Объединение и архивирование моделей 481

Если используется ввод команд из командной строки, при использовании команды Е можно указать только восемь узлов. Для типов элементов, содержащих более восьми узлов, для указания дополнительных узлов используется команда EMORE. Например, объемный трехмерный 20-узло-вой элемент SOLID95 требует в дополнение к команде Е применения двух команд EMORE (если для создания элемента применяется графическое указание узлов, применение команды EMORE не требуется). Существует возможность чтения файла, содержащего данные элементов. Эта возможность может быть использована для импорта данных, созданных иными генераторами сеток или в ходе других сеансов работы с комплексом ANSYS. Обычно в стандартном сеансе работы с комплексом ANSYS чтения или записи элементных данных не требуется.

- Для указания диапазона элементов, которые требуется читать из файла с данными узлов, применяется указанная ниже команда:

Команда ERRANG Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Create => Elements => Read Elem File.

- Для чтения элементов из файла применяется указанная ниже команда:

Команда EREAD

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Create => Elements => Read Elem File.

- Для записи элементов в файл применяется указанная ниже команда:

Команда EWRITE Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Create => Elements Write Elem File.

3.9. Объединение

и архивирование моделей

В ряде случаев возникает необходимость объединения двух или более раздельных моделей в одну, что может происходить при работе с частью модели, в то время как другой специалист работает с отдельным фрагментом той же модели. Возможно также разделение большой модели на меньшие, отдельные задачи, для которых создаются несколько отдельных моделей. Один из методов объединения этих моделей состоит в объединении наборов примененных исходных операций (команд), что возможно при наличии копий исходных файлов. Однако при использовании этого метода могут появляться конфликты, поскольку объекты, имеющиеся в разных файлах, могут иметь одинаковые номера, может появляться наложение свойств материалов и т. п.

16 зак. 46

Один из альтернативных методов заключается в использовании команды CDWRITE, которая проводит запись текстовых (ASCII) файлов, в дальнейшем подвергаемых объединению при помощи команды CDREAD:

- Для записи данных в текстовый (ASCII) файл применяется указанная ниже команда:

Команда CDWRITE Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Archive Model => Write.

- Для чтения данных (в базу данных) применяется указанная ниже команда:

Команда CDREAD Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Archive Model => Read.

Преимущество этого метода состоит в том, что комбинация операций записи и чтения предотвращает конфликт, автоматически записывая в каждый создаваемый файл требуемые команды NUMOFF. Когда эти файлы читаются в базу данных, команды NUMOFF предотвращают конфликты в номерах данных. Данные, читаемые в базу данных, сохраняют свою первоначальную нумерацию. Для удаления зазоров в нумерации, которые могут появиться после вызова команды NUMOFF, можно использовать команду NUMCMP (Main Menu => Preprocessor => Numbering Ctrls => Compress Numbers).

В ряде случаев у пользователя возникает вопрос: что лучше - сохранение созданной модели или результатов ее расчета либо ее архивирование? Пользователь может сохранить свою модель, единичный случай нагружения, и набор настроек опций расчета путем сохранения файла протокола, файла базы данных или файла (файлов), созданных операцией записи (команда CDWRITE). Несколько расчетов и действия в постпроцессоре могут быть архивированы путем сохранения файла протокола. Каждый тип файлов обладает своими достоинствами и недостатками; таковые описаны ниже.

Файл протокола (File.LOG), вероятно, с точки зрения компактности является лучшим файлом для сохранения данных. Кроме того, этот файл является отчетом о вызванных командах (протоколом), использованных при создании моделей, что позволяет пользователю распознавать предпринятые шаги и причины их применения. Кроме того, поскольку файл сохранен в текстовом формате (обычно ASCII), его можно передать из одного компьютера другому при помощи таких средств связи, как электронная почта и т. п. Кроме того, поскольку этот файл может изменяться любым текстовым редактором, модель может быть изменена путем изменения этого файла, и в нее для описания исходных команд и действий можно добавить команды /СОМ (строки комментариев). Это поможет позже воспринять исходные действия. Параметрические модели (и, таким образом, модели, используемые в расчетах при оптимизации), также могут быть архивированы при помощи файла протокола. Наконец, этот

Объединение архивирование моделей 483

файл является лучшим для передачи специалистам (возможно, службе технической поддержке или ASD), отвечающим на вопросы пользователей и разрешающим их проблемы.

