элементы отображаются в виде непрерывной линии.
Из выпадающего меню вызвать последовательность PlotCtrls/ Style/ Size and Shape. На экране появляется диалоговая панель Size and Shape, показанная на рисунке 6.10
Рисунок 6.10 Диалоговая панель Size and Shape
В этой диалоговой панели всем полям следует присвоить значения, как на рисунке 6.10. После нажатия ОК на экране будет показана двутавровая балка, размеченная на сетку. В отдельных случаях бывает необходимым убрать изображения линий параметризации. В этом случае из выпадающего меню требуется вызвать следующую последовательность: Plot Ctrls/Style/Edge Options. На экране появляется диалоговая панель Edge Options, показанная на рисунке 6.11. На этой панели в списке [/GLINE] и т.д. следует выбрать значение NONE и нажать ОК. Далее, из выпадающего меню требуется вызвать следующую последовательность: Plot/ Replot. Изображение приобретает вид со сплошной заливкой, без отображения ребер и линий параметризации. Модель готова к приложению граничных условий в виде ограничений на степени свобод.
Рисунок 6.11 Диалоговая панель Edge Options
|
