Команда изменения активного набора элементов ESEL

Вызов из выпадающего меню:

Utility Menu => Select => Entities.

Промежуточный шаг - промежуточный этап внутри шага нагрузки, для которого также может быть получено решение. Они могут использоваться в следующих случаях:

- при выполнении нелинейного статического (нелинейного стационарного) расчета промежуточный шаг применяется для непрерывного приложения нагрузок при получении точного решения;

- при выполнении расчета линейного или нелинейного переходного процесса промежуточный шаг применяется для удовлетворения принципам интегрирования по времени (поскольку для получения точного решения требуются минимальные шаги по времени течения процесса);

- при выполнении расчета вынужденных колебаний промежуточный шаг применяется для получения решения для нескольких частот в пределах назначенного спектра.

Итерация - дополнительный расчет, проводящийся в пределах промежуточного шага для получения сходимости решения. Итерация используется только в расчетах нелинейных процессов (статических и переходных), где она играет важную роль.

4.2.2. Сущность времени

при приложении нагрузок

Комплекс ANSYS использует термин время как параметр приложения нагрузок при анализе всех статических или переходных процессов, вне зависимости от того, являются ли они действительно зависящими от времени. Преимущество подобного подхода заключается во введении во всех случаях нагружения независимого параметра (счетчика), устраняющего потребность в иных параметрах, зависящих от процесса нагружения. Кроме того, параметр времени всегда монотонно увеличивается, и большинство процессов также развивается с течением времени, за исключением коротких периодических процессов.

Очевидно, что при анализе переходных процессов или процессов, связанных со скоростью (ползучесть или вязкопластичность), параметр времени является хронологическим временем, определяемым в секундах, минутах или часах. Время назначается в конце каждого шага нагрузки при определении хронологии нагружения командой TIME. Для назначения времени используется указанная ниже команда.

Команда назначения времени TIME Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Loads => Time/Frequenc => Time and Substps or Time - Time Step.

Main Menu => Solution => Soln ControkBasic Tab.

Main Menu => Solution => Time/Frequenc => Time and Substps or Time - Time Step.

Main Menu => Solution Unabridged Menu Time/Frequenc => Time and Substps or Time - Time Step.

При выполнении расчетов процессов, не зависящих от скорости, время является параметром (счетчиком), идентифицирующим шаги нагрузки и промежуточные шаги. По умолчанию комплекс автоматически назначает время, равное 1.0, в конце шага нагрузки № 1, время 2.0 в конце шага нагрузки № 2 и т. д. Любым промежуточным шагам в пределах шага нагрузки будет назначено соответствующее значение времени, определенное линейной интерполяцией. Присваивая собственное время в таких исследованиях, пользователь может назначать свои параметры слежения за процессом нагружения. Например, если нагрузка в 100 единиц должна прикладываться с шагом в одну единицу, можно присвоить шагу нагрузки время, равное 100, для синхронизации нагружения и времени приложения нагрузок.

При просмотре результатов в постпроцессоре, при создании зависимости перемещения от времени таковая зависимость фактически является связью перемещения и нагрузки. Данная постановка полезна, например, при анализе устойчивости упругих систем с большими перемещениями, где целью расчета является исследование связи перемещений с приращением нагрузок.

Шаг нагрузки является совокупностью нагрузок, прикладываемых в указанный интервал времени. Промежуточный шаг является значением времени в пределах шага нагрузки, для которого также может быть получено решение. Разница времени между двумя последовательными промежуточными шагами называется тактом, или приращением времени.

4.2.3. Приложение нагрузок

Большинство нагрузок может быть приложено к объектам геометрической модели (к точкам, линиям и поверхостям) или к объектам конечноэлементной (расчетной) модели (к узлам или элементам). Например, сосредоточенная сила может быть йриложена в точке или узле. Аналогично конвекция (или другая нагрузка на поверхности) может быть указана для линий и поверхностей или для узлов и ребер элементов. Независимо от того, как прикладываются нагрузки, в расчете участвуют нагруз*ки, приложенные к объектам расчетной модели. Поэтому если нагрузки приложены к геометрической модели, комплекс автоматически переносит таковые при вызове процедуры расчета на узлы и элементы расчетной модели.

В таблице 4.1 указаны степени свободы (DOF - degrees of freedom), которые могут применяться в разных типах исследований. Любые направления степеней свобод (такие как UX, ROTZ, AY и т. д.) определяются в узловой системе координат.

В таблице 4.2 приведены команды приложения, просмотра и удаления ограничений на степени свободы. Следует обратить внимание на то, чтозакрепления могут налагаться на узлы, точки, линии и поверхности.

