Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki INSTRUKCJA DO LABORATORIUM 5

Transkrypt

1 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: 1 Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki INSTRUKCJA DO LABORATORIUM 5 ROZWIĄZYWANIE MODELI BELKOWYCH I RAMOWYCH W ŚRODOWISKU ANSYS WORKBENCH Przykład 1. Ściskanie i zginanie belki jednostronnie utwierdzonej wykonaj model jak na rysunku i przeprowadź obliczenia Siła P = 1000 [N], Gęstość ρ = 7850 [kg/m 3 ] Moduł Younga E = 2e11 [Pa], Współczynnik Poissona ν = 0,3 Długość l = 2 [m], Przekrój kwadratowy o boku a = 0,05477 [m]

2 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: 2 Kroki postępowania 1. PRZYGOTOWANIE DO PRACY 1.1. Uruchom program Ansys Workbench 1.2. Górny pasek menu (GPM) > File > Save as (zapisz projekt pod wybraną nazwą z rozszerzeniem *wbpj 1.3. Przejrzyj elementy okna Toolbox po lewej stronie interfejsu 2. GEOMETRIA 2.1. Z menu po lewej wybierz moduł 'Geoemetry' klikając na niego dwukrotnie lewym klawiszem myszy (2LMB) Efekty, ilustracje, schematy Moduł 'Geometry' Na planie projektu pojawi się blok odpowiedzialny za geometrię. Ma on przypisaną literę alfabetu (tutaj A) a jego poszczególne elementy są oznaczone liczbą (tutaj 1 i 2). 2.2.Kliknij 2LMB na polu A2, zostanie otwarte nowe okno o nazwie 'Design Modeler' (DM) W module DM zostanie zbudowany model geometryczny 2.3. Zapoznaj się pobieżnie z interfejsem DM, zwróć uwagę na podobieństwa z innymi programami typu CAD Tworzenie punktu 2.4. Utwórz punkt o współrzędnych [0 0 0] GPM > Create > Point a) Ustaw ręczne wprowadzanie współrzędnych punktu Definition - 'manual input' b) Podaj współrzędne punktu Kliknij 'Generate' w celu utworzenie punktu. (znaczek błyskawicy powinien zostać zamieniony na zielony ptaszek) 2.5. Wprowadź drugi punkt o współrzędnych [2 0 0] 2.6. Na górnym pasku zaznacz filtr: Points Zaznaczanie punktu Wybór filtra pozwala wygodnie zaznaczać same punkty, powierzchnie, linie etc.

3 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: 3 Następnie wybierz punkt. Punkt zostanie zaznaczony na zielono, a na dolnym pasku zostaną wyświetlone jego współrzędne. Tworzenie linii 2.7. Połącz punkty linią GPM > Concept > Lines From points Trzymając ctrl zaznacz kolejno punkty Kliknij 'Generate' 2.8. Line Body Zaznacz w drzewku po lewej 'Line Body' W 'Details View' zostanie wyświetlona informacja, że do linii nie został przypisany przekrój Przypisanie parametrów do 'line body' 2.9. Zaznacz w drzewku po lewej 'Line Body' Następnie: GPM > Concept > Cross Section > Rectangular Wybór kształtu przekroju belki W 'details view' wprowadź wymiary przekroju: B = H = 0,05477 [m] Zwróć uwagę, że w Physical properties zostaną wyświetlone parametry przekroju (geometryczny moment bezwładności, pole, etc.), które mogą zostać obliczone na podstawie podanych wymiarów

