Wykorzystanie elementów bryłowych

Transkrypt

1 Wykrzystanie elementów bryłwych 1. Wprwadzenie d tematu Elementy bryłwe są elementami najdrższymi pd względem numerycznym. Pzwalają natmiast na uwzględnienie wszystkich rdzajów bciążeń raz na reprezentacje przestrzennych stanów dkształceń i naprężeń (dbrze reprezentują np. kncentracje naprężeń). Niniejsze labratrium będzie dtyczył symulacji statycznej, liniwej. Dkładny pis wyknania niektórych czynnści zstał pminięty, jak, że zstał n przedstawiny na pprzednich labratriach. 1

2 2. Zadania 2.1. Zadanie nr. 1 Wyznaczyć naprężenia w dźwigarze bciążnym ciśnieniem stałej wartści. Schemat knstrukcji wraz z jej bciążeniem zstał przedstawiny na pniższej ilustracji. Twrzenie części Ustalenie flderu rbczeg File -> Set Wrk Directry Właściwe stwrzenie części Parts -> Create Name - Dzwigar Mdeling Space 3D Planar (układ twrzymy, jak przestrzenny) Base Feature: Shape Slid Base Feature: Type Extrusin (twrzenie części pprzez wyciągnięcie) Apprximate size 80 (przewidywana wielkść części) Gemetrie twrzymy przy pmcy linii. Edycji długści pszczególnych linii mżemy dknać przy pmcy przycisków Add Dimensin raz Edit Dimensin Value znajdujących się p lewej strnie ekranu. 2

3 P zakńczeniu twrzenia szkicu przekrju (p wciśnięciu przycisku Dne) zstaniemy pprszeni pdanie wartści wyciągnięcia. Aby teg dknać w kienku Edit Base Extrusin w plu Depth: wpisujemy naszą wartść i zatwierdzamy przyciskiem Ok. Edit Base Extrusin Ok Depth: 200 Definiwanie właściwści części Definiwanie mdelu materiałweg (mdelujemy liniwy dcinek charakterystyki krzywej rzciągania dla stali) Material -> Create Name stal Mechanical -> Elasticity -> Elastic Yung s Mdulus 210e3 (mduł Yung a) Pissn s Rati 0.3 (liczba Pissn a) Stwrzenie sekcji Sectins Name: ZbirWlasciwsci1 Categry: Slid (zbiór właściwści jest przeznaczny dla elementów bryłwych) Type: Hmgenus Cntinue Material: stal Przyprządkwanie sekcji d części Parts -> Dzwigar -> Sectin Assignments Zapisanie mdelu File -> Save 3

4 Umieszczenie części w glbalnym układzie współrzędnych Assembly -> Instances Definiwanie krku bliczeniweg Stwrzenie statyczneg, liniweg krku bliczeniweg Steps -> Prcedure type: Linear perturbatin (liniwy typ krków bliczeniwych) Cntinue Name bciazenie cisnieniem Static, Linear perturbatin Descriptin: Analiza ugiecia belki Other pzstawić dmyślne ustawienia Ok Sprawdzenie danych wyjściwych P zdefiniwaniu krku bliczeniweg ABAQUS ustawia dmyślne parametry plików wyjściwych. Pzstawić ustawienia dmyślne! W celu sprawdzenia ustawień należy wybrać: Mdule: Step Output -> Field Output Requests -> Manager -> Edit Field Output Request dtyczy danych lkalnych takich jak siły w pszczególnych węzłach, natmiast Histry Output Request danych glbalnych takich jak całkwita energia. 4

5 Definiwanie warunków brzegwych i bciążeń Warunki brzegwe BCs Cntinue Name: Fix_XYZ Step: Initial (stpnie swbdy zstaną debrane na samym pczątku symulacji i będą debrane przez cały czas jej trwania) Categry: Mechanical Types fr selected step: Displacement/Rtatin Wybrać pwierzchnię z lewej strny analizwaneg dźwigara (musi pjawić się czerwne pdświetlenie) Dne Zaznaczamy pdpunkty (dbieramy mżliwść przemieszczeń na wszystkich kierunkach): U1 U2 U3 Ok (w miejscu zamcwania pjawią się krpki) 5

