Основы построения моделей в ansys 8. 0.

Основное назначение ANSYS.

ANSYS – программное обеспечение, позволяющее решать следующие задачи:

1. Построение модели конструкции (геометрия, реологические свойства, краевые условия) или импорт их из CAD1 систем.

2. Изучение реакции конструкции на различные физические воздействия, такие, как воздействие различных нагрузок, температурных и электромагнитных полей, решение задач механики жидкости и газа.

3. Оптимизация геометрии конструкции.

Как организована программа ANSYS.

Для удобства пользования ANSYS имеет графический интерфейс пользователя (ГИП), предоставляющий быстрый доступ к различным функциям, командам, а также к обширной HELP – системе.

Работа программы ANSYS организована в два уровня:

• начальный уровень (Begin level);

• процессорный уровень.

Работа программы ANSYS начинается с начального уровня (Begin level). На этом уровне доступны команды работы с файлами (сохранение, удаление, переименование и т.д.).

На процессорном уровне доступны несколько процессоров. Каждый процессор предоставляет доступ к различным функциям и командам.

CAD (Computer Aided Design) системы – программное обеспечение, позволяющее получить геометрическую модель, а также оформить чертежи конструкции.

Работать с программой ANSYS можно с помощью как графического интерфейса пользователя (ГИП) – интерактивный режим, так и с помощью команд – командный режим.

Начало работы в ANSYS.

В папке ANSYS из меню Программы выберите Interactive. Появится меню ANSYS Interactive (рис. 1). Здесь вам необходимо выбрать рабочую директорию и размер рабочего пространства. Рядом с окном Working Directory нажать кнопку «…» (1 на рис. 1) и выбрать свою рабочую директорию. В этой директории ANSYS будет сохранять все файлы. Директория должна быть создана заранее. В именах директории и пути к директории допускаются только латинские буквы.

Окна Total Workspace (2) и Database (3) служат для задания объема резервируемого рабочего пространства для задачи и для объема файла базы данных. При работе программы основным является файл базы данных file.db. В нем сохраняется информация о геометрии исследуемого объекта, конечно-элементном разбиении, нагрузках и результатах решения. В объем определяемого в Total Workspace рабочего пространства входит суммарный размер всех файлов, образуемых при работе программы. Окно Initial jobname (4) служит для задания имени файла базы данных и по умолчанию содержит имя file. Кнопка GUI Configuration (5) служит для входа в меню конфигурации графического интерфейса. С помощью этого меню можно установить размеры графического окна и положения окна ANSYS Input.

Для входа в программную оболочку ANSYS необходимо нажать RUN.

Программная оболочка ANSYS состоит из нескольких меню (см. рис. 2.):

1. ANSYS Main Menu – главное меню ANSYS, служит для доступа ко всем операциям процессоров – препроцессора, процессора решения и постпроцессора.

2. ANSYS Utility Menu – меню утилит, служащее для доступа к командам, доступным из любого процессора. Это операции с файлами, управления выводом данных и другие.

3. ANSYS Toolbar – панель инструментов. Служит для быстрого доступа к ряду команд, а также для размещения кнопок доступа к макросам, написанным пользователем.

4. ANSYS Input – командное окно, служащее для ввода команд.

5. ANSYS Graphics – графическое окно, служащее для графического вывода объектов.

Построение модели.

Моделирование объекта – это основной и самый трудоемкий по времени этап решения задачи. Моделирование производится в препроцессоре PREP7. На этом этапе, исходя из математических моделей механики, задается геометрическая модель объекта, определяются типы используемых элементов, задаются свойства материала и краевые условия. Будем рассматривать поэтапно типичные действия, выполняемые при построении модели. Действия рассмотрим как через ГИП, так и команды.

Присвоение имени файлу базы данных.