4 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: Przypisanie przekroju Kliknij w drzewku na 'line body' a następnie przypisz belce zdefiniowany przekrój 'Rect1' (Pamiętaj, żeby uaktualniać projekt przyciskami 'Generate' i 'Update' - przycisk z błyskawicą. Projekt będzie miał zaakceptowane modyfikacje, tylko wtedy jeśli w drzewku będą wyświetlone przy poszczególnych operacjach zielone 'ptaszki') GPM > View > Cross Section Solids Zostanie wyświetlony zarys geometrii 3D, uwzględniający przekroje elementów Zamknij DM i zapisz projekt. 3. ANALIZA STATYCZNA 3.1. W głównym oknie projektu, znajdź (a) statyczną analizę strukturalną i przeciągnij ją w miejsce (b). Następnie przeciągnij (c) geometrię z modułu A2 do modułu B3. Moduł 'Static structural' Stworzony model geometryczny będzie bazą do stworzenia modelu numerycznego w analizie statycznej. Poprawne przeciągnięcie geometrii spowoduje, że moduły A2 i B3 zostaną połączone linią. 2LMB na (d) modelu B4 spowoduje otwarcie nowego okna 'Mechanical'. Tutaj zostaną zdefiniowane parametry modelu numerycznego. Meshing 3.2. Meshing - dyskretyzacja Zaznacz na drzewku 'Mesh' i dobierz siatkę. W zakładce 'sizing' ustaw: Element size = 0,2 Belka zostanie podzielona na 10 elementów skończonych o długości 20 cm każdy. Naciśnij 'Update' 3.3. Boundary conditions - warunki brzegowe Utwierdzenie. Boundary conditions Kliknij prawym klawiszem myszy (RMB) w drzewku na 'Static structural' > Insert > Fixed Support Wybierz filtr 'Points' Zaznacz węzeł o współrzędnych [0, 0, 0] i kliknij 'Apply' w 'details view'

5 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: 5 Operacja spowoduje odebranie wszystkich stopni swobody w wybranym węźle (modelowanie sztywnego utwierdzenia). Tym sposobem zamodelowano belkę jednostronnie utwierdzoną. Pozostało jeszcze przyłożenie obciążenia Ociążenie. W drzewku: (a) RMB na static structural > Insert > Force Przyłożenie siły Wybierz węzeł na drugim końcu belki, zaakceptuj geometrię w 'Details' (b). Zdefiniuj poszczególne składowe siły, zamień (c) Vector na Components. Wprowadź siłę ściskającą (d) równą 1000 N. Zwróć uwagę, jak w globalnym układzie współrzędnych zorientowana jest belka, tak aby wartość siły składowej przypisać do określonego kierunku i z odpowiednim zwrotem (-/+). 4. POSTPROCESOR i SOLVER Przed rozwiązaniem modelu wybierz wyniki, które chcesz aby zostały wyświetlone w postprocesorze RMB > Solution > Insert > Deformation > Total Wykres odkształceń konstrukcji. Można również wyświetlić przemieszczenia węzłowe tylko na wybranych kierunkach RMB > Solution > Insert > Beam Results > Axial Force Wykres sił osiowych w belce 4.3. RMB > Solution > Insert > Beam Results > Bending Moments Wykres momentów gnących w belce

6 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: RMB > Solution > Insert > Beam Tool Wykresy naprężeń w belce 4.5. Kiedy skończysz wybór wszystkich ustawień analizy rozwiąż model klikając przycisk SOLVE Po zakończeniu obliczeń przez program, przejrzyj w postprocesorze wyniki przeprowadzonej analizy. Wystarczy zaznaczać poszczególne elementy w drzewku 'Solution'. Porównaj wyniki z otrzymanymi w programie ANSYS APDL (czarny Ansys) ZMIANA OBCIĄŻENIA Zmień obciążenie konstrukcji. Zaznacz (a) w drzewku Force i zmień parametry przyłożonej siły. Wartość siły ściskającej ustaw na 0, natomiast przyłóż siłę składową na kierunku 'Y' np N. Solve Zginanie belki Rozwiąż model ponownie poleceniem SOLVE i porównaj wyniki z poprzednią analizą. Zwróć szczególną uwagę na siły osiowe i momenty gnące w obu przypadkach Przywróć obciążenie do siły ściskającej i rozwiąż model Zamknij okno 'Mechanical' i zapisz projekt. 5. ANALIZA DYNAMICZNA 5.1. W głównym oknie projektu wybierz (a) analizę modalną i przeciągnij ją do modułu (b) B6. Powstanie nowy moduł C, z odpowiednimi połączeniami z modułem B. Jest to wygodne rozwiązanie, ponieważ pozwala wykorzystać ustawienia i obliczenia z poprzedniej analizy. Modal LMB otworzy okno 'Mechanical' Po otwarciu okna mechanical przeglądnij drzewko. Zwróć uwagę, że w zakładce Modal, jest aktywna opcja Pre-Stress (Static Structural). Oznacza to, że w analizie modalnej zostaną uwzględnione naprężenia wstępne wprowadzone w wyniku przyłożonej siły. Najłatwiej wytłumaczyć to na przykładzie struny. Im większa siła napinająca strunę, tym większe naprężenia

