2.10.66. TARGE 169 - двухмерный ответный элемент

Описание элемента

Элемент TARGE 169 используется для представления разнообразных двухмерных ответных поверхностей для связи с контактными элементами CONTA171 и CONTA172. Эти контактные элементы непосредственно покрывают границу деформируемого тела и потенциально находятся в контакте с ответной поверхностью, описываемой элементами TARGE 169. Эта ответная поверхность разделяется на набор ответных элементов (TARGE 169) и связана с элементами контактной поверхности общим набором геометрических характеристик. К элементам ответной поверхности могут прикладываться линейные или угловые перемещения и температуры. Кроме того, к элементам ответной поверхности могут прикладываться усилия и моменты. Для представления трехмерной ответной поверхности используется трехмерный элемент ответной поверхности TARGE 170. Для недеформируемой ответной поверхности эти элементы в состоянии представлять в удобной форме сложную геометрию поверхности. Для деформируемой ответной поверхности эти элементы покрывают границу деформируемых объемных элементов (в данном случае с плоским напряженным, плоским деформируемым или осесимметричным НДС), лежащих на границе деформируемого тела.

Исходные данные элемента

Ответная поверхность моделируется посредством набора ответных сегментов, и обычно ряд ответных сегментов составляют одну ответную поверхность.

Ответная поверхность может быть недеформируемой и деформируемой. При моделировании контакта недеформируемого и деформируемого тел недеформи-руемая поверхность должна быть представлена ответной поверхностью. При моделировании контакта деформируемых тел одна из деформируемых поверхно-

Ответный сегмент

Парабола

Контактный элемент поверхность с поверхностью CONTA171 илиС01ЧТА172

Контектный элемент узел с поверхностью CONTA175

Рис. 2.66. Геометрия элемента TARGE 169

стей должна быть покрыта ответными элементами. Дополнительные подробности назначения контактных и ответных поверхностей см. выше в текущей главе.

Ответная и связанная с ней контактная поверхности идентифицируются общим набором геометрических характеристик. Этот набор геометрических характеристик включает геометрические характеристики, относящиеся и к ответным, и к контактным поверхностям.

Каждая ответная поверхность может быть связана только с одной контактной поверхностью, и наоборот. Однако несколько контактных элементов могут составлять контактную поверхность и входить в контакт с ответной поверхностью. Аналогично несколько ответных элементов могут составлять ответную поверхность и входить в контакт с той же самой контактной поверхностью. Для каждой из ответной и контактной поверхностей можно создавать большое количество элементов на единой контактной или ответной поверхности, что, однако, будет увеличивать время расчета. Для создания более эффективной расчетной модели следует ограничивать зону контактного взаимодействия путем разделения больших поверхностей на меньшие контактные и ответные поверхности, каждая из которых будет содержать меньшее количество элементов.

Если одна контактная поверхность может входить в контакт более чем с одной ответной поверхностью, следует определять двойные контактные поверхности, которые соответствуют той же самой геометрии, но имеют различные номера наборов геометрических характеристик.

Для любого способа определения ответной поверхности нумерация узлов ответного сегмента существенна при определении контакта. Узлы должны быть пронумерованы так, чтобы контактные элементы, связанные с двухмерной поверхностью (CONTA171 или CONTA172), лежали справа от ответной поверхности при движении от ответного узла I к ответному узлу J. Для полной жесткой двухмерной окружности контакт должен происходить на внешней стороне окружности; внутренний контакт не допускается.

Каждый ответный сегмент является отдельным элементом, имеющим определенную форму, или тип сегмента. Тип сегмента определяется одним, двумя или тремя узлами и кодом формы ответного элемента, указываемым при помощи ко-

манды TSHAP, как описано в табл. 2.66.1. Команда TSHAP определяет геометрию (форму) элемента. Размеры сегмента определяются геометрической характеристикой R1 и расположением сегмента, определяемым координатами узлов. Комплекс ANSYS имеет шесть типов двухмерных сегментов, как показано в табл. 2.66.1.

Таблица 2.66.1. Типы двухмерных сегментов, коды формы ответных поверхностей и узлы

1 Возможные степени свобод зависят от значения KEYOPT( 1) для связанных контактных элементов. Более подробную информацию см. в описании элементов CONTA171 или CONTA172.