С другой стороны, для получения базы данных требуется повторный вызов данного файла в качестве исходного. Поскольку такие процедуры, как проведение нумерации объектов, создание сетки И подобные, могут изменяться в зависимости от платформы или от версии комплекса ANSYS, вероятно, этот файл должен повторно использоваться в качестве исходного в той же версии комплекса, которая ранее использовалась для создания модели. Кроме того, если модель создавалась в интерактивном режиме, при использовании данного файла в пакетном режиме могут возникнуть проблемы с повторным созданием модели. При наличии в исходном файле любых ошибок они могут повлечь прекращение выполнения пакетного задания, в результате чего модель не будет построена полностью. При появлении подобных проблем файл следует вызывать в интерактивном режиме при помощи команды /INPUT (Utility Menu File Read Input from).

Файл базы данных (File.DB) может быть возобновлен (командой RESUME) в среде версии комплекса ANSYS, в которой файл был создан. До тех пор, пока возобновление файла проводится в той же самой версии комплекса ANSYS, в которой он был создан, изменение или исправление файла каким-либо способом не требуется.

Тем не менее большие модели могут создавать большие файлы базы данных, которые могут быстро привести к недостатку памяти на жестком диске. Кроме того, поскольку данный файл создается в бинарном формате (IEEE), передача данных с одного компьютера на другой в ряде случаев может оказаться сложнее, чем передача текстового файла.

Операцией, вызываемой командой CDWRITE, создается относительно компактный текстовый файл (один или несколько) с расширением .cdb. Поскольку команда CDWRITE сохраняет имеющуюся модель в виде объектов геометрической модели и конечных элементов (а не в виде команд, при помощи которых обычно создается модель), практически вся зависимость от платформ компьютеров или версий комплекса устраняется. Файлы, созданные командой CDWRITE, обычно используются для повторного создания модели на любой платформе компьютера и в любой совместимой снизу вверх версии комплекса. Кроме того, поскольку эти файлы могут изменяться текстовым редактором, в эти файлы можно вставить комментарии-описания, что поможет позже идентифицировать и воспринять исходные действия. Импортированные файлы, использованные для создания модели, сохранять не требуется.

При этом следует указать, что файлы, создаваемые командой CDWRITE, по существу являются форматированным текстовым файлом сохраненной базы данных. Поскольку в файлах содержатся команды комплекса ANSYS (и, возможно, информация в формате IGES), эти команды могут оказаться не теми же самыми командами, использованными для создания модели, и не в том же порядке, который использовался для создания модели. В связи с изложенным выше изменение этих файлов для изменения модели является достаточно трудоемкой опе-16*

рацией (и не является рекомендуемой). Информация о параметрической модели не сохраняется, в связи с чем изменение модели путем изменения параметров невозможно. В связи с этим сохранение модели, используемой для проведения оптимизации, при помощи команды CDWRITE также невозможно. Кроме того, для повторного создания модели чтение этих файлов проводится командой CDREAD, которая для чтения больших моделей затрачивает значительное время.

Глава 4

Приложение нагрузок, проведение вычислений и операции с результатами

4.1 Оиктнио спсдсмич.......486

4.2. Приложение h.ii >у < ........499

4.3. Проведение расчета...............515

4.4. Обзор постпроцессоров........523

4 5 Общий, или основной,

мостпрпцчггор (POST 1) 524

4 6 Погтпроцисс ор просмо i p,i

результатов по iipt мени

(POST26) ..................................... 530

Данная глава посвящена операциям, выполняемым обычно после создания сетки. Несмотря на то что нагрузки в комплексе ANSYS можно прикладывать как к объектам геометрической, так и расчетной моделей, соответствующие процедуры описаны в одной главе

4.1. Основные сведения

Комплекс ANSYS включает в себя множество возможностей для применения метода конечных элементов, начиная с несложных линейных статических расчетов и вплоть до сложных, нелинейных расчетов динамических переходных процессов.