7 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: 7 wewnętrzne i wyższy wydawany ton. Częstotliwości drgań własnych wzrastają. Tak więc parametry modalne, będą zależały od naprężeń występujących w konstrukcji W analizie 'Modal' zaznacz RMB Solution > Insert > Deformation > Total W oknie 'Details' wybierz numer wyświetlanej postaci. Powtórz operację tyle razy aby program wyznaczył 6 pierwszych postaci drgań własnych SOLVE 5.5. Przejrzyj postaci drgań własnych i przypisane im częstotliwości. Zwróć uwagę, że formy drgań gnących występują parami i drgają w prostopadłych do siebie płaszczyznach. Odpowiadające im częstotliwości również są do siebie zbliżone Zamknij okno 'Mechanical' i zapisz projekt.

8 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: 8 Przykład 2. Przestrzenna konstrukcja ramowa wykonaj model jak na rysunku i przeprowadź obliczenia zgodnie z warunkami opisanymi w instrukcji Analiza modalna Analiza statyczna Analiza wyboczeniowa Współrzędne węzłów:

9 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: 9 Kroki postępowania 1. PRZYGOTOWANIE DO PRACY 1.1. Uruchom program Ansys Workbench 1.2. Górny pasek menu (GPM) > File > Save as (zapisz projekt pod wybraną nazwą z rozszerzeniem *wbpj 1.3. Utwórz plik tekstowy w katalogu z projektem i skopiuj do niego tabelkę ze współrzędnymi punktów. Zapisz plik. Efekty, ilustracje, schematy 2. GEOMETRIA 2.1. Z menu po lewej wybierz moduł 'Geometry' klikając na niego dwukrotnie lewym klawiszem myszy (2LMB) Geometry Na planie projektu pojawi się blok odpowiedzialny za geometrię. 2.2.Kliknij 2LMB na polu A2, zostanie otwarte nowe okno o nazwie 'Design Modeler' (DM) W module DM zostanie zbudowany model geometryczny Wprowadzanie punktów 2.3. GPM > Create > Point Zaznacz w drzewku 'Point1' a w okienku 'Details view' ustaw: Definition = from coordinate file Następnie podaj ścieżkę do pliku ze współrzędnymi punktów. Wygeneruj punkty. Kiedy punkty pojawią się w oknie modelera, kliknij na oś 'Y', wówczas oś 'Z' powinna obrócić się pionowo. Dostosuj widok obracając go i przesuwając. Spróbuj zidentyfikować numerację punktów zgodnie z tematem zadania.

