Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Numeryczne metody analizy konstrukcji

Transkrypt

1 POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN Ćwiczenie nr 7 Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Numeryczne metody analizy konstrukcji Analiza statyczna obciążonego kątownika Szczecin 2007

2 Opis zadania Modelowanym przedmiotem jest kątownik, którego lewy otwór jest przytwierdzony (przyspawany), natomiast prawa połowa dolnego otworu jest obciążona ciśnieniem o trapezowym rozkładzie. Zadanie jest o charakterze statycznym, z analizą w granicach liniowej sprężystości materiału. Przykład ma na celu zademonstrowanie wykorzystania elementów tarczowych przy analizie konstrukcji z użyciem programu ANSYS. y x Kątownik wykonany jest ze stali konstrukcyjnej o module Younga E = i współczynniku Poisona ν = MPa 1

3 PREPROCESOR 1. Definiowanie typu elementu i opcji W każdej dziedzinie analizy należy określić typ elementu (wybrać z biblioteki elementów) stosownie do danej analizy. Każdy element jest określony przez stopnie swobody (przemieszczenia, obroty, temperatury itp.), charakterystyczny kształt (linia, kostka, belka, czworobok itd.), liczby węzłów oraz to, czy jest rozpatrywany w przestrzeni dwu- czy trójwymiarowej. Do obecnej analizy (strukturalnej) zastosujemy jeden typ elementu, PLANE 42, który jest elementem: do analizy w przestrzeni 2D, czworobocznym, czterowęzłowym, stopnie swobody: UX, UY. Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete 1 Dodaj typ elementu 2 Wybierz Structural Solid 3 Wybierz element czterowęzłowy, czworoboczny Quad 4node (PLANE 42) 4 OK by zatwierdzić i zamknąć okno Definiowanie opcji elementu PLANE 42 6 Wybierz Plane stress with thickness 7 OK by zatwierdzić i zamknąć okno 8 Close 7 6 2

4 2. Definiowanie geometrycznych cech elementu Geometryczne cechy elementu są niezbędne by w pełni opisać budowę danego elementu. Konstrukcja tylko na podstawie węzłów jest niewystarczająca. Typowymi cechami są grubość elementu (thickness), grubość powłoki (dla elementów powłokowych) i właściwości przekroju poprzecznego (dla elementów prętowych i belkowych). Preprocessor>Real Constants>Add/Edit/Delete>Add>OK Wpisz Thickness THK: 5 OK>Close 3. Definiowanie stałych materiałowych Preprocessor>Material Props>Material Models>Structural> Linear>Elastic>Isotropic Wpisz EX: 2.1e5 PRXY: 0.27 OK 4. Rysowanie kątownika Istnieje kilka sposobów kreowania modelu geometrycznego. Pierwszym krokiem będzie dostrzeżenie w kątowniku połączenia prostokątów, okręgów i łuku. Konstrukcje te mogą być definiowane przez powierzchnie, linie i punkty bazowe. Początek globalnego układu współrzędnych będzie się znajdował w środku lewego górnego otworu jak na rysunku. Utwórz zgodnie z wymiarami podanymi na 1 stronie dwa prostokąty: Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By 2 Corners i dwa koła: Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>Solid Circle 3

5 łączenie powierzchni Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Areas>Pick All zaokrąglenie linii Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Line Fillet wybierz linie do zaokrąglenia: Wpisz promień zaokrąglenia: RAD Fillet radius: 4 OK tworzenie powierzchni z linii Utility Menu: Plot>Lines Powiększ fragment zaokrąglenia (prawy klawisz myszy) Utwórz z linii powierzchnię: Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>By Lines wybierz trzy linie, z których utworzona zostanie powierzchnia>ok Utility Menu: Plot>Areas łączenie powierzchni Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Areas>Pick All 4

6 wycinanie otworów utwórz dwa koła wg rysunku na str. 1 i odejmij je od kątownika: Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>Solid Circle Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Areas 5. Tworzenie siatki elementów skończonych Kreowanie siatki to jeden z najważniejszych etapów rozwiązywania problemu. Użytkownik ma do dyspozycji szeroki wachlarz opcji generacji siatki. Na tym etapie wykorzystamy jednak automatyczne tworzenie siatki elementów: Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free 5

7 SOLUTION 6. Utwierdzanie kątownika Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Lines wybierz cztery linie wewnątrz lewego górnego otworu>ok. 7. Definiowanie obciążenia Prawy dolny otwór (jak każdy okrąg) jest zdefiniowany przez 4 łuki. Zmienne liniowo obciążenie ciągłe zaaplikujemy zatem na dwóch prawych liniach tworzących otwór: Solution>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On Lines wybierz prawą dolną linię wewnątrz prawego otworu: >OK> Wybierz prawą górną linię wewnątrz prawego otworu: >OK> 8. Rozwiązanie problemu Solution>-Solve>Current LS 6

8 POSTPROCESSOR 9. Weryfikacja poprawności zdefiniowanego obciążenia ciągłego (ciśnienia) na linii Utility Menu: Plot Ctrls>Symbols Po sprawdzeniu należy wyłączyć wyświetlanie skali dla ciśnienia: Utility Menu: Plot Ctrls>Symbols 7

9 10. Wyniki obliczeń a) deformacja kątownika General Postproc>Plot Results>Deformed Shape...>Def shape only b) przemieszczenia w kierunku osi x General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu>DOF Solution> X-Component of displacement>ok 8

10 c) lista reakcji w podporze General Postproc>List Results>Reaction Solu>OK suma reakcji w podporze (w lewym otworze) w kierunku osi x jest równa składowej Fx wypadkowej od ciśnienia przyłożonego do prawego otworu suma reakcji w podporze (w lewym otworze) w kierunku osi y jest równa składowej Fy wypadkowej od ciśnienia przyłożonego do prawego otworu d) naprężenia zredukowane General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu>Stress>von Mises stress>ok 11. Wykonaj analizę dokładności obliczeń (omawia prowadzący zajęcia) 12. Zakończ pracę z programem ANSYS 9