MATERIAŁY POMOCNICZE DO LABORATORIUM Z METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH, Abaqus 6.11

Transkrypt

1 MATERIAŁY POMOCNICZE DO LABORATORIUM Z METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH, Abaqus 6.11 LEKCJA Zadanie nr 1 część 2 siatkowanie modelu, obciążenia i obliczenia W tej części zadania zostaną wykonane czynności: podział części, celem wyznaczenia płaszczyzny przykładania obciążenia wybór elementu skończonego i generacja siatki elementów skończonych przyporządkowanie warunków brzegowych przyłożenie obciążenia obliczenia analiza wyników Na poniższym schemacie przedstawiono warunki brzegowe modelu i przyłożone obciążenie. 2.1 Podział górnej płaszczyzny części partition face Aby zadać obciążenie w identyczny sposób jak w poleceniu zadania należy podzielić górną powierzchnię części. W tym celu w drzewie projektu trzeba kliknąć prawym klawiszem myszy na parts i wybrać switch context zmienia to wygląd przybornika (część zmieni kolor na szary) 1

2 Następnie z przybornika należy użyć ikony partition face: sketch. W oknie podpowiedzi pojawi się komunikat, aby wybrać powierzchnię, która ma zostać podzielona. W tym celu należy zaznaczyć górną powierzchnię modelu, która podświetli się na czerwono. i potwierdzić wybór klikając Done w obszarze podpowiedzi. Teraz program w obszarze podpowiedzi poprosi o zdefiniowanie orientacji powierzchni, która zostanie podzielona, poprzez odpowiedni wybór krawędzi części (użytkownik może sam zdecydować, jaki typ krawędzi wskaże): Należy wybrać odpowiednią krawędź (po najechaniu na nią myszą, zmieni się kolor krawędzi na pomarańczowy). Po kliknięciu program automatycznie zmieni widok rzutni na szkic. 2

3 W tym momencie należy utworzyć pionową linię podziału, biegnącą przez środek części. W tym celu trzeba kliknąć na ikonę z przybornika i utworzyć linię, poprzez wybór dwóch odpowiednich punktów. (Program po wybraniu drugiego punktu będzie chciał kontynuować rysowanie linii, aby zakończyć rysowanie trzeba wcisnąć ESC z klawiatury). Po zdefiniowaniu podziału należy kliknąć done w obszarze podpowiedzi i tym samym zamknąć okno szkicu, powracając do domyślnego widoku rzutni. Na górnej powierzchni części jest teraz widoczna linia podziału. 3

4 2.2 Tworzenie siatki elementów skończonych - meshing Należy rozwinąć moduł part drzewa modelu, następnie Part 1 i kliknąć 2x Mesh. W tym momencie część zmieni swój kolor na zielony oraz zmianie ulegnie zestaw ikon w przyborniku. (należy zwrócić uwagę, że dopóki część nie będzie miała siatki elementów skończonych w drzewie modelu, przy punkcie Mesh będzie widniał napis (empty). W pierwszej kolejności należy ustalić rodzaj elementu. Wybrać z paska menu mesh element type. Otworzy się okno wyboru elementów. Program Abaqus posiada bardzo dużą bibliotekę elementów skończonych. Wybór odpowiedniego elementu nie zawsze jest oczywisty i musi zostać poprzedzony odpowiednim studium jego własności. Na potrzeby ćwiczenia wykorzystany zostanie kontynualny, liniowy, trójwymiarowy element bryłowy z pełnym całkowaniem, o trzech przemieszczeniowych stopniach swobody w węźle. Analizę przeprowadzimy w module standard. Kod elementu w programie to C3D8. 4

5 Po wprowadzaniu parametrów elementu, potwierdza się wybór klikając OK. Utworzenie siatki elementów skończonych wiąże się z podziałem krawędzi części. W Abaqusie można tego dokonać na dwa sposoby: zadając podział globalny Global Seeds, podając globalny, żądany wymiar elementu, lub dzieląc poszczególne krawędzie Seed Edges poprzez wybór poszczególnych krawędzi i przyporządkowanie im parametrów podziału. W zadaniu wykorzystany zostanie podział krawędzi. Część zostanie podzielona po grubości na 3 elementy. Krawędzie płaszczyzn bocznych zostaną podzielone na 12 elementów. Aby wykonać podział trzeba użyć funkcji Seed Edges podpowiedzi program poprosi o wybór krawędzi do podziału. z przybornika. W obszarze Należy wybrać cztery górne dłuższe krawędzie (aby wybrać kilka krawędzi jednocześnie należy przytrzymać Shift na klawiaturze) na podzielonej powierzchni części (podświetlą się na czerwono) i potwierdzić wybór klikając Done. Pojawi się okno, w którym określa się parametry podziału. Należy zastosować podział za pomocą liczby elementów by number i wpisać wartość 6. Potwierdzić parametry klikając OK. W tym momencie na wybranych krawędziach pojawią się symbole podziału. 5