2 При Создании окружности способом прямой генерации перед формированием элемента следует указать геометрическую характеристику R1.

Для недеформируемых ответных поверхностей простой формы можно определять ответные сегменты индивидуально путем прямой генерации. Предварительно требуется определить аргумент SHAPE команды TSHAP. При создании окружностей путем прямой генерации перед формированием элемента следует указать геометрическую характеристику R1. Геометрическая характеристика R1 определяет радиус ответной окружности.

Для двухмерных недеформируемых поверхностей общего вида ответные сегменты могут быть созданы путем создания сетки на линии (команда LMESH). Для создания контрольного узла можно использовать команду создания сетки в точКе (команда KMESH).

Если элементы TARGE 169 создаются путем автоматического создания сеток (команды LMESH или KMESH), команда TSHAP игнорируется, и комплекс ANSYS выбирает правильную форму автоматически.

Использование контрольного узла обеспечивает удобный и действенный способ назначения граничных условий, таких как угловых и линейных перемещений, моментов и температур на всей недеформируемой ответной поверхности. Граничные условия прикладываются только к контрольному узлу, что устраняет

необходимость приложения граничных условий к индивидуальным узлам и уменьшает вероятность ошибки. Контрольный узел в зависимости от других типов сегментов используется для определения значения степеней свобод на полной ответной поверхности. Этот узел может являться одним из узлов ответной поверхности, но может и не являться таковым. Все возможные перемещения ответной поверхности как жесткого целого являются комбинацией перемещений и поворотов вокруг контрольного узла. Граничные условия (включая перемещения, повороты, усилия, моменты и температуру) могут прикладываться исключительно в контрольном узле.

По умолчанию комплекс ANSYS автоматически закрепляет степени свобод в узлах недеформируемой ответной поверхности, если таковые не имеют ограничений, выраженных в явном виде (KEYOPT(2) - 0). При желании автоматическое назначение граничных условий можно отменить путем назначения признака KEYOPT(2) = 1.

По умолчанию температура имеет значение TUNIF и, если иное не указано, нулевое значение. В расчетах тепловых контактных задач, таких как конвекция и лучевой теплообмен, свойства передачи тепла на контактирующих поверхностях (такие как находящиеся вблизи потока или свободные поверхности) определяются состоянием контакта. Состояние контакта влияет на свойства контактирующих поверхностей следующим образом:

- если контактная поверхность находится вне характерной области контакта, ее поведение рассматривается как поведение поверхности, удаленной от свободной поверхности; в этом случае конвекция и излучение рассматриваются происходящими на основе температуры окружающей среды;

- если контактная поверхность находится внутри характерной области контакта, ее поведение рассматривается как поведение поверхности, находящейся вблизи потока.

Однако тепловое состояние контактной поверхности игнорируется при KEYOPT(3) = 1 и поверхность воспринимается как свободная поверхность (подробности см. в описании элементов CONTA171 или CONTA172).

Для деформируемых поверхностей общего вида обычно для наложения ответных элементов на границы существующей сетки применяется команда ESURF. Следует обратить внимание, что типы сегментов (команда TSHAP) в этом случае не применяются.

Список исходных данных элемента

Узлы - I, J, К (узлы J и К для всех типов сегментов не требуются).

Степени свобод - UX, UY, ROTZ, TEMP, VOLT, AZ (ROTZ используется только для контрольного узла).

Геометрические характеристики - Rl, R2 (остальные указываются посредством связанных элементов CONTA171, CONTA172 или CONTA175).

Свойства материала - нет.

Нагрузки, прикладываемые к поверхности элемента - нет. Объемные нагрузки - нет.

Специальные возможности:

- нелинейность;

- рождение и смерть.

KEYOPT(2) - признак граничных условий для узлов недеформируемых ответных поверхностей:

- О - автоматическое закрепление проводится комплексом ANSYS;

- 1 - граничные условия определяются пользователем.

KEYOPT(3) - признак свойств теплового контакта поверхностей:

- О - на основе состояния контакта;

- 1 - воспринимается как свободная поверхность.