10 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: Łączenie elementów GPM > Lines from points Zacznij łączyć liniami punkty, tak aby utworzyć geometrię zgodną z tematem zadania. UWAGA!!! Na razie narysuj tylko tak linie, aby wzajemnie się nie przecinały. Np. tak ja na rysunku obok. Powinno zostać 6 nienarysowanych linii. Zwróć uwagę, że w 'Details View' powinno być ustawione 'Add Material'. Rysowanie linii Wygeneruj linie Ponownie wybierz: GPM > Lines from points Tym razem w 'Details View' ustaw: Operations = Add Frozen Narysuj brakujące linie i je wygeneruj Tworzenie części W drzewku można zauważyć, że istnieją dwa modele 'line body'. Dodatkowo, żaden z nich nie ma jeszcze zdefiniowanego przekroju Zaznacz oba modele 'line body' i RMB > Form New Part Oba modele zostaną połączone w jedną część.

11 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: Zaznacz modele 'line body' i: GPM > Concept > Cross Section > L Section Wybierz kątownik jako kształt przekroju elementów ramy Zdefiniowanie przekroju Podaj wymiary kątownika: W1 = W2 = 5 cm t1 = t2 = 6 mm 2.9. Przypisz kątownik do przekroju 'line body' Przypisanie przekroju GPM > View > Cross Section Solids Przyjrzyj się dokładnie geometrii zbudowanej ramy. Zrób zbliżenie na jeden z elementów belkowych i zwróć uwagę w jaki sposób jest ułożony kątownik. Jak wiadomo, orientacja przekroju belki jest istotna w przypadku gdy dochodzi do zginania i bezpośrednio jest ona połączona z geometrycznym momentem bezwładności przekroju. Tak więc w zależności od orientacji kątowników ta konstrukcja może, dla tego samego obciążenia, mieć różne rozkłady przemieszczeń i naprężeń. Te wszystkie osie, które są zaznaczone na rysunku to lokalne układy współrzędnych linii (line body). Ich orientacja jest opisana względem globalnego układu współrzędnych.

12 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: 12 Obrót przekroju Wybierz (a) filtr linii (krawędzi) i zaznacz (b) dowolny element belkowy. Zwróć uwagę, że w 'details view' (c) Rotate wokół lokalnej osi współrzędnych jest ustawiony na zero stopni. Zmień tę wartość na (a) inną (np. 90 st.) i zaobserwuj w jaki sposób (b) zmieniła się orientacja przekroju belki Zamknij okno DM i zapisz projekt. 3. ANALIZA DYNAMICZNA Analiza modalna 3.1. W oknie 'toolbox Analysis Systems' wybierz moduł do analizy modalnej i przeciągnij na projekt. Połącz geometrię z odpowiednim polem analizy modalnej. Otwórz okno Mechanical kilkając 2LMB na Model B3. Meshing 3.2. Dokonaj dyskretyzacji modelu. W szczegółach w zakładce 'sizing' wybierz Element size = 0,2 [m]. Oznacza to że elementy belkowe zostaną podzielone na elementy skończone o długości 20 cm. Wygeneruj siatkę.

13 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: 13 Zwróć uwagę, że w drzewku przy analizie modalnej jest zaznaczone: Pre-Stress (None) Oznacza to, że model jest rozwiązywany bez naprężeń wstępnych. Wynika to z tego, że tym razem najpierw przeprowadzamy analizę modalną (odwrotnie niż w poprzednim zadaniu). Oczywiście można przeprowadzić analizę statyczną jako pierwszą i nie uwzględnić naprężeń w analizie modalnej. Trzeba jednak pamiętać aby zapewnić odpowiednią niezależność pomiędzy warunkami brzegowymi dla obu analiz Warunki brzegowe Wybierz (a) filtr węzłów, (b) RMB na Modal > Insert > Fixed Support. Zaznacz 4 węzły przy podstawie aby utwierdzić konstrukcję. Boundary conditions 3.4. RMB Solution > Insert > Deformation >Total Dodaj 6 pierwszych postaci drgań własnych. Jeżeli maksymalna liczba postaci jest ograniczona, to sprawdź to w szczegółach 'Analysis Settings' w drzewku.

