POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN

Transkrypt

1 POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN Ćwiczenie nr Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Numeryczne metody analizy konstrukcji Analiza statyczna obciążonej kratownicy Szczecin 007

2 Cel ćwiczenia Celem ćwiczeń jest zapoznanie się z systemem ANSYS, z elementami dostępnymi w systemie oraz nabycie praktycznej wiedzy dotyczącej wykorzystania elementów prętowych w MES. Opis zadania Jest to kratownica, której lewa strona jest podparta na podporze stałej, natomiast prawa strona na podporze ruchomej. Kratownica jest obciążona dwoma siłami o różnych wartościach. Zadanie jest o charakterze statycznym, z analizą w granicach liniowej sprężystości materiału. Przykład ma na celu zademonstrowanie typowej procedury przy analizie konstrukcji z użyciem programu ANSYS. Wszystkie pręty mają długość m. pręt o przekroju 4 cm = m pręt o przekroju cm = m 3 pręt o przekroju cm = m 4 pręt o przekroju cm = m 5 pręt o przekroju 4 cm = m 6 pręt o przekroju 4 cm = m 7 pręt o przekroju cm = m P siła o wartości 000N P siła o wartości 000N Kątownik wykonany jest ze stali konstrukcyjnej o module Younga E=. 0 5 MPa i współczynniku Poissona ν = 0.3.

3 PREPROCESOR. Nadanie tytułu (maksymalnie 7 znaki) Utility Menu: File Change Title Wpisz nazwę: Kratownica OK by zatwierdzić i zamknąć okno Tytuł będzie wyświetlany w oknie graficznym (ANSYS Graphics) po odświeżeniu okna Utility Menu: Plot Replot. Ustawienia preferencji Okno Preferences pozwala wybrać pożądaną dziedzinę analizy (strukturalna, termiczna, mechanika płynów, elektromagnetyczna) oraz jej typ (metoda h, metoda p). Preferences Włącz analizę strukturalną OK by zatwierdzić i zamknąć okno

4 3. 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, prostopadłościan, belka, czworobok itd.), liczby węzłów, oraz to, czy jest rozpatrywany w przestrzeni dwu- czy trójwymiarowej. Do obecnej analizy (strukturalnej) zastosujemy jeden typ elementu, Link, który jest elementem: prętowym, do analizy w przestrzeni D, stopnie swobody: UX, UY w każdym węźle. Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete Dodaj typ elementu Wybierz Structural Link 3 Wybierz element prętowy -D Spar 4 OK by zatwierdzić i zamknąć okno 5 Close by zatwierdzić i zamknąć okno

5 4. Definiowanie geometrycznych cech elementu Geometryczne cechy elementu są niezbędne by w pełni opisać budowę danego elementu. Konstrukcja tylko na podstawie węzłów jest niewystarczająca. Typową cechą elementu prętowego jest jego przekrój. Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete Definiowanie cech OK by wybrać element LINK 3 Wpisz Wpisz przekrój pręta Apply by zatwierdzić cechy elementu LINK 6 Wpisz Wpisz przekrój pręta Apply by zatwierdzić cechy elementu LINK 4

6 9 Wpisz Wpisz przekrój pręta OK by zatwierdzić cechy elementu LINK Close by zamknąć okno 5. Definiowanie stałych materiałowych Stałe materiałowe opisują właściwości fizyczne materiału. Zależnie od dziedziny i typu analizy wprowadzane są odpowiednie stałe materiałowe jak: - moduł Younga, - współczynnik Poisona, - współczynnik rozszerzalności cieplnej, - współczynnik przenikania ciepła itp. Stosownie do aplikacji stałe materiałowe mogą być liniowe, nieliniowe, izo- lub ortotropiczne. Można stworzyć wiele takich zestawów stałych materiałowych odpowiadających różnym materiałom użytym w rozwiązywaniu problemu. W naszym przypadku w statycznej analizie będzie potrzebny tylko moduł Younga E i współczynnik Poisona ν. 5

7 Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic Kliknij dwukrotnie dla zatwierdzenia definiowania materiału Wpisz wartość modułu Younga EX =.e 3 Wpisz wartość współczynnika Poisona PRXY = 0.3 4,5 OK by zatwierdzić i zamknąć okno Zapisanie bazy danych By nie utracić wszystkich nastawów wykonanych dotychczas zapisujemy naszą pracę. Miejscem docelowym dla pliku powinien być katalog, w którym znajduje się program ANSYS. Utility Menu: File Save as... Save Database to Wpisz nazwę kratownica.db i kliknij OK by zatwierdzić i zamknąć okno 6

8 7. Rysowanie kratownicy Kratownicę rysuje się tworząc ją z elementów prętowych LINK. Najpierw określimy położenie węzłów, a następnie węzły połączymy elementami prętowymi. Tworzenie elementów kratownicy za pomocą węzłów: Utility Menu: Plot Ctrls Numbering 3 Włącz numerowanie węzłów (Nodes) 4 OK by zmienić nastawy, zamknąć okno i odświeżyć ekran 3 4 7