KEYOPT(4) - признак набора степеней свобод, зависящих от внутренне сгенерированных многоточечных связей (МРС), используемый только для связей, созданных на основе поверхности для единичного управляющего узла, который используется для ответного элемента:

- п - три цифры, представляющие связываемые степени свобод. Цифры представляют ROTZ, UY, UX соответственно. Значение 1 указывает, что степень свободы активна, а значение 0 указывает, что степень свободы неактивна. Например, 011 означает, что UX и U Y участвуют в многоточечных связях. Последние нули могут опускаться; например, значение 1 указывает, что единственной активной степенью свободы является UX. При KEYOPT(4) - 0 (и по умолчанию) или 111 все степени свобод имеют ограничения.

Расчетные данные элемента

Расчетная информация, связанная с элементом, разделена на два вида:

- узловые объекты, такие как узловые перемещения, включены в полное узловое решение;

- дополнительные элементные объекты, перечисленные в табл. 2.66.

Таблица 2.66.2. Описание расчетных данных элемента TARGE 169

Объект Определение

EL Номер элемента

NODES Узлы -1, J. К

ITRGET Номер ответной поверхности (присвоенный комплексом ANSYS)

TSHAP Тип формы сегмента

ISEG Нумерация сегмента

2.10.67. TARGE 170 - трехмерный ответный элемент

Описание элемента

формируемого тела и потенциально находятся в контакте с ответной поверхностью, описываемой элементами TARGE 170. Эта ответная поверхность разделяется на набор ответных элементов (TARGE170) и связана с элементами контактной поверхности общим набором геометрических характеристик. К элементам ответной поверхности могут прикладываться линейные или угловые перемещения и температуры. Кроме того, к элементам ответной поверхности могут прикладываться усилия и моменты. Для представления двухмерной ответной поверхности используется двухмерный элемент ответной поверхности TARGE169.

Для недеформируемой ответной поверхности эти элементы в состоянии представлять в удобной форме сложную геометрию поверхности. Для деформируемой ответной поверхности эти элементы покрывают границу деформируемых объемных элементов, лежащих на границе деформируемого тела.

Исходные данные элемента

Ответная поверхность моделируется посредством набора ответных сегментов, и обычно ряд ответных сегментов составляет одну ответную поверхность.

Ответная поверхность может быть недеформируемой и деформируемой. При моделировании контакта недеформируемого и деформируемого тел недеформи-руемая поверхность должна быть представлена ответной поверхностью. При моделировании контакта деформируемых тел одна из деформируемых поверхностей должна быть покрыта ответными элементами. Дополнительные Подробности назначения контактных и ответных поверхностей см. выше в текущей главе.

Ответная и связанная с ней Контактная поверхности идентифицируются общим набором геометрических характеристик. Этот набор геометрических характеристик включает геометрические характеристики, относящиеся и к ответным, и к контактным поверхностям.

Каждая ответная поверхность может быть связана только с одной контактной поверхностью, и наоборот. Однако несколько контактных элементов могут составлять контактную поверхность и входить в контакт с ответной поверхностью. Аналогично несколько ответных элементов могут составлять ответную поверх-

Контактный элемент поверхность с поверхностью CONTA173 или CONTA174

Контактный элемент узел с поверхностью CONTA175

ность и входить в контакт с той же самой контактной поверхностью. Для каждой из ответной и контактной поверхностей можно создавать большое количество элементов на единой контактной или ответной поверхности, что, однако, будет увеличивать время расчета. Для создания более эффективной расчетной модели следует ограничивать зону контактного Взаимодействия путем разделения больших поверхностей на меньшие контактные и ответные поверхности, каждая из которых будет содержать меньшее количество элементов.

Если одна контактная поверхность может входить в контакт более чем с одной ответной поверхностью, следует определять двойные контактные поверхности, которые соответствуют той же самой геометрии, но имеют различные номера наборов геометрических характеристик.

Для любого Способа определения ответной поверхности нумерация узлов ответного сегмента существенна при определении контакта. Узлы должны быть пронумерованы так, чтобы внешняя нормаль к ответному элементу определялась но правилу правой руки. Поэтому для ответных сегментов общего вида нормаль к поверхности, определенная по правилу правой руки, согласована с внешней нормалью. Для недеформируемых цилиндров, конусов или сфер контакт должен происходить на внешней стороне элементов; внутренний контакт не допускается.