Таблица 4.1. Степени свободы, применяемые в различных видах исследования

Вид исследования Степени свободы

Обозначение степеней свобод

Тепловой Магнитный

Электрический

Поток жидкости или газа

Перемещение Поворот Температура Векторный потенциал Скалярный потенциал Напряжение Скорость Давление

Турбулентная кинетическая энергия Скорость рассеивания

ux,uy,uz rotx, roty, rotz

TEMP

AX, AY, AZ

VOLT

VX,VY,VZ

PRES

ENKE

ENDS

Для приложения симметричных или антисимметричных граничных условий к плоскости, в которой лежат узлы, применяется команда DSYM. Команда автоматически создает соответствующие ограничения степеней свобод.

При выполнении расчетов прочности, например, симметричные граничные условия означают, что перемещения узлов из плоскости и вращение данного узла вокруг нормали к плоскости запрещены, а антисимметричные граничные условия соответствуют запрещению перемещения узла в плоскости и вращения узла вокруг осей, лежащих в плоскости. Все узлы, лежащие в указанной плоскости, переводятся в систему координат, указанную опцией KCN команды DSYM. Команды DL и DA производят аналогичные операции для симметричных и антисимметричных граничных условий, прикладываемых на линии или поверхности.

По умолчанию, если для одного и того же узла указывается новое значение степени свободы, новое значение заменяет предыдущее. Эту установку по умолчанию можно изменить, чтобы добиться добавления (или накопления) значений степеней свобод командой DCUM (или из экранного Меню: Main Menu =>. Preprocessor => Loads = Settings = -Replace vs. Add- = Constraints). Например, любые степени свобод (DOF), изменяемые, между вызовами команды DCUM, обрабатываются одинаково. Восстановление настроек по умолчанию производится вызовом команды DCUM без опций.

Масштабирование граничных условий (степеней свобод) проводится указанной ниже командой.

Команда масштабирования граничных условий DSCALE

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Loads => Operate => -Scale FE Loads- => Constraints.

Main Menu => Solution => Operate => -Scale FE Loads- => Constraints.

Обе команды DSCALE и DCUM действуют на степени свобод узлов, находящихся в активном наборе, и на выбранные степени свобод. По умолчанию выбираются все степени свобод, применяемые для существующих в расчетной модели элементов.

Команда выбора типов степеней свобод DOFSEL

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Loads => Operate => -Scale FE Loads- => Constraints (или Forces).

Main Menu => Preprocessor => Loads => Settings => -Replace vs. Add- => Constraints (или Forces).

Main Menu => Solution => Operate => -Scale FE Loads- => Constraints (или Forces).

Main Menu => Solution => Settings => -Replace vs. Add- => Constraints (или Forces).

В таблице 4.3 показаны усилия, применяемые в каждом виде исследования и обозначения этих усилий. Направления усилий, подразумеваемые обозначениями (например, FX, MZ, CSGY и т. д.) соответствуют узловой системе координат. Команды приложения, просмотра и удаления усилий перечислены в табл. 4.4. Следует обратить внимание, что усилия могут прикладываться как в узлах, так и в точках.

Таблица 4.3. Сосредоточенные нагрузки, применяемые в различных видах исследования

Таблица 4.4. Команды приложения сосредоточенных нагрузок Тип объекта Бвзовые команды Дополнительные команды

Узлы F, FLIST, FDELE FSCALE, FCUM

Точки FK, FKLIST. FKDELE

Перенос усилий SBCTRAN FTRAN

В таблице 4.5 показаны нагрузки, прикладываемые к поверхности, применяемые в каждом виде исследования и обозначения этих усилий. Команды приложения, просмотра и удаления нагрузок перечислены в табл. 4.6. Следует обратить внимание, что эти нагрузки могут прикладываться как в узлах и элементах, так и по линиям и поверхностям.

Таблица 4.5. Нагрузки, приложенные на поверхности,

1 Не путать со степенью свободы PRES.

Таблица 4.6. Команды приложения распределенных на поверхности нагрузок

Комплекс ANSYS прикладывает давление к КЭ тонкостенных оболочек или балочным элементам соответственно на их внутренних или наружных поверхностях. Вектор приложения поверхностных нагрузок для многослойных оболочек (элементы SHELL91 и SHELL99) ориентирован относительно поверхности, в которой лежат узлы элементов. Признак KEYOPT( 11) определяет поверхность, содержащую узлы оболочки. При использовании плоских элементов для представления поверхностей II порядка значения радиусов кривизны будут определяться неточно.