9 Preprocessor -Modeling- Create -Nodes In Active CS Wpisz nr węzła: Wpisz współrzędną X = Wpisz współrzędną Y = 0 4 Apply by stworzyć następny węzeł 5 Wpisz numer węzła: 6 Wpisz współrzędną X = 7 Wpisz współrzędną Y = 0 8 Apply by stworzyć następny węzeł W ten sam sposób utwórz 3 następne węzły (3,4,5) według rysunku poniżej: 8

10 8. Odświeżenie ekranu Utility Menu: Plot -Multi-Plots 9. Rysowanie elementów. Preprocessor -Modeling- Create Elements -Elem Attributes Ustaw (Real constant set number: - pręt o przekroju 0.000m patrz punkt 4) OK Preprocessor -Modeling- Create Elements -Auto Numbered Thru Nodes 5 Wskaż węzeł nr 6 Wskaż węzeł nr 4 UWAGA: Należy pamiętać, między którymi węzłami kratownicy będą tworzone elementy o zadanych w Real constant set number przekrojach. 7 OK. 9

11 Preprocessor -Modeling- Create -Elem Attributes 8 Ustaw (pręt o przekroju cm ) 9 OK 8 9 Preprocessor -Modeling- Create Elements -Auto Numbered Thru Nodes 0 Wskaż węzeł nr i Apply Wskaż węzeł nr i 3 3 Apply 4 Wskaż węzeł nr 4 i 5 5 OK. Preprocessor -Modeling- Create Elements -Elem Attributes 6 Ustaw 3 (pręt o przekroju 4cm ) 7 OK 6 7 Preprocessor -Modeling- Create Elements -Auto Numbered Thru Nodes 8 Wskaż węzeł nr i 4 9 Apply 0

12 0 Wskaż węzeł nr i 5 Apply Wskaż węzeł nr 5 i 3 3 OK. SOLVER SOLVER jest blokiem, w którym definiuje się obciążenia (siły skupione, momenty, obciążenia ciągłe, temperatury, prędkości płynu itp.), odbiera się stopnie swobody (utwierdzanie) i rozwiązuje zadanie. 0. Utwierdzanie kratownicy Solution Define Loads Apply -Structural- Displacement On Nodes Wybierz węzeł OK by zakończyć wybieranie 3 Wybierz All DOF (odebranie wszystkich stopni swobody pełne utwierdzenie) 4 OK. by zatwierdzić i zamknąć okno 3 4

13 Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Nodes 5 Wybierz węzeł 3 6 OK by zakończyć wybieranie 7 Wybierz UY i odznacz All DOF (zerowe przemieszczenie w kierunku osi Y) 8 OK. by zatwierdzić i zamknąć okno 7 8. Definiowanie obciążenia Solution Define Loads Apply Force/Moment On Nodes Wybierz węzeł 4 Kliknij Apply 3 Wybierz FY 4 Wpisz Kliknij OK Solution -Loads- Apply Force/Moment On Nodes Wybierz węzeł 5 Kliknij Apply 3 Wybierz FY 4 Wpisz Kliknij OK

14 . Zapisanie bazy danych Utility Menu: File Save as Jobname.db 3. Rozwiązanie zadania Solution -Solve- Current LS Ogólne informacje o zadaniu dostępne są w oknie statutowym. By zamknąć okno kliknij File Close OK by rozpocząć rozwiązywanie POSTPROCESOR W bloku POSTPROCESOR oglądamy rozwiązanie naszego zadania. Wyniki są przedstawiane w formie graficznej, w formie tabeli lub z użyciem wykresu. 4. Wczytanie rezultatów General Postproc -Read Results- First Set 5. Oglądanie wyników a) kształt kratownicy General Postproc -Plot Results- Deformed Shape... Wybierz kształt odkształcony i nieodkształcony OK by zatwierdzić i zamknąć okno 3

15 największe przemieszczenie [m] 6. Włączenie wyświetlania grubości elementów prętowych: Utility Menu: PlotCtrls>Style>Size and Shape> /ESHAPE Display of element: On 7. Animacja odkształconej konstrukcji: Utility Menu: PlotCtrls>Animate>Deformed Shape >OK 8. Siły osiowe w prętach ANSYS umożliwia tworzenie modelu MES w trybie okienkowym (jak dotychczas) lub w trybie wsadowym (pisanie komend). W przypadku sił i naprężeń w prętach wygodniej będzie utworzyć wykresy i tabele właśnie w trybie wsadowym. Komendy wpisuje się w oknie ANSYS Commnad Prompt ANSYS Command Prompt W oknie tym wpisz: ETABLE,SILY,SMISC, [Enter] a następnie wyświetl wykres sił w prętach: PLLS,SILY,SILY [Enter] 4

16 Wartości dodatnie oznaczają rozciąganie, ujemne natomiast ściskanie prętów kratownicy dokładne wartości sił w poszczególnych elementach (prętach) można odczytać z tabeli: PRETAB,SILY,SILY [Enter] 8. Naprężenia w prętach zdefiniowanie tabeli: wykres: tabela: ETABLE,NAPR,LS, PLLS,NAPR,NAPR PRETAB,NAPR,NAPR 5

17 9. Reakcje w podporach General Postproc List Results Reaction Solu OK Reakcja w podporze lewej (NODE ): Reakcja w podporze prawej (NODE 3): R Ax = 0.369E- = 0 N R Ay = 50 N R Bx = 50 N R By = 750 N 0. Wyjście z programu ANSYS Utility Menu: File Exit OK 6