6 Obciążenie Lads -> Step: bciażenie cisnieniem Name: Cisnienie 10kPa Categry: Mechanical Types fr Selected Step: Pressure (ciśnienie) Cntinue Wskazać górną pwierzchnię (musi pjawić się czerwne pdświetlenie). Dne W plu Magnitude wpisać dpwiednią wartść, którą należy wcześnie wyliczyć na pdstawie danych (jak, że za jednstkę dległści przyjęliśmy mm wartść bciążenie należy pdać w MPa). Ok (w miejscu przyłżenia ciśnienia pjawią się strzałki) 6

7 Definiwanie parametrów siatki elementów skńcznych W celu stwrzenia siatki MES należy uprzedni przejść d dpwiednieg mdułu i kreślić czy siatka będzie twrzna dla pjedynczej części czy złżenia. Mdule: Mesh Object: Part Wybór przeciętnej wielkści elementów raz spsbu generwania siatki Seed -> Part Apprximate glbal size: 5 (przeciętna wielkść elementu) Mesh -> Cntrl (spsób generwania siatki) Pzstawić ustawienia dmyślne: Element shape: Hex (elementy śmikątne) Technique: Sweep Algrithm: Advancing frnt Use mapped meshing when apprpiate Wybór rdzaju elementów skńcznych: Dbieramy elementy liniwej funkcji kształtu, bez redukcji punktów całkwania. Element library: Standard Family: 3D stress Gemetric rder: Linear (elementy liniwe) Reduced integratin: dznaczyć (wyłączenie redukcji liczby punktów całkwania) Wygenerwanie siatki Mesh -> Part 7

8 Numeracje elementów i węzłów mżna sprawdzić w następujący spsób. W tym samym mdule: View -> Part display ptins Mesh Shw nde labels Shw element labels Stwrzenie zadania bliczeniweg i jeg wyknanie Stwrzenie zadania bliczeniweg Jbs -> Create Name: Dzwigar_1_Jb Mdel -1 Cntinue OK Wyknanie zadania bliczeniweg Jbs -> nazwa naszeg zadania bliczeniweg -> Submit P wyknaniu zadania w kienku kmunikatów pjawi się Jb Dzwigar_1_Jb cmpleted successfully. Wyświetlanie wyników Załadwanie pliku z wynikami Jbs -> Dzwigar_1_Jb (nazwa naszeg zadania bliczeniweg) -> Results Czasami zdarza się, że pmim wyknania pwyższych czynnści nasze wyniki nie zstaną wyświetlne. W takim przypadku należy przejść d mdułu Visualizatin i wybrać dpwiedni mdel. Mdule: Visualizatin Mdel: Dzwigar_1_Jb.db 8