Каждый ответный сегмент является отдельным элементом, имеющим определенную форму, или тип сегмента. Тип сегмента определяется одним, двумя или тремя узлами и кодом формы ответного элемента, указываемым при помощи команды TSHAP, как описано в табл. 2.67.1. Команда TSHAP определяет геометрию (форму) элемента. Размеры сегмента определяются геометрической характеристикой R1 и расположением сегмента, определяемым координатами узлов. Комплекс ANSYS имеет шесть типов двухмерных сегментов, как показано в табл. 2.67.1.

Таблица 2.67.1. Типы двухмерных сегментов, коды формы ответных поверхностей и узлы

1 Возможные степени свобод зависят от значения KEYOPT(l) для связанных контактных элементов. Более подробную информацию см. в описании элементов CONTA173 или CONTA174.

2 При создании цилиндра, конуса или сферы способом прямой генерации перед формированием элемента следует указать геометрические характеристики.

3 Степени свобод угловых перемещений (ROTX, ROTY, ROTZ) имеют только контрольные узлы.

Для недеформируемых ответных поверхностей простой формы можно определять ответные сегменты индивидуально путем прямой генерации. Предварительно требуется определить аргумент SHAPE команды TSHAP. При создании цилиндров, конусов или сфер путем прямой генерации перед формированием элемента следует указать геометрическую характеристику R1 (и R2 для конусов).

Для двухмерных недеформируемых поверхностей общего вида ответные сегменты могут быть созданы путем создания сетки на поверхности (команда AMESH). Указание признака KEYOPT(l) = 0 (и по умолчанию) приводит к созданию ответных элементов I порядка (треугольники с тремя узлами или четырехугольники с четырьмя узлами). Указание признака KEYOPT(l) = 1 приводит к созданию ответных элементов II порядка (треугольники с шестью узлами или четырехугольники с восемью узлами). Для создания контрольного узла можно использовать команду создания сетки в точке (команда KMESH).

Если элементы TARGE170 создаются путем автоматического создания сеток (команды AMESH или KMESH), команда TSHAP игнорируется и комплекс ANSYS выбирает правильную форму автоматически.

Использование контрольного узла обеспечивает удобный и действенный способ назначения граничных условий, таких как угловых и линейных перемещений, моментов и температур на всей недеформируемой ответной поверхности. Граничные условия прикладываются только к контрольному узлу, что устраняет необходимость приложения граничных условий к индивидуальным узлам и уменьшает вероятность ошибки. Контрольный узел в Зависимости от других типов сегментов используется для определения значения степеней свобод на полной ответной поверхности. Этот узел может являться одним из узлов ответной поверхности, но может и не являться таковым. Все возможные перемещения ответной поверхности как жесткого целого являются комбинацией перемещений и поворотов вокруг контрольного узла. Граничные условия (включая перемещения, повороты, усилия, моменты и температуру) могут прикладываться исключительно в контрольном узле.

Геометрические характеристики R1 и R2 определяют размеры ответного элемента.

По умолчанию комплекс ANSYS автоматически закрепляет степени свобод в узлах недеформируемой ответной поверхности, если таковые не имеют ограничений, выраженных в явном виде (KEYOPT(2) = 0). При желании автоматическое назначение граничных условий можно отменить путем назначения признака KEYOPT(2) = 1.

По умолчанию температура имеет значение TUNIF и, если иное не указано, нулевое. В расчетах тепловых контактных задач, таких как конвекция и лучевой теплообмен, свойства передачи тепла на контактирующих поверхностях (такие как находящиеся вблизи потока или свободные поверхности) определяются состоянием контакта. Состояние контакта влияет на свойства контактирующих поверхностей следующим образом:

ленной от свободной поверхности; в этом случае конвекция и излучение рассматриваются происходящими на основе температуры окружающей среды;

- если контактная поверхность находится внутри характерной области контакта, ее поведение рассматривается как поведение поверхности, находящейся вблизи потока.

Однако тепловое состояние контактной поверхности игнорируется при KEYOPT(3) = 1 и поверхность воспринимается как свободная поверхность.