4.1.1. Выполнение типовых расчетов в среде комплекса ANSYS

Типовая процедура проведения расчета в среде комплекса ANSYS сводится к трем действиям:

1) создание модели;

2) приложение нагрузок и получение решения;

3) просмотр результатов.

Создание конечноэлементной модели требует большего количества времени, чем любая другая стадия исследования. Прежде всего указываются имя задания (jobname) и заголовок задания. Далее для указания типов элементов, геометрических характеристик элементов, свойств материалов и геометрии модели применяется препроцессор PREP7.

Имя задания (Jobname) и заголовок задания не требуются для расчета, но являются рекомендуемыми.

Имя задания jobname является идентифицирующим именем задания комплекса ANSYS. При указании имени задания (jobname) для расчета это имя jobname становится первой частью названия всех файлов, создаваемых при работе комплекса. Расширение, или суффикс, для имен этих файлов является идентификатором типа, например таким, как .DB. Путем использования индивидуального имени задания jobname для каждого расчета можно получить гарантию избежания перезаписи всех файлов.

Если имя задания jobname не указывается, все файлы получают имя FILE или file, в зависимости от операционной системы. Изменение назначенного по умолчанию имени задания jobname производится следующим образом.

- Путем использования опции указания начального имени задания jobname при вызове комплекса ANSYS, в том числе при помощи панели вызова или исполняемой команды вызова комплекса ANSYS.

- Из среды комплекса ANSYS любым из указанных ниже способов.

Команда /FILNAME

Вызов из выпадающего меню:

Utility Menu => File => Change Jobname.

Команда /FILNAME применяется только на начальном уровне. Она позволяет изменять имя задания jobname даже в случае, если исходное имя задания jobname указывалось при вызове комплекса ANSYS. Имя jobname присваивается только файлам, созданным после вызова команды /FILNAME, но не уже откры-

тым файлам. Если требуется создавать файлы с новым именем (такие как файл протокола Jobname.LOG и файл сообщений об ошибках Jobname.ERR), аргументу Key команды /FILNAME следует присвоить значение 1. В противном случае ранее открытые файлы будут иметь начальное имя jobname.

Команда /TITLE (или из выпадающего меню Utility Menu => File => Change Title) указывает заголовок задания. Комплекс ANSYS включает заголовок во все графические экраны и в выходные данные расчета. Для указания подзаголовков применяется команда /STITLE; подзаголовки включаются в выходные данные расчета, но не выводятся в графические экраны.

Комплекс ANSYS не предполагает использования единой системы единиц для расчетов. За исключением случаев выполнения расчетов магнитных полей можно использовать любую систему единиц измерения до тех пор, пока все исходные данные указываются в одной системе единиц. Единицы измерения должны быть согласованы для всех исходных данных.

При расчетах микроэлектронных механических систем (MEMS), в которых размеры имеют порядок микронов, следует ознакомиться с описанием переводных коэффициентов в разделе Единицы измерения документа Руководство по объектам, программируемым пользователем .

Путем использования команды /UNITS в базе данных комплекса ANSYS указывается признак используемой системы единиц измерения. Данная команда не преобразует данные из одной системы единиц в другую, но применяется для указания системы единиц измерения при последующем просмотре результатов.

Библиотека элементов комплекса ANSYS содержит свыше 150 различных типов элементов. Каждый тип элемента имеет уникальный номер и префикс, указывающий категорию типа элемента: ВЕАМ4, PLANE77, SOLID96 и т. д. Имеются следующие категории элементов:

BEAM (балки)

CIRCU (элементы электромагнитных потоков)

COMBIN (комбинированные: шарниры и т. п.)

CONTAC (контактные)

FLUID (элементы расчета потоков)

HF (элементы расчета электромагнитных полей

высокой частоты)

HYPER (гиперупругие)

INFIN (элементы с границами, заданными

в бесконечности)

INTER (элементы обеспечения взаимодействия сред) LINK (стержни)

MASS (сосредоточенные массы)

MATRIX (суперэлемент и элемент с жесткостью,

указываемой непосредственно)

MESH (сетки без степеней свобод)

PIPE (трубопроводы)

PLANE (элементы плоского НДС и т. п.)

