MES we współczesnych obliczeniach inżynierskich

Transkrypt

1 MES we współczesnych obliczeniach inżynierskich Mechanika i Budowa Maszyn wykład 1 Motywacja współczesne narzędzie obliczeniowe inżyniera liczne pakiety dostępne na rynku (ANSYS, ABAQUS, ROBOT, ADINA, DIANA, ANKA, FEAP, NASTRAN... działanie jako czarna skrzynka bogate narzędzia (graficzne) do pre- i postprocesingu 1

2 Korzyści rozwiązywanie złożonych problemów zwolnienie projektanta z problemów rachunkowych rezygnacja z licznych uproszczeń łatwość uwzględnienia wielu wariantów obciążeń, ukształtowania, połączeń możliwości dokładniejszego opisu materiału... ABAQUS Tutorials na youtube statyka- rama 3D z dwuteowników statyka belka 3D kontakt 2

3 ABAQUS ABAQUS jest pakietem programów służących do rozwiązywania skomplikowanych problemów inżynierskich. ABAQUS jest powszechnie używany na świecie w przemyśle maszynowym i samochodowym, hutniczym i wydobywczym, stoczniowym i lotniczym, wszędzie tam, gdzie konieczna jest rzetelna ocena wytrzymałościowa elementów maszyn lub konstrukcji inżynierskich. ABAQUS powstał i jest rozwijany przez amerykańską firmę Hibbitt, Karlsson & Sorensen. To co wyróżnia ABAQUS spośród innych programów, to jego modularna budowa. Architektura programu oparta jest na koncepcji bibliotek. Pozwoliło to na stworzenie możliwości łączenia dowolnych ich elementów. Użytkownik może tworzyć dowolne kombinacje elementów skończonych, materiałów, procedur analizy i sekwencji obciążeń. Biblioteka elementów skończonych pozwala na modelowanie dowolnie skomplikowanych geometrii układów i zawiera sprawdzone w praktyce i przetestowane elementy skończone. Biblioteka modeli materiałów pozwala na modelowanie izotropowych i anizotropowych metali w procesach adiabatycznych i izotermicznych, dla małych i dużych prędkości odkształceń, dla skończonych deformacji. Biblioteka materiałów zawiera także modele przeznaczone do analizy gum, plastyków, kompozytów, zbrojonych betonów, pianek i materiałów geotechnicznych takich jak grunty czy skały. Biblioteka procedur analizy oferuje możliwości analizy stanu naprężeń, odkształceń i przemieszczeń dowolnie nieliniowych procesów i również ustalonego i nieustalonego przepływu ciepła, transportu masy, analizy akustyczne i piezoelektryczne. Analizy te mogą być przeprowadzone niezależnie, sekwencyjnie lub jako całkowicie sprzężone z analizą naprężeń. Przykłady zastosowań pokazano w podręczniku - ABAQUS Example Problems Manual. Licencja systemu ABAQUS w ACK CYFRONET AGH obejmuje następujące moduły: ABAQUS/Standard - program metody elementów skończonych ogólnego przeznaczenia, zawiera wszystkie procedury analizy oprócz całkowania nieliniowych równań ruchu metodą jawną. ABAQUS/Explicit - program elementów skończonych specjalnego przeznaczenia do rozwiązywania zagadnień dynamicznych (dla procesów bardzo szybkich, jak obciążenia uderzeniowe), przy użyciu metody jawnej całkowania równań ruchu. ABAQUS/CAE - interakcyjny pre- i postprocesor Abaqus jest pakietem programów metody elementów skończonych przeznaczonym do analizy złożonych zagadnień inżynierskich. Abaqus jest rozwijany od ponad 20 lat przez amerykańską firmę Abaqus, Inc. Podstawą pakietu są dwa moduły analizy: Abaqus/Standard - program metody elementów skończonych ogólnego przeznaczenia Abaqus/Explicit - program metody elementów skończonych do symulacji zjawisk o charakterze dynamicznym Te dwa wzajemnie uzupełniające się i w dużym stopniu zintegrowane programy pozwalają na przeprowadzanie praktycznie dowolnych symulacji zagadnień inżynierskich, poczynając od prostych problemów liniowych a kończąc na, stanowiących czasami prawdziwe wyzwanie, bardzo skomplikowanych, nieliniowych symulacjach. Abaqus zawiera bogatą bibliotekę elementów skończonych, które pozwalają na modelowanie praktycznie dowolnej geometrii. Równie rozbudowana jest lista możliwych do zastosowania modeli materiałów, dających szansę opisu zachowania nie tylko typowych materiałów stosowanych w praktyce inżynierskiej, ale i tych niestandardowych jak beton, skała, grunt, plastiki, guma, drewno... 3

4 