При выполнении этой операции файлу базы данных и всем сопутствующим файлам присваивается новое имя. Если этого не выполнить, то файлы будут иметь имя по умолчанию file с соответствующим расширением. Для присвоения имени необходимо выполнить путь в меню ГИП и ввести свое имя файла, либо воспользоваться соответствующей командой.

Путь в меню Команда

Utility Menu > File > Change Jobname /FILNAME, filename

Определение типа элемента.

Библиотека элементов ANSYS содержит более 100 различных типов элементов. Каждый элемент имеет свое имя, описывающее семейство элементов, необходимых для моделирования соответствующего объекта, и номер. В таблице приведены некоторые из них.

Имя элемента Моделирование

LINK Моделирование ферменных конструкций,тросов, канатов и т.д.

BEAM Моделирование стержневых конструкций

SHELL Моделирование тонкостенных конструкций

PLANE Моделирование двухмерных задач (плоская задача,

плосконапряженное состояние, осесимметричная задача)

SOLID Моделирование трехмерных объектов

PIPE Моделирование стержневых систем – труба + жидкость

MASS Моделирование абсолютно твердого тела и материальной точки

CONTAC Моделирование условий контакта

COMBIN Моделирование пружин с различными свойствами (упругие,

вязкоупругие и т.д.)

Типом элемента определяется:

• Степени свободы элемента (которые в свою очередь влияют и на тип анализа – механический, термический, магнитный, электрический).

• Модель объекта – одномерная, двумерная или трехмерная.

Балочный элемент BEAM4, например, имеет 6 степеней свободы (UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ) в узле и используется для моделирования стержневых конструкций в 3-х мерном пространстве. Плоский элемент PLANE77 имеет в качестве степеней свободы узловые температуры и может использоваться для моделирования только плоских объектов.

Main Menu > Preprocessor > Element Type > ET, ITYPE, Ename

Add/Edit/Delete > Add

Определение опций элемента.

У каждого типа элементов обычно необходимо задать опции. Эти опции позволяют управлять различными параметрами элемента.

Например, у элемента SOLID95 опции следующие:

выбор локальной системы координат, связанной с элементом;

выбор точек, в которых происходит вычисление данных (например, напряжений)

внутри элемента: например, в квадратичных точках;

выбор точек, в которых происходит вычисление данных (например, напряжений) на

поверхности элемента: например, в квадратичных точках;

правило численного интегрирования для построения, например 2*2*2.

Более подробно о том, какие опции допускает соответствующий тип элемента, необходимо смотреть в разделе помощи по каждому элементу ANSYS Elements Reference.

Main Menu > Preprocessor > Element Type > KEYOPT, ITYPE, KNUM, VALUE

Add/Edit/Delete > Options

Определение констант элемента.

Для некоторых элементов необходимо задавать константы элемента. В основном, константы задаются для элементов, которые используются для моделирования трехмерных моделей сплошной среды моделями низшей размерности, например, в случае ферменных, балочных и оболочечных элементов. Константы элемента зависят от типа элемента. Так, например, константы для элемента BEAM3, 2-D балочного элемента – это площадь сечения (AREA), момент инерции (IZZ), высота сечения (HEIGHT), константа сдвига (SHEARZ), начальная деформация (ISTRN), и добавленная масса (ADDMAS). Для оболочечных элементов это толщина TK(I) и др.

Не все элементы требуют определения констант. Более подробно о том, какие константы соответствуют типу элемента, необходимо смотреть в разделе помощи по каждому элементу ANSYS Elements Reference.

Main Menu > Preprocessor > Real Constants R, NSET, R1, R2, R3, R4, R5, R6 > Add/Edit/Delete

Определение свойств материала.

В зависимости от задачи в ANSYS могут быть заданы следующие свойства материала:

• Линейные или нелинейные.

• Изотропные, ортотропные и анизотропные.

• Зависящие от температуры или независящие.

Main Menu > Preprocessor > Material Props MP, Lab, MAT, C0, C1, C2, C3, C4