PRETS (Pretension)

SHELL (оболочки)

SOLID (элементы объемных тел)

SOURC (элементы электромагнитных потоков) SURF (элементы обеспечения поверхностных эффектов)

TARGE (парные к контактным) TRANS (элементы обеспечения электромеханического взаимодействия) USER (элементы пользователя) VISCO (вязкокпругие)

Помимо прочих характеристик, тип элемента определяет следующие свойства:

- набор степеней свобод (которые, в свою очередь, подразумевают дисциплину - МДТТ, расчеты тепловые, магнитные, электрические, форму элемента - четырехугольную, гексаэдр и т. д.);

- применение элемента для расчета двухмерных или объемных задач.

Например, элемент ВЕАМ4 имеет шесть степеней свобод (UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ) и является элементом, имеющим форму линии в трехмерном пространстве. Элемент PLANE77 имеет степень свободы - температуру (TEMP), имеет четырехугольную форму с восьмью узлами и может применяться только для расчета двухмерных задач.

Для указания типов элементов требуется применение модуля общего предпро-цессора PREP7. Для такой операции используются команды семейства ЕТ (ЕТ, ETCHG и т. д.) или их эквиваленты, вызываемые средствами GUI. Тип элемента определяется его именем, и элементу присваивается ссылочный номер типа.

Таблица связи ссылочного номера с именем элемента называется таблицей типов элементов. При создании собственно элементов сетки проводится указание соответствующего ссылочного номера при помощи команды TYPE (или из экранного меню: Main Menu => Preprocessor => Modeling => Create => Elements => Elem Attributes).

Ряд типов элементов имеют дополнительные опции (признаки), именуемые KEYOPT, указываемые в виде KEYOPT(l), KEYOPT(2) и т. д. Например, признак KEYOPT(9) для элемента ВЕАМ4 позволяет определять результаты в промежуточных точках каждого элемента, а признак KEYOPT(3) для элемента SHELL63 позволяет подавлять внешние формы перемещений. Указание признаков KEYOPT проводится при помощи команд ЕТ или KEYOPT (или из экранного меню: Main Menu => Preprocessor => Element Type => Add/Edit/Delete).

Геометрические характеристики элементов являются свойствами, зависящими от типа элемента, в частности от вида поперечного сечения балочных элементов. Например, в состав геометрических характеристик элемента ВЕАМЗ, двумерного балочного элемента, входят площадь поперечного сечения (AREA), момент инерции (IZZ), высота сечения (HEIGHT), коэффициент учета сдвиговых деформаций (SHEARZ), начальная деформация (ISTRN) и добавочная масса, отнесенная к единице длины (ADDMAS). Не все типы элементов требуют указания геометрических характеристик, а различные элементы одного типа могут иметь различные значения геометрических характеристик.

Геометрические характеристики элементов указываются командами семейства R (R, RMODIF и т. д.) или их эквивалентами, вызываемыми из меню; подробности см. в описании отдельных команд. Как и типы элементов, наборы геометрических характеристик имеют ссылочные номера, и таблица связи ссылочного номера с набором геометрических характеристик называется таблицей геометрических характеристик. При создании собственно элементов сетки проводится указание соответствующего ссылочного номера геометрических характеристик при помощи команды REAL (или из экранного меню: Main Menu => Preprocessor => Modeling => Create > Elements => Elem Attributes).

При создании наборов геометрических характеристик следует учитывать перечисленные ниже правила и рекомендации:

- при использовании одной из команд семейства R геометрические характеристики указываются в порядке, показанном в табл. А.пА описания элементов для каждого типа элемента (см. полный текст русской документации к комплексу ANSYS);

- для моделей, использующих элементы нескольких типов, для каждого типа элемента используются отдельные наборы геометрических характеристик (то есть отдельные ссылочные номера REAL). Комплекс ANSYS в случае указания для нескольких различных типов элементов одного набора геометрических характеристик вызывает сообщение о предупреждении. Однако для элементов одного типа можно указывать несколько различных наборов геометрических характеристик;

- для проверки введенного набора геометрических характеристик применяются команды RLIST и ELIST с аргументом RKEY = 1 (показаны ниже). Команда RLIST демонстрирует значения всех наборов геометрических характеристик. Команда ELIST ,1 создает более простой для чтения список, демонстрирующий обозначения геометрических характеристик и их величины для каждого элемента.