6 W analogiczny sposób należy podzielić pozostałe krawędzie. Po zakończeniu podziału krawędzi należy użyć funkcji z przybornika, aby utworzyć siatkę elementów skończonych. W obszarze podpowiedzi, należy potwierdzić operację, klikając YES. Na poniższym rysunku przedstawiono widok gotowej, zdyskretyzowanej części. 6

7 2.3 Warunki brzegowe i obciążenia Po pierwsze należy dokonać montażu całej konstrukcji, poprzez importowanie poszczególnych obiektów instances w module Assembly (w zadaniu rozważana jest bardzo prosta konstrukcja, która składa się z jednej części i tylko ona musi zostać zaimportowana do modułu assembly). Następnie należy utworzyć krok obliczeniowy step, aby można było przykładać obciążenie. W pierwszej kolejności należy rozwinąć w drzewie projektu Assembly i kliknąć 2x Instances Otwarte zostanie następujące okno: Lista dostępnych do wstawienia części Informacja o tym, że siatka elementów została stworzona w module parts i nie ma możliwości jej edycji w module assembly Opcja automatycznego odsuwania od siebie kolejnych obiektów konstrukcji (wygodna w użyciu przy korzystaniu z większej ilości obiektów instances) W związku z tym, że zbudowano w module parts tylko jedną część, jedynie ona widnieje w liście dostępnych elementów do montażu. Należy kliknąć Apply, a następnie Cancel. Montaż części jest zakończony (zmodyfikowane zostało drzewo projektu o kolejny element). 7

8 Należy teraz przejść do zadania warunków brzegowych. Klikamy 2x na BC s w dolnej części drzewa projektu Otwarte zostanie okno wyboru parametrów warunków brzegowych: Nazwa kroku, któremu mają zostać przyporządkowane tworzone warunki brzegowe Typy warunków brzegowych Kategorie brzegowych warunków 8

9 W zadaniu należy wykorzystać warunek brzegowy mechanical, displacemenet/rotation i ten wybór potwierdzić przyciskiem continue, co uaktywni wybór warunków brzegowych na rzutni. W obszarze podpowiedzi pojawi się komunikat: wybierz region do przyporządkowania warunków brzegowych. Należy teraz wybrać odpowiednią powierzchnię (jej kolor zmieni się na czerwony) I potwierdzić go przez przyciskiem Done w obszarze podpowiedzi, co otworzy okno definicji warunków brzegowych. W związku z tym, że element C3D8 ma 3 przemieszczeniowe stopnie swobody w węźle, należy zablokować jedynie 3 przesuwy. (w przypadku, gdy zostaną zablokowane również obroty, program w trakcie analizy poinformuje użytkownika o popełnionym błędzie, jednak zostanie on poprawiony automatycznie i nie będzie miał wpływu na rezultaty). Klikając OK zakończona zostaje procedura tworzenia warunków brzegowych. Widok części został zmodyfikowany o symbole warunków brzegowych, również drzewo projektu zostało zmodyfikowane. 9

10 Następnie należy utworzyć krok obliczeniowy step. Domyślnie istnieje już 1 krok obliczeniowy initial tzw. krok wstępny. Informacje zawarte w kroku initial propagowane będą do wszystkich kolejnych kroków stworzonych przez użytkownika. Klikając 2x na step w drzewie projektu, otwarte zostanie następujące okno: Nazwa kroku dodawanego Nazwa kroku, po którym ma zostać dodany aktualnie tworzony step Rodzaj procedury: General problemy nieliniowe Linear perturbation zagadnienia liniowe Typ procedury 10

11 W zadaniu należy zastosować typ: static i rodzaj: linear perturbation. Następnie kontynuować procedurę wyboru kroku korzystając z continue, co otworzy kolejne okno. Zakładka other, umożliwia zmiany parametrów solwera Nlgeom włączenie lub wyłączenie opcji analizy z uwzględnieniem dużych przemieszczeń. W przypadku korzystania z analizy liniowej nie ma możliwości uwzględnienia nieliniowości geometrycznej, opcja ta jest dostępna w krokach typu general. Można teraz przystąpić do przyłożenia obciążenia, rozwijając moduł steps, podpunkt Step-1 i klikając 2x Loads. 11