9 Sprawdzenie warunków równwagi Reprt -> Field Output Zakładka Variable Psitin: Unique Ndal Zakładka Setup P rzwinięciu pdpunktu RF wybrać pdpunkty RF1, RF2 i RF3 Name: reakcje.txt Data Write: pzstawić jedynie Clumn Ttals W celu sprawdzenia warunków równwagi należy uprzedni przeliczyć bciążenie ciśnieniem na siłę. Jak, że zadanie wyknaliśmy metdą liniwą należy się spdziewać zerwych wartści sił na dwóch kierunkach (w zagadnieniu nieliniwym zmiana gemetrii pwdwałaby pwstanie także innych składwych). Małe wartści na kierunkach innych niż kierunek przyłżenia bciążenia wynikają z błędu MES. Wizualizacja wyników Plt Undefrmed Shape knstrukcja niedkształcna Plt Cnturs n Defrmed Shape knstrukcja dkształcna z naniesinymi przebiegami Dbru wizualizwanych wartści mżemy dknać przy pmcy kienka znajdująceg się w lewym, górnym rgu ekranu. Sprawdzenie wartści w węzłach lub elementach Kmentarz Tls -> Query -> Prbe values W kienku Prbe: Elements/Ndes mżemy wybrać czy dczytywane wartści mają dtyczyć całych elementów czy tylk węzłów. Odczytania dknujemy pprzez najechanie kursrem na element/węzeł. Zstaną pdane te same wielkści, dla których wybraliśmy wizualizacje. W celu wizualizacji rzeczywistych dkształceń należy wyknać czynnści przedstawine pniżej: Cmmn ptins Defrmatin Scale Factr Unifrm -> Value: 1 Jak, że strzałka ugięcia raz naprężenia zredukwane miały bardz małe wartści mżna uznać, że symulwane zjawisk jest zjawiskiem liniwym. 9

10 2.2. Zadanie nr. 2 Celem ćwiczenia jest ptymalizacja kształtu belki zginanej pd względem masy. W tym celu dknamy zmiany przekrju belki przedstawinej na pniższej ilustracji raz wprwadzimy twry dciążające. Czynnści, które nie zstały wyjaśnine należy wyknać tak sam jak w pprzednim zadaniu. Przekrój: 40 mm x 40 mm Mduł Yung a: E = MPa Liczba Pissn a: υ = 0.3 Naprężenia dpuszczalne: σdp = 150 MPa Gęstść: ρ = 7900 kg/m 3 W przypadku belki niezmdyfikwanej wartść naprężeń zredukwanych wynisła 221,6 MPa, a jej masa wynsi 2,528 kg. Wartść naprężeń przekrczyła wartść naprężeń dpuszczalnych. 10

11 Twrzenie części Gemetria, jaką chcemy uzyskać zstała przedstawina na pniższej ilustracji. Zastswanie zmienineg przekrju raz twrów dciążających pzwala na uzyskanie pdbnej wytrzymałści przy znacznym zmniejszeniu masy knstrukcji. Twrzenie gólnej gemetrii Ogólną gemetrie twrzymy pprzez zdefiniwanie przekrju raz wartści wyciągnięcia. Odległść wyciągnięcia wynsi 200 mm, natmiast wymiary przekrju zstały przedstawine pniżej. 11

12 Zdefiniwanie twrów dciążających W mdule części należy wybrać pcję Create Cut: Extrude Mdule: Part Create Cut: Extrude -> kliknąć na płaszczyznę, na której będą szkicwane twry -> kliknąć na krawędź, która zstanie wyświetlna pinw p prawej strnie ekranu Wyknać szkic czterech twrów według schematu przedstawineg pniżej. Dne OK Definiwanie właściwści części Zamdelwać stal mdule Yung a 210 MPa i liczbie Pissn a 0,3. Sekcje wyknać tak jak w pprzednim zadaniu. Umieszczenie części w glbalnym układzie współrzędnych Assembly -> Instances Definiwanie krku bliczeniweg Name: Obciazenie sila tnaca Descriptin: Analiza ugieca belki 12

13 Definiwanie parametrów siatki elementów skńcznych Aby wyknać siatkę MES z elementów śmikątnych (generalnie dkładniejszych) należy uprzedni pdzielić belkę na kilka części. Brak mżliwści wyknania siatki przy użyciu samych elementów śmikątnych mżna pznać pprzez pmarańczwy klr belki w mdule twrzenia siatki (Mdule: Mesh). Pdział belki Pdziału na części chcemy dknać według schematu przedstawineg na pniższej ilustracji. 13

