Этапы типового расчета в ANSYS

Процедура типового расчета может быть разделена на три основных этапа:

построение модели;

приложение нагрузок и получение решения;

просмотр и анализ результатов.

Этап построения модели, как правило, требует наибольших затрат времени пользователя. Он включает определение типов конечных элементов и их констант, свойств материала и геометрии модели.

Задание типов элементов

Библиотека конечных элементов программы ANSYS содержит более 150 типов, каждый из которых определяет, среди прочего, применимость элемента к той или иной области расчетов (прочностной, тепловой, магнитный и электрический анализы, движение жидкости или связанные задачи), характерную форму элемента (линейную, плоскую, в виде бруска и т.д.), а также двумерность (2-D) или трехмерность (3-D) элемента как геометрического тела.

Задание констант элементов

Константы элемента - это свойства, специфичные для данного типа элемента, такие, как параметры поперечного сечения балочного элемента. Например, для элемента BEAM3 - балочного 2-D элемента - константами являются площадь поперечного сечения, момент инерции, высота и др.

Задание свойств материалов

Свойства материала требуются для большинства типов элементов. В зависимости от области приложения свойства могут быть линейными или нелинейными, изотропными или анизотропными. Свойства могут зависеть или не зависеть от температуры. Зависимость свойств от температуры имеет форму полинома или задается таблично. Нелинейные соотношения обычно задаются в виде таблицы. Анизотропные свойства для упругих материалов задаются в матричном виде.

Создание геометрической модели

Основной целью на этапе разработки геометрической модели является создание адекватной конечно-элементной модели, состоящей из узлов и элементов. При создании конечно-элементной модели используются два метода: твердотельное моделирование и прямая генерация сетки. В первом случае описываются геометрические границы модели, затем программа берет на себя генерацию сетки с узлами и элементами; размеры и форму элементов можно контролировать. Во втором случае "вручную" задается положение каждого узла и осуществляется соединение элементов между собой.

На этапе задания нагрузок и получения решения выбирается тип анализа и установление его опций, прикладываются нагрузки, определяются опции для выбора шага по нагрузке и инициируется решение.

Выбор типа анализа и его опций

Тип анализа выбирается на основе условий нагружения и реакции системы, которую предполагается получить. Так, например, если нужно найти собственные частоты и формы колебаний, то следует выбрать модальный анализ. В программе ANSYS доступны следующие виды расчетов: статический (или стационарный), динамический (или нестационарный), гармонический, модальный, спектральный и расчет устойчивости.

Приложение нагрузок

Под нагрузками в ANSYS подразумевается задание всех видов краевых условий. Например, в случае решения задачи по механике деформируемого твердого тела - это задание поля перемещений на некоторой поверхности (условия закрепления) и поля сил (локальных, поверхностных, объемных).

Необходимо различать термины шаг нагружения и шаг решения. Шаг нагружения - это просто та конфигурация нагрузок, для которой получено решение. Например, к конструкции можно приложить ветровую нагрузку на первом шаге нагружения, а на втором - гравитационную нагрузку. При нестационарном анализе полную последовательность нагрузок полезно разбить на несколько шагов нагружения. Шаг решения - это изменение счетного шага внутри шага нагружения; используется главным образом при нестационарном и нелинейном анализе для улучшения точности и сходимости. Шаг решения также называют шагом по времени, т.е. шагом, выполняемым в течение некоторого промежутка времени.

В программе ANSYS понятие время используется как при нестационарном, так и при стационарном анализе. В первом случае - это обычная длительность процесса в секундах, минутах или часах. При решении статических задач время используется как указатель на тот или иной шаг нагружения или шаг решения.

Указание опций для шага нагружения

Опциями шага нагружения являются такие опции, которые могут быть изменены при переходе от одного шага нагружения к другому: число шагов решения, время окончания шага нагрузки или выбор выходных параметров решения. В зависимости от типа выполняемого анализа указание опций может требоваться или не требоваться.

Запуск на счет

По команде SOLVE программа обращается за информацией о модели и нагрузках к базе данных и выполняет вычисления. Результаты записываются в специальный файл и в базу данных. При этом в базе данных может храниться только один набор результатов, тогда как в файл могут быть записаны результаты для всех шагов решения.

На этапе просмотра результатов можно использовать два постпроцессора программы ANSYS. Общий постпроцессор используется для анализа результатов одного шага решения и обеспечивает, среди прочего, получение линий уровня, картину деформированного состояния, листинг результатов, оценку погрешности счета, объединение расчетных случаев, проведение вычислений на основе полученных данных. Постпроцессор процесса нагружения используется для просмотра результатов в указанных точках расчетной модели на каждом шаге решения; можно получить график результатов как функцию времени или частоты, листинг результатов, выполнить арифметические и алгебраические вычисления.

Исходя из этапов анализа задачи, структура простейшего командного файла будет следующей:

/FILNAME, filename

/TITLE, titlename

/UNITS, units

Блок команд, определяющих переменные, используемые в программе.

Блок команд, определяющих функции, используемые в программе.

/PREP7

Блок команд, отвечающих за построение модели. (Определение типа элемента.

Определение опций элемента. Определение констант элемента. Определение свойств

материала. Создание конечно-элементной модели. Приложение нагрузок.)

FINISH

/SOLU