12 Otwarte zostanie okno definicji obciążenia. Nazwa kroku, po którym ma zostać dodany aktualnie tworzony step Typ obciążenia Kategorie obciążenia W zadaniu należy przyłożyć obciążenie powierzchniowe o wartości 500 kpa do połowy górnej powierzchni wspornika. Właściwy wybór parametrów w oknie Create load trzeba potwierdzić przyciskiem continue. W obszarze podpowiedzi pojawi się komunikat: W związku z tym należy wskazać powierzchnię przyłożenia obciążenia (zmieni swój kolor na czerwony) i potwierdzić wybór w obszarze podpowiedzi przyciskając Done. 12

13 Otworzy się okno Edit Load, które trzeba uzupełnić w następujący sposób: Distribution: opcje definicji wartości obciążenia powierzchniowego: Uniform równomiernie rozłożone Total force siła wypadkowa działająca na powierzchnię Hydrostatic obciążenie typu hydrostatycznego (zmienne) User defined z wykorzystaniem procedury napisanej przez użytkownika Magnitude: wartość obciążenia adekwatna do wybranego typu jego dystrybucji na powierzchni, podawana w jednostkach przyjętych przez użytkownika Przycisk OK zakończy dodawanie obciążenia, co będzie symbolicznie widoczne na rzutni. Drzewo projektu również zostanie zmodyfikowane. W ostatniej kolejności należy ustawić, które rezultaty zostaną zapisane w pliku odb. W tym celu w drzewie modelu należy rozwinąć Field Output Requsts i 2x kliknąć w F-Output-1. 13

14 Otworzy się okno wyboru rezultatów: W zadaniu analiza rezultatów będzie oparta na następujących zmiennych: Wektor przemieszczeń U Tensor naprężeń S Tensor odkształceń E W związku z tym należy wprowadzić w output variables następujący ciąg znaków: U,S,E i potwierdzić OK. 2.4 Uruchamianie obliczeń Abaqus 6.11 umożliwia uruchamianie obliczeń z poziomu interfejsu (drzewo projektu) oraz poprzez wiersz poleceń. W materiałach omówione zostaną obydwie metody. Prowadzenie obliczeń związane jest ściśle z folderem roboczym, w którym będą przechowywane pliki z rezultatami. Plik input musi znajdować się również w folderze roboczym. Ustawienie lokalizacji folderu można zmienić w pasku menu w następujący sposób. Z paska menu należy wybrać File Set Work Directory 14

15 Otwarte zostanie okno, w którym można zmienić folder roboczy (uwaga: w Laboratorium Komputerowym, jako folder roboczy ustawiony jest folder C:\temp) Przed rozpoczęciem obliczeń należy stworzyć nowe zadanie tzw. Job. W tym celu w drzewie projektu trzeba kliknąć 2x na Job w dolnej części drzewa. W tym momencie zostanie otwarte następujące okno: Nazwa zadania Źródło wprowadzania danych do zadania: model lub plik input Wybór modelu, który ma zostać wykorzystany do przeprowadzenia analizy (może być ich więcej niż jeden) 15

16 Nazwę zadania należy wprowadzić, jako: cw1 i kliknąć continue, co spowoduje otwarcie następującego okna: i potwierdzić parametry domyślne klikając OK. Wówczas w drzewie projektu pojawi się nowe zadanie Job: cw1. Jeżeli użytkownik zamierza uruchomić zadanie z poziomu interfejsu to należy kliknąć prawym przyciskiem myszy na cw1 w drzewie modelu i wybrać submit. Po ukończeniu analizy, w drzewie modelu przy nazwie zadania pojawi się komunikat o jego ukończeniu: completed. Jeżeli użytkownik zamierza uruchomić zadanie z poziomu wiersza poleceń (metoda zalecana, ze względu na stabilność pracy), to w pierwszej kolejności należy kliknąć prawym przyciskiem na cw1 w drzewie modelu i tym razem wybrać write input. 16

17 Wówczas w folderze roboczym zostanie zapisany plik input o nazwie identycznej jak nazwa zadania. Teraz należy otworzyć w folderze, w którym został zainstalowany Abaqus, Abaqus Command. Uruchomienie zadania o nazwie pliku input cw1 odbywa się poprzez komendę Abaqus inter j=cw1 Rozpoczęcie obliczeń odbywa się po wciśnięciu enter z klawiatury. Zakończenie obliczeń jest sygnalizowane odpowiednim komunikatem. 17