Для деформируемых поверхностей общего вида обычно для наложения ответных элементов на границы существующей сетки применяется команда ESURF. По умолчанию создается ответный элемент, имеющий ту же форму, что и грань прилегающего элемента. Хотя данный вариант не является рекомендуемым, допустимо разделение наружной поверхности на треугольные области командой ESURF ,TRI. Ответные сегменты типа цилиндра, конуса, сферы и контрольного узла для деформируемых ответных поверхностей не применяются.

Список исходных данных элемента

Узлы - I, J, К, L, М, N, О, Р (узлы J-P для всех типов сегментов не требуются).

Степени свобод - UX, UY, UZ, TEMP, VOLT, MAG (ROTX, ROTY, ROTZ используется только для контрольного узла).

Геометрические характеристики - Rl, R2 (остальные указываются посредством связанных элементов CONTA173, CONTA174 или CONTA175).

Свойства материала - нет.

Нагрузки, прикладываемые к поверхности элемента - нет. Объемные нагрузки - нет. Специальные возможности:

- нелинейность;

- рождение и смерть.

KEYOPT(l) - признак порядка элемента (используется только при применении команды AMESH):

- О - создается элемент I порядка;

- 1 - создается элемент II порядка.

KEYOPT(2) - признак граничных условий для узлов недеформируемых ответных поверхностей:

- О - автоматическое закрепление проводится комплексом ANSYS;

- 1 - граничные условия определяются пользователем.

KEYOPT(3) - признак свойств теплового контакта поверхностей:

- О - на основе состояния контакта;

- 1 - воспринимается как свободная поверхность.

KEYOPT(4) - признак набора степеней свобод, зависящих от внутренне сгенерированных многоточечных связей (МРС), используемый только для связей,

Юзак 46

созданных на основе поверхности для единичного управляющего узла, который используется для ответного элемента:

- п - три цифры, представляющие связываемые степени свобод. Цифры представляют ROTZ, ROTY, ROTX, UZ, UY, UX соответственно. Значение 1 указывает, что степень свободы активна, а значение 0 указывает, что степень свободы неактивна. Например, 100011 означает, что UX, UY и ROTZ участвуют в многоточечных связях. Последние нули могут опускаться; например, значение 11 указывает, что активными степенями свободы являются UX и UY. При KEYOPT(4) = 0 (и по умолчанию) или 111111 все степени свобод имеют ограничения.

KEYOPT(5) - признак набора степеней свобод, используемый внутренне сгенерированными многоточечными связями (МРС) при применении постоянных связей (KEYOPT(2) = 2 и для контактных элементов KEYOPT(12) = 5 или 6):

- 0 - используется автоматическое определение связей (и по умолчанию);

- 1 - связь объемного тела с объемным телом (степени свобод поворотов отсутствуют);

- 2 - связь оболочки с оболочкой (при наличии степеней свобод линейных перемещений и поворотов). Также используется при сборке оболочек со штрафными функциями (KEYOPT(2) = 2 и для контактных элементов КЕУОРТ(12)-5или 6);

- 3 - связь оболочки с объемным телом - контакт в направлении нормали (на поверхности оболочки имеются степени свобод линейных перемещений и поворотов, на поверхности объемного тела имеются только степени свобод линейных перемещений);

- 4 - связь оболочки с объемным телом - во всех направлениях. Опция аналогична KEYOPT(5) = 3 при наличии пересечения нормали к контактной поверхности с ответной поверхностью. В ином случае уравнения связей строятся на основе контактных узлов и ответных сегментов, находящихся в зоне обнаружения контакта.

Расчетные данные элемента

Расчетная информация, связанная с элементом, разделена на два вида:

- узловые объекты, такие как узловые перемещения, включены в полное узловое решение;

- дополнительные элементные объекты, перечисленные в табл. 2.67.

Таблица 2.67.2. Описание расчетных данных элемента TARGE 170

Объект Определение

EL Номер элемента

NODES Узлы - I, J, К

ITRGET Номер ответной поверхности (присвоенный комплексом ANSYS)

TSHAP Тип формы сегменте

ISEG Нумерация сегмента