14 Pdziału dknujemy w mdule mesh. Mdule: Mesh Partitin Cell: Define Cutting Plane -> wybrać z listy pdpwiedzi jeden ze spsbów definiwania płaszczyzny cięcia np. Pint & Nrmal -> wskazać punkt znajdujący się w miejscu pdziału raz jedną z linii, prstpadłą d płaszczyzny pdziału Create Partitin Jedna ze strn belki zmieni klr na zielny, c znacza mżliwść wyknania siatki strukturalnej dla teg elementu (siatka ta dznacza się regularnym przebiegiem). 14

15 Pwtarzamy czynnść dla drugieg elementu z tą różnicą, że p kliknięciu Partitin Cell: Define Cutting Plane zaznaczamy niepdzielną strnę belki (Select the cells t partitin). Teraz śrdkwa część belki pwinna mieć klr żólty c znacza mżliwść wyknania siatki przy pmcy prcedury Sweep (przeciągnięcia). Jeśli chcemy ustawić inny niż dmyślny kierunek twrzenia siatki przy pmcy prcedury Sweep należy wyknać następujące czynnści (w naszym przypadku nie jest t knieczne). Mdule: Mesh Mesh -> Cntrls -> zaznaczamy żółty pdbszar Dne Element Shape: Hex Technique: Sweep Redifine Sweep Path Różwa strzałka wskazuje kierunek wyciągnięcia siatki. Jeśli kierunek jest zgdny z naszymi wymaganiami klikamy Yes, jeśli nie, zmieniamy g przy pmcy przycisku Flip. 15

16 Dknujemy wybru rdzaju elementów skńcznych Wybieramy elementy liniwe, bez zredukwanej liczby punktów całkwania (takie same jak w pprzednim zadaniu). Określamy przeciętny rzmiar elementu Seed -> Part Apprximate glbal size: 3 Generujemy siatkę Mesh -> Part Definiwanie warunków brzegwych i bciążeń Warunki brzegwe definiujemy analgicznie jak w pprzednim zadaniu Obciążenie Obciążenie siłą skupiną F należy zamienić na bciążenie ciągłe P, styczne d pwierzchni człwej belki (A ple przekrju belki w miejscu przyłżenia siły). p = F A Aby zdefiniwać bciążenie styczne należy wyknać czynnści przedstawine pniżej. Lads: Name: Sila tnaca Step: nazwa naszeg krku bliczeniweg Categry: Mechanical Types fr Selected Step: Surface tractin (bciążenie styczne) Cntinue Z Shiftem zaznaczamy bciążne pwierzchnie Dne 16

17 W celu wyznaczenia kierunku działania bciążenia należy w wyświetlnym kienku kliknąć na iknkę kursra Vectr befre prjectin: required -> przy pmcy wybru dwóch punktów (pierwszy punkt stanwi pczątek wektra, a drugi jeg kniec) wyznaczyć kierunek raz zwrt wektra bciążenia W kienku Magnitude należy wpisać wcześniej wyliczną wartść bciążenia. Ok Stwrzenie zadania bliczeniweg i jeg wyknanie Sprawdzenie wyników Name Dzwigar_2_Jb Mdel uprzedni stwrzny mdel Sprawdzenie warunków brzegwych pzwli nam na sprawdzenie czy pprawnie przeliczyliśmy bciążenie. Kmentarz Tak sam jak w pprzednim zadaniu strzałka ugięcia miała małą wartść, natmiast wartść naprężęń zredukwanych nieznacznie przekrczyła granice plastycznści, c pzwala nam twierdzić liniwści symulwaneg zjawiska (przekrczenie granicy plastycznści był bardz niewielkie, ~0,5 MPa przy załżeniu granicy na pzimie 250 MPa). P zmianie gemetrii wartść naprężeń zredukwanych wzrsła kł 30 MPa, natmiast masa zmalała z 2,528 kg, d 1,524 kg, c stanwi 60% masy pczątkwej. Wartść naprężeń przekrczyła wartść dpuszczalną. 17

18 3. Zadanie dmwe Przykład z help a. Tutrials Getting Started with ABAQUS 4.3 Example: Cnnecting lug 18