18 2.5 Rezultaty Niezależnie od metody zapoczątkowania obliczeń, w folderze roboczym tworzony jest plik o rozszerzeniu odb i nazwie zadania (pliku input) w tym przypadku cw1.odb. Otwarcie pliku odbywa się poprzez pasek menu. Należy wybrać File Open W otwartym oknie trzeba wybrać w pierwszej kolejności typ pliku File Filter: Output Database (*.odb*), a następnie cw1.odb. Po kliknięciu OK. otworzy się postprocesor programu, w którym będzie możliwe przeglądanie wyników. Widok wyjściowy rzutni przedstawia się następująco: 18

19 W pasku Menu można wybierać rezultaty do przeglądania. Program umożliwia przeglądanie wyników w formie map ustalonych zmiennych. W pierwszym menu rozwijalnym powinno być zawsze ustawione Primary. W drugim można wybierać zmienne polowe, a w trzecim odpowiednie składowe tychże zmiennych. Przykładowo, na rysunku poniżej przedstawiono mapę przemieszczeń na kierunku globalnym Y (U2) Na rysunku poniżej przedstawiono mapę naprężeń wg hipotezy H-M-H. 19

20 Prócz wyników w formie map program umożliwia przeglądanie wyników w konkretnych punktach, za pomocą narzędzia probe values w przyborniku. Po jego uaktywnieniu pojawi się następujące okno: Nazwa szukanej zmiennej Liczba wyświetlanych zmiennych Źródło danych: Węzły element Wartości przemieszczeń należy sprawdzać dla wartości węzłowych (nodes), natomiast odkształcenia i naprężenia dla elementu. Pobranie wartości węzłowej lub elementowej odbywa się poprzez najechanie kursorem myszy w obszarze rzutni na sprawdzany element. Na przykład chcąc sprawdzić wartości naprężeń normalnych w elemencie, w punktach całkowania, na górnej powierzchni części, względem osi x, globalnego układu współrzędnych należy ustawić parametry tak jak to pokazano na poniższym rysunku i najechać kursorem na sprawdzany element. 20

21 W programie możliwe jest wyświetlenie wartości maksymalnej i minimalnej w obrębie danej mapy rezultatów. Należy użyć opcji contour plot options z przybornika, która uaktywni poniższe okno. W zakładce limits można zażądać wyświetlenia ekstremalnych wartości na danej mapie. Dodatkowo wykorzystując opcję contour plot options typ wyświetlania mapy: Mapy wygładzone Mapy w formie warstwic Skalowanie wyświetlanych rezultatów w zakładce Basic można zmieniać Mapy wartości elementowych, bez wygładzania Mapy w formie warstwic przestrzennych Mapy ciągłe Mapy o określonej skali podziału 21

22 Ćwiczenie 1 Stwórz nowy krok obliczeniowy (analiza liniowa) i zdefiniuj w nim obciążenie zaprezentowane na poniższym rysunku: Wskazówki: Przed zdefiniowaniem obciążenia należy dokonać najpierw odpowiedniego podziału boku. Pamiętaj o przeliczeniu jednostek. Rozwiązanie: Po prawidłowej definicji obciążenia powinien się wyświetlić widok: 22

23 Ćwiczenie 2 W module Mesh zmień typ elementu skończonego na C3D8H, zwiększ liczbę elementów skończonych po grubości z 3 do 4 elementów. Wskazówka: C3D8H są to elementy zdefiniowane na podstawie sformułowania hybrydowego. Rozwiązanie: Po wybraniu z paska Menu: Tools -> Query, a następnie Mesh i w pasku podpowiedzi Done, w obszarze wiadomości zostanie wyświetlona informacja: Ćwiczenie 3 Po wykonaniu obliczeń dla zmodyfikowanego modelu odczytaj w drugim kroku obliczeniowym wszystkie składowe przemieszczenia w węźle zaznaczonym na poniższym rysunku Wskazówka: W tym celu skorzystaj z narzędzia Probe Values. Rozwiązanie: 23

24 Ćwiczenie 4 Wyświetl mapę minimalnych naprężeń głównych w pierwszym kroku obliczeniowym oraz maksymalną i minimalną wartość na tej mapie. Wskazówki: Naprężenie główne to po angielsku: Principal Stress Zmiana kroku obliczeniowego podczas przeglądania wyników jest możliwa między innymi za pomocą strzałek w prawym górnym rogu: Rozwiązanie: 24