Для приложения давления на боковых гранях

и на концах балочных КЭ используется команда SFBEAM

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Loads => Apply -Structural- => Pressure => On Beams.

Main Menu => Solution => Apply => -Structural- => Pressure => On Beams.

Существует возможность приложения распределенной нагрузки, имеющей размерность силы, отнесенной к длине, по нормали и по касательной. Давления могут линейно изменяться, а также прикладываться к части элемента. Можно также сводить давление в точку (фактически создавая сосредоточенную силу) в любом месте элемента путем присвоения опции JOFFST значения -1. Давления в конечных точках имеют размерность силы.

Для создания линейно-переменной нагрузки

на поверхности применяется команда SFGRAD

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Loads => Settings => -For Surface Ld-Gradient.

Main Menu => Solution => Settings => -For Surface Ld-Gradient.

Данная команда может также использоваться для приложения линейно изменяющейся нагрузки к поверхности, например гидростатического давления к конструкции, погруженной в воду.

Для создания переменной нагрузки требуется указать тип прикладываемой нагрузки (аргумент Lab), систему координат и направление оси, вдоль которой происходит изменение нагрузки (соответственно, аргументы SLKCN и Sldir), координату, в которой нагрузка будет равна постоянной нагрузке, указанной последующей командой приложения равномерной поверхностной нагрузки (аргумент SLZER), и изменение давления на единицу длины (то есть градиент, аргумент SLOPE).

В таблице 4.7 показаны объемные нагрузки, применяющиеся в разных видах исследований, и соответствующие им обозначения. В таблице 4.8 приведены команды, позволяющие прикладывать, просматривать и удалять нагрузки. Нагрузки могут прикладываться к узлам, элементам, точкам, линиям, поверхностям и объемам.

Таблица 4.7. Объемные нагрузки, применяемые в различных видах исследования

1 He путать со степенью свободы TEMP.

Таблица 4.8. Команды приложения объемных нагрузок

Тип объекта Базовые команды Дополнительные команды

Команда BFE определяет объемные нагрузки в общих узлах нескольких элементов. Однако можно указывать нагрузки в нескольких узлах одного элемента, создавая несколько векторов нагрузки для одного элемента. Применяемые узлы различаются в зависимости от типа элемента, как показано на приводимых примерах. Значения по умолчанию (для узлов, в которых нагрузки не определяются) также зависят от типа элемента. Поэтому, прежде чем прикладывать нагрузки к элементу, следует ознакомиться с его описанием по документации

- Для двумерных и трехмерных элементов объемного тела (PLANEn и SOLIDn) объемные нагрузки прикладываются в угловых узлах.

- Для элементов оболочки (SHELLn) объемные нагрузки прикладываются в угловых псевдоузлах, лежащих снизу и сверху элемента на наружной и внутренней поверхностях.

- Для стержневых и балочных элементов (BEAMn, LINKn, PIPEn и т. д.) объемные нагрузки прикладываются аналогично оболочкам, в конечных псевдоузлах.

- Во всех случаях применения вырожденных элементов узловые нагрузки прикладываются во всех требуемых узлах, включая двойные (совпавшие) узлы. Альтернативой данному способу приложения нагрузок является применение команды BF.

Для приложения объемных нагрузок к точкам применяется команда BFK. Если нагрузка прикладывается в угловых точках поверхности или объема, это значение нагрузки будет передано всем узлам, лежащим внутри поверхности или объема. Если к точкам прикладываются неравные значения нагрузок, они будут переданы с пересчетом путем линейной интерполяции только узлам, лежащим на линиях, соединяющих эти точки.

Команда BFK может быть применена для указания таблицы нагрузок в точках. Если именованная таблица указывается для угловых точек поверхности или объема, все табличные значения должны быть равны нагрузкам, передаваемым внутренним узлам поверхности или объема.

Для указания объемных нагрузок на линиях, поверхностях и в объемах используются соответственно команды BFL, BFA и BFV. Объемные нагрузки, приложенные к линиям, передаются соответствующим узлам расчетной модели. Объемные нагрузки, приложенные к поверхностям и объемам, передаются соответствующим элементам расчетной модели.

Однородная объемная нагрузка во всех узлах модели создается командой BFUNIF. Чаще всего эта команда или обращение к ней из меню применяется для указания постоянной температуры при исследовании прочности или равной начальной температуры при переходном или нелинейном термическом анализе. Данная команда также используется для указания заданной по умолчании температуры, при которой ANSYS определяет свойства материалов, зависящие от температуры.

Команда определения постоянной температуры BFUNIF

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Loads => Apply => Temperature => Uniform Temp.

Main Menu => Preprocessor => Loads => Settings => Uniform Temp. Main Menu => Solution => Apply s=> Temperature Uniform Temp. Main Menu => Solution => Settings => Uniform Temp. Набор команд приложения инерционных нагрузок приведен ниже.

Таблица 4.9. Команды приложения инерционных нагрузок

Команда Вызов из меню

ACEL Main Menu => Preprocessor => FLOTRAN Set Up => Flow Environment => Gravity

Main Menu => Preprocessor => Loads => Apply => Gravity

Main Menu => Preprocessor => Loads => Delete => Gravity

Main Menu => Solution => FLOTRAN Set Up => Flow Environment => Gravity

Main Menu => Solution => Apply Gravity

Main Menu => Solution => Delete => Gravity CGLOG Main Menu => Preprocessor => FLOTRAN Set Up => Flow Environment => Rotating Coords

Main Menu => Preprocessor => Loads => Apply => Other => Coriolis Effects

Main Menu => Preprocessor => Loads => Delete Other => Coriolis Effects

Main Menu => Solution = FLOTRAN Set Up => Flow Environment => Rotating Coords

Main Menu => Solution => Apply Other => Coriolis Effects

Main Menu => Solution => Delete Other => Coriolis Effects CGOMGA Main Menu => Preprocessor = FLOTRAN Set Up => Flow Environment => Rotating Coords

Main Menu => Preprocessor => Loads => Apply Other => Coriolis Effects

Main Menu => Preprocessor => Loads => Delete Other => Coriolis Effects

Main Menu => Solution => FLOTRAN Set Up => Flow Environment => Rotating Coords

Main Menu => Solution => Apply => Other => Coriolis Effects

Main Menu => Solution => Delete => Other => Coriolis Effects DCGOMG Main Menu => Preprocessor => Loads => Apply => Other => Coriolis Effects

Main Menu => Preprocessor => Loads => Delete Other => Coriolis Effects

Main Menu => Solution => Apply => Other => Coriolis Effects

Main Menu => Solution => Delete => Other => Coriolis Effect DOMEGA Main Menu => Preprocessor => Loads => Apply Other => Angular Accel

Main Menu => Preprocessor => Loads => Delete Other => Angular Accel

Main Menu => Solution => Apply => Other => Angular Accel

Main Menu => Solution => Delete = Other => Angular Accel IRLF Main Menu => Preprocessors Loads => Other Inertia Relief

Main Menu => Preprocessor => Loads => Output Ctrls => Incl Mass Summry

Main Menu => Solution => Other => Inertia Relief

Main Menu => Solution => Unabridged Menu => Output Ctrls => Incl Mass Summry OMEGA Main Menu => Preprocessor => Loads => Apply => Other => Angular Velocity

Main Menu => Preprocessor => Loads => Delete Other => Angular Velocity

Main Menu => Solution => Apply => Other => Angular Velocity Main Menu => Solution => Delete => Other => Angular Velocity

Команды ACEL, OMEGA и DOMEGA определяют ускорение, угловую скорость и угловое ускорение в глобальной декартовой системе координат.

Команды CGOMGA и DCGOMG используются для указания угловой скорости и углового ускорения вращающегося тела, самостоятельно вращающегося относительно произвольной системы координат. Команда CGLOC определяет расположение системы координат относительно начала декартовой системы координат. Эти команды совместно могут использоваться для учета сил Кориолиса при исследовании прочности конструкции.

Инерционные нагрузки имеют смысл только в случае, если модель обладает массой, которая создается на основе плотности материала. Масса модели может быть получена путем применения массового элемента, например типа MASS21, но в большинстве задач чаще с удобством используется плотность.

Для приложения ограничения на степени свобод, поверхностных нагрузок, объемных нагрузок и ускорения вдоль оси Y нагрузки определяются точно так же, как и для моделей, не являющихся осесимметричными. Для сосредоточенных сил ситуация несколько отличается. При указании данных нагрузок (как усилий, так и моментов) используются значения, соответствующие дуге в 360°. Это значит, что прикладывается нагрузка, действующая на весь периметр.

Результаты расчета осесимметричной конструкции следует интерпретировать точно так же, как и соответствующие входные нагрузки. Это означает, что силы и моменты реакции соответствуют основанию в 360°.

Осесимметричные гармонические элементы требуют, чтобы нагрузки прикладывались в форме, которую комплекс может интерпретировать как ряд Фурье. Для этого применяется команда MODE (или из экранного меню: Main Menu => Preprocessor => Loads => Other => For Harmonic Ele или Main Menu => Solution => Other => For Harmonic Ele) совместно с другими командами приложения нагрузок (D, F, SF и т. д.).

При выполнении исследования прочности в качестве нагрузок ANSYS позволяет использовать начальные напряжения. Нагружение начальными напряжениями допускается при расчете статических и переходных процессов (в том числе для решения линейных и нелинейных задач). Одинаковые для ряда элементов начальные напряжения могут быть определены при помощи команды ISTRESS. Для чтения начальных напряжений из входного файла, просмотра таковых и их удаления используется команда ISFILE. Аргументы команды позволяют ограничить присвоение начальных напряжений элементам на основе указания номеров материала. Начальные напряжения могут указываться для следующих типов элементов: PLANE2, PLANE42, SOLID45, PLANE82, SOLID92, SOLID95, LINK180, SHELL181, PLANE182, PLANE183, SOLID185, SOLID186, SOLID187, BEAM 188 и BEAM 189. Команда ISWRITE может использоваться для записи полученных начальных напряжений в файл. Эти команды могут использоваться только в модуле /SOLUTION. Подробности применения команд приложения начальных напряжений см. в их описании.

Для указания начальных напряжений в элементе может использоваться только одна из команд ISFILE, ISTRESS или подпрограммы пользователя USTRESS.

Аргумент LOC команды ISFILE позволяет указывать место приложения начальных напряжений, которые читаются из файла. Начальные напряжения могут быть указаны или в центре тяжести элемента, или в точках интегрирования элемента. Значение по умолчанию 0 для аргумента LOC соответствует центру тяжести элемента. Значение 1 для аргумента LOC соответствует точкам интегрирования элемента. Для каждого элемента в сетке можно указать свое место приложения начальных напряжений при помощи назначения аргументу ЮС значения 2. В этом случае точка приложения начальных напряжений будет обозначаться индивидуальной меткой элементных значений в файле начальных напряжений. Вариант LOC = 3 указывает, что начальные напряжения одинаковы для всех элементов сетки. В этом случае для всех элементов указывается только один тензор начальных напряжений.

Для использования команды ISFILE начальные напряжения должны быть указаны во внешнем текстовом (ASCII) файле. Комментарии в файле должны начинаться с восклицательного знака (!) как первого знака строки. Первая строка каждой записи элементных значений должна начинаться с символов EIS, сопровождаемых номером элемента и необязательным признаком места приложения начальных напряжений. Данные поля разделены запятыми. Признак места приложения начальных напряжений в случае, если аргумент LOC команды ISFILE имеет значение 0, 1, или 3, игнорируется. Если аргумент LOC - 2, признак места приложения начальных напряжений должен быть указан для каждого элемента. Признак места приложения начальных напряжений должен принимать одно из следующих значений: 0 - для центра тяжести элемента (значение по умолчанию), 1 - для точек интегрирования. Любое другое значение порождает ошибку и приводит к игнорированию команды ISFILE.

Данная первая строка для каждого элемента сопровождается последующими строками, которые содержат значения для каждой точки элемента. Если LOC = О, приводится только одна строка со значениями. Если ЮС ** 1, число строк-записей равно числу точек интегрирования элемента. Комплекс ANSYS предполагает, что в каждой записи (строке) приводятся шесть компонентов тензора напряжений. Комплекс ANSYS воспринимает только компоненты, соответствующие типу элемента. Если ЮС= 3, указанные начальные напряжения будут равными для всех элементов. Начальные напряжения должны быть определены в элементной Системе координат. Если для элемента определена элементная система координат (ESYS), начальные напряжения должны быть определены в этой системе координат.

Файл начальных напряжений, созданный командой ISWRITE, имеет тот же самый формат, как описано выше для входного файла.

4.2.4. Указание опций шага нагрузки

Как было указано выше, опции шага нагрузки являются названием совокупности опций, управляющих приложением и использованием нагрузок в ходе процесса расчета, а также других опций, например определяющих вывод результатов расчета, характеристики затухания (демпфирования) и опции спектрального отклика. Опции шагов нагрузки могут изменяться между приложением шагов нагрузки. Имеются шесть категорий опций шага нагрузки:

- общие опции;

- опции динамических расчетов;

- опции нелинейных расчетов;

- опции вывода результатов;

- опции Био - Савара;

- спектральные опции.

Общие опции включают в себя указание времени конца шага нагрузки при выполнении расчета переходного или статического процесса, число промежуточных шагов или длительность такта, плавное или ступенчатое приложение нагрузки и базовое значение температуры при вычислении термических деформаций.