14 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: Rozwiąż model 'SOLVE' i sprawdź postaci oraz częstotliwości drgań własnych w postprocesorze Zamknij okno Mechanical i zapisz projekt. 4. ANALIZA STATYCZNA 4.1. Wybierz (a) strukturalną analizę statyczną i przeciągnij ją (b) do Modelu analizy modalnej B3. Pojawi się moduł C odpowiedzialny za analizę statyczną. Analiza statyczna 2LMB Setup C5 otworzy okno Mechanical. Boundary condition 4.2. Warunki brzegowe Utwierdzenie jest takie samo jak w analizie modalnej. Możesz wykorzystać ustawienia z poprzedniej analizy, przeciągając w drzewku (a) Fixed Support z Modalnej do (b) Static Structural. Powinny pojawić się te same warunki brzegowe co w analizie modalnej. Przyłożenie obciążenia. RMB Static Structural > Insert > Force Ustaw (a) zapis siły w postaci składowych i przyłóż ją (c) w wierzchołku jak na rysunku. Zwróć uwagę na ustawienie konstrukcji (b) w globalnym układzie współrzędnych. Wpisz składowe siły: X = -30 kn Y = 30 kn Z = 0 Zatwierdź też (d) przypisanie geometrii.

15 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: 15 Do drugiego wierzchołka przyłóż siłę: X = - 20 kn Y = -20 kn Z =0 Przyłóż ostatnie obciążenie w węźle jak na rysunku: X = -30 kn Y = 0 Z = 0 Możesz teraz, klikając na odpowiednie pozycje w drzewku, przejrzeć wszystkie warunki brzegowe Ustawienia postprocesora Dodaj do Solution te wykresy, których rozwiązania chcesz zobaczyć. Rozwiąż model SOLVE i przejrzyj wyniki. Zwróć uwagę na maksymalne bezwzględne wartości naprężeń. Czy przekroczyły granicę plastyczności dla stali? 4.4. Zamknij okno Mechanical i zapisz projekt. 5. ANALIZA WYBOCZENIOWA W przypadku konstrukcji zbudowanych ze smukłych elementów prętowych i belkowych, które poddawane są ściskaniu, spełnienie warunków bezpieczeństwa obliczonych dla naprężeń zredukowanych zazwyczaj nie jest wystarczające. Należy również sprawdzić podatność elementów konstrukcji na wyboczenie Znajdź (a) moduł 'linear buckling' i przeciągnij go (b) do pola Solution analizy statycznej C6. Pojawi się nowy moduł D odpowiedzialny za analizę wyboczeniową. 2LMB Setup analizy wyboczeniowej otworzy okno Mechanical. Zwróć uwagę, że w drzewku analizy wyboczeniowej naprężenia wstępne pochodzą z analizy statycznej. Tak więc nie trzeba ponownie przykładać obciążeń.

16 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: RMB na Solution > Insert > Deformation >Total Dodaj 6 kolejnych postaci wyboczeniowych. Jeżeli maksymalna liczba postaci wyboczeniowych jest ograniczon, sprawdź ustawienia 'Analysis Settings'. Rozwiąż model SOLVE Analiza wyników Zobacz na pierwszą postać wyboczeniową (a), a następnie na (b) Load Multiplier. Liczba ta może być traktowana jako wskaźnik bezpieczeństwa i mówi nam czy przyłożone obciążenie spowoduje wyboczenie elementu. Jeżeli wartość wskaźnika jest poniżej 1 (np. 0,778), oznacza to, że dla przyłożonego obciążenia dojdzie do wyboczenia. A konkretnie mówiąc już 77,8% wartości obecnie przyłożonego obciążenia spowoduje, że układ będzie na granicy wyboczenia. Jeżeli wskaźnik jest powyżej 1, oznacza to że do wyboczenia nie dojdzie i pozostaje jeszcze pewne rezerwa. W tym przypadku (c) 3 pierwsze postaci wyboczeniowe są poniżej granicy bezpieczeństwa, a 3 kolejne powyżej Wyniki mogą się nieco różnić w zależności od parametrów modelu np. orientacji kątowników Zamknij okno Mechanical i zapisz projekt.