Команда ELIST

Вызов из выпадающего меню:

Utility Menu => List => Elements => Attributes + RealConst. Utility Menu => List => Elements => Attributes Only. Utility Menu => List => Elements => Nodes + Attributes. Utility Menu => List => Elements => Nodes + Attr + RealConst.

Команда RLIST

Вызов из выпадающего меню:

Utility Menu => List => Properties => All Real Constants. Utility Menu => List => Properties => Specified Real Const;

- для элементов, создаваемых на основе линий или поверхностей, требующих указания-геометрических данных (площадь поперечного сечения, толщина, диаметр и т. д.) и для которых таковые указываются в качестве геометрических характеристик, правильность указания можно проверить графически, используя следующие команды в указанном порядке.

Команды /ESHAPE и EPLOT

Вызов из выпадающего меню:

Utility Menu => PlotCtrls => Style => Size and Shape.

Utility Menu => Plot => Elements. Комплекс ANSYS отображает эти элементы в виде объемных элементов путем использования прямоугольного поперечного сечения для элементов стержней (балок) и оболочек и трубчатого поперечного сечения для элементов трубопроводов. Размеры поперечного сечения определяются значениями геометрических характеристик.

Если при формировании модели используются элементы ВЕАМ44, ВЕАМ188 или ВЕАМ189, можно для создания и использования поперечных сечений использовать специальные команды создания поперечных сечений (SECTYPE, SECDATA и т. п.) или их эквиваленты, вызываемые из средств GUI.

Большинство типов элементов требуют указания свойств материалов. В зависимости от типа расчета свойства материалов могут быть линейными или нелинейными.

Как и с типами элементов и геометрическими характеристиками, каждый набор свойств материала имеет свой ссылочный номер. Таблица связи ссылочного номера материала с набором свойств материала именуется таблицей материалов. В пределах одного расчета можно создавать несколько наборов свойств материалов (для обеспечения соответствия нескольким материалам, используемым в модели). Комплекс ANSYS идентифицирует каждый набор уникальным ссылочным номером.

При создании собственно элементов сетки проводится указание соответствующего ссылочного номера материала путем применения команды МАТ.

Линейные свойства материала могут быть постоянными или зависящими от температуры, а также изотропными или ортотропными. Для указания постоянных свойств материала (как изотропных, так и ортотропных) применяется следующая команда.

Команда MP

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Material Props => Material Models.

Подробности применения интерфейса GUI см. ниже в п. 4.1.2 Интерфейс с моделью материала .

Кроме того, требуется указание соответствующих признаков свойств, например EX, EY, EZ для модуля Юнга, КХХ, KYY, KZZ для коэффициента теплопроводности и т. д. Для изотропного материала необходимо указывать только значения в направлении оси X; в других направлениях по умолчанию применяется значение, указанное для направления X.

Помимо значений свойств, применяемых по умолчанию для направлений Y и Z (для которых по умолчанию применяется значение, указанное для направления X), другие значения свойств материалов также имеют значения по умолчанию, предназначенные для уменьшения количества исходной информации. Например, коэффициент Пуассона (NUXY) по умолчанию равен 0.3, модуль сдвига (GXY) по умолчанию равен EX/(2(1+NUXY)), а коэффициент излучения (EMIS) по умолчанию равен 1.0.

Выбор свойств постоянных, изотропных, линейных свойств материалов может проводиться из библиотеки материалов, вызываемой средствами GUI. Для десяти материалов и четырех систем единиц измерения содержатся модуль Юнга, плотность, коэффициент теплового расширения, коэффициент Пуассона, коэффициент теплопроводности и коэффициент удельной теплоемкости.

Для указания свойств материала, зависящих от температуры, следует использовать команду MP в комбинации с командами МРТЕМР или MPTGEN. Кроме того, можно использовать команды МРТЕМР и MPDATA. Команда MP позволяет указывать свойство материала, зависящее от температуры, в виде по-