17 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: 17 Przykład 3. Sprężyna wykonaj model sprężyny zgodnie z instrukcją i przeprowadź analizy dla warunków zadanych przez prowadzącego Analiza statyczna Zaprojektowanie sprężyny o zadanym współczynniku sprężystości z wykorzystaniem narzędzi optymalizacji i planowania eksperymentu Długość części roboczej sprężyny L = 20 cm Średnica sprężyny 10 cm Liczba zwojów 5,5 Początkowy promień przekroju sprężyny 8 mm

18 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: 18 Kroki postępowania 1. PRZYGOTOWANIE DO PRACY Efekty, ilustracje, schematy 1.1. Uruchom program Ansys Workbench 1.2. Górny pasek menu (GPM) > File > Save as (zapisz projekt pod wybraną nazwą z rozszerzeniem *wbpj 2. GEOMETRIA 2.1. Z menu po lewej wybierz moduł 'Geometry' klikając na niego dwukrotnie lewym klawiszem myszy (2LMB) Moduł 'Geometry' 2.2.Kliknij 2LMB na polu A2, zostanie otwarte nowe okno o nazwie 'Design Modeler' (DM) W module DM zostanie zbudowany model geometryczny Tworzenie punktu 2.3. Utwórz punkt o współrzędnych [0 0,05 0] GPM > Create > Point Szkicowanie linii 2.4. Aby utworzyć linię spiralną należy narysować linię prostą na kierunku, po którym spirala zostanie wyciągnięta. Zaznacz w drzewku YZPlane i przejdź do zakładki 'Sketching' (szkicownik). W szkicowniku, w zakładce 'Draw' wybierz Linię....

19 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: 19 Narysuj (a) pionową linię o dowolnej długości wzdłuż globalnej osi 'Z'. Zwróć uwagę gdzie położony jest punkt (b) utworzony w kroku poprzednim. UWAGA: Jeżeli nie jest włączone 'przyciąganie' kursora do punktów charakterystycznych (np. początku układu współrzędnych albo osi), to w zakładce Constraints zjedź na sam dół: Auto Constraints Global: (v) Cursor: (v) Przejdź do zakładki 'Dimensions' i wybierz (a) 'General'. Zaznacz linię (b), powinien pojawić się wymiar wzdłuż linii. W zakładce 'Details' (c) wpisz długość linii 0,2 m. Linia spiralna 2.6. Wybierz opcję 'Sweep', w Details View ustaw: a) Profile - wybierz stworzony punkt i go zaakcpetuj, b) Path - wybierz narysowaną i zwymiarowaną linię, c) Twist Specification - zmień 'No Twist' na 'Turn'. Wygeneruj linię. Jeżeli dobrze wykonałeś wszystkie kroki to powinieneś otrzymać linię spiralną jak na rysunku obok. Spirala jest poprowadzona do wysokości linii ze szkicu, jednak ma tylko jeden zwój.

20 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: Ustawienia spirali. Wejdź do opcji 'Detail' operacji 'Sweep' i zmień liczbę obrotów na 5,5. Ponownie wygeneruj linię Żeby zrobić gładkie zakończenia sprężyn w pierwszej kolejności wygeneruj punkty o następujących współrzędnych: 1) jest punktem należącym do końca spirali, nie musisz go tworzyć, 2) [0,01-0,048 0,2] 3) [0,01-0,01 0,2] 4) [0 0 0,25] 5) [0 0 0,26] Zakończenia sprężyny Po wygenerowaniu punktów: GPM > Concept > 3D Curve Trzymając CTRL zaznaczaj kolejno punkty jak na rysunku obok. Wygeneruj linię, powinieneś otrzymać 'line body' jak na rysunku po prawej. Zrób podobny uchwyt z drugiej strony sprężyny. Zastanów się jakie współrzędne punktów dobrać żeby zachować odpowiednią symetrię. Po wygenerowaniu linii zaznacz w drzewku (a) line body, spirala wraz z zakończeniami powinna (b) podświetlić się na żółto. Jednak nadal nie ma (c) przypisanego przekroju. Jeżeli przeszkadzają Ci strzałki lokalnych układów współrzędnych elementów to: GPM > View > Cross Section Alignments Włącz też od razu: Cross Section Solids

21 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: Dodaj teraz przekrój kołowy o promieniu 8 mm i przypisz do linii. Powinieneś otrzymać model geometryczny sprężyny jak na rysunku obok Zamknij DM i zapisz projekt. 3. ANALIZA STATYCZNA 3.1. Przeprowadź dyskretyzację modelu. Rozmiar elementu skończonego ustaw na 5 mm. Na model zostanie nałożona siatka Warunki brzegowe Utwierdź jeden koniec sprężyny, a do drugiego przyłóż siłę ściskającą o wartości np N. Sprawdź w 'Analysis Settings' czy licencja oprogramowania pozwala na włączenie/wyłączenie opcji 'Large deflections'. Jeśli tak to w tym przypadku powinna być wyłączona, gdyż przy mniejszym promieniu zwoje sprężyny zaczną zachodzić na siebie i pojawi się błąd podczas symulacji (ten problem może wystąpić przy optymalizacji). Jeżeli sprężyna będzie rozciągana to możesz włączyć tę opcję. Boundary conditions 3.3. W postprocesorze wybierz wykres odkształcenia na kierunku Z. Warunki brzegowe dopasuj tak, aby maksymalne przemieszczenie miało wartość dodatnią (zależy to od ułożenia modelu w globalnym układzie współrzędnych). Dodaj jeszcze kilka innych wykresów, jak rozkład naprężeń etc. Rozwiąż model i odczytaj maksymalne przemieszczenie. Oblicz współczynnik sprężystości sprężyny z zależności: k = F/x [N/m] Postprocesor 3.4. Zmieniaj rozmiar siatki np. 0,04 0,02 0,01 0,005 0,001. Zwróć uwagę jak zmienia się czas obliczeń i wynik maksymalnego przemieszczenia Po zakończeniu, zamknij okno Mechanical i zapisz projekt.

22 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: PROJEKT SPRĘŻYNY Uwaga: Interfejs w tej części może znacząco się różnić w zależności od wersji oprogramowania, jednak schemat postępowania jest intuicyjny i student nie powinien mieść problemów z poniższym zadaniem. Dla rozwiązanego przypadku współczynnik sprężystości powinien wynieść ponad [N/m]. Co jednak gdybyśmy chcieli zaprojektować sprężynę o innym współczynniku k? Zaprojektujmy sprężynę tak aby jej k = [N/m]. Oznacza to, że przy działaniu siły osiowej równej 1000 [N], jej maksymalne przemieszczenie powinno wynieść 5 cm. Przyjmijmy, że parametrem który będziemy zmieniać jest promień przekroju sprężyny. Oczywiście można rozwiązać to zadanie metodą "prób i błędów" aż uda nam się dobrać odpowiedni promień. Na szczęście ANSYS Workbench zawiera narzędzia, które znacznie poprawiają efektywność rozwiązywania problemów tego typu W głównym oknie projektu wybierz z menu po lewej na samym dole 'Goal Driven Optimization' (w nowszych wersjach Ansysa 'Response Surface Optimization'), pojawi się nowy moduł C Kliknij 2LMB na Geometrii A2, otworzy się okno DM. Znajdź (a) w drzewku przekrój sprężyny i zaznacz (b) kwadracik przy wielkości określającej promień koła. Będzie to nasz parametr wejściowy, czyli ten który będzie zmieniany w określonym przedziale. Nazwij ten parametr (c) np. Promien (bez polskich znaków). Planowanie eksperymentu Zamknij DM i wróć do okna projektu. Naciśnij przycisk 'Refresh Project', w tym momencie zestaw parametrów powinien zostać powiązany z modułami A3 i B8.

23 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: Kliknij 2LMB na B7 (Results) otworzy się okno Mechanical z wynikami. Zaznacz teraz w 'Directional Deformation' okienko przy maksymalnej wartości przemieszczenia. To z kolei będzie nasz parametr wyjściowy. Zamknij okno i wróć do planu projektu. Odśwież projekt. Powinna pojawić się jeszcze linia łącząca wyjście B8 z zestawem parametrów Kliknij 2LMB na Design of Experiments C2, otworzy się okno ustawień eksperymentu (na rysunku po prawej). a) Informacja o parametrach wejściowych, w tym przypadku tylko jeden parametr - promień przekroju sprężyny. b) Parametry wyjściowe, w tym przypadku jeden parametr - maksymalne przemieszczenie. c) Zaznaczając pole Design Experiments (A2), można zobaczyć ustawienia eksperymentu. Skorzystamy z centralnego planu kompozycyjnego. Szczegółowe informacje dotyczące planowania eksperymentu i optymalizacji nie są treścią tego przedmiotu. Na drugim stopniu studiów (studia magisterskie) na specjalności "Informatyka w inżynierii mechanicznej" jest prowadzony przedmiot "Metody optymalizacji eksperymentów numerycznych", gdzie ta problematyka jest szeroko omawiana.

24 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: Zaznacz teraz (a) P1 - Promien, i ustaw zakres w jakim ten promień może się zmieniać (b). Ponieważ chcemy otrzymać mniejszą sztywność sprężyny niż w przypadku z zadania poprzedniego, dlatego na pewno maksymalny promień nie będzie większy niż 8 mm. Z drugiej strony minimalny promień można ustalić na 4 mm. Możesz teraz kliknąć 'Update Design of Experiments' i powrócić do głównej strony projektu przyciskiem 'Return to Project'. (w nowszej wersji będzie po prostu zakładka, którą można zamknąć) Tym razem obliczenia mogą potrwać trochę dłużej, nawet kilka minut. W widoku projektu możesz obserwować postęp operacji, przy modułach będą pojawiać się odpowiednie symbole Gdy program skończy obliczenia otwórz 2LMB 'Response Surface' C3 (rysunek poniżej) Zaznacz (a) odpowiedź A14 i po prawej stronie zostanie wyświetlony wykres. Możesz z niego odczytać w jaki sposób maksymalne przemieszczenie zależy od promienia przekroju sprężyny. Możesz też suwakiem (b) ustawić odpowiednią wartość promienia i odczytać dla niej (c) maksymalne przemieszczenie. Wróć do głównego planu projektu.

25 LAB5:ANSYS WORKBENCH.: Opracował: mgr inż. Krystian Szopa strona: Problem możesz też rozwiązać korzystając z optymalizacji. 2LMB na Optimization C4. Otworzy się okno z ustawieniami (okno poniżej). Ustaw parametry optymalizacji. a) Maksymalizacja Promienia (ewentualnie może być też Seek Midpoint). b) Przy parametrze P2 ustaw 'Seek Target' c) Target Value ustaw wartość do której ma zmierzać maksymalne przemieszczenie czyli 0,05 d) Rozwiąż problem klikając 'Update Optimization' e) Wyświetlone zostaną proponowane rozwiązania, zapisz je f) Możesz też włączyć/wyłączyć wyświetlanie na wykresie punktów nie spełniających kryterium. Wróć do projektu i go zapisz Zmodyfikuj teraz Geometrię przekroju sprężyny według otrzymanego rozwiązania. Rozwiąż model i zweryfikuj czy faktycznie maksymalne przemieszczenie wynosi tyle co powinno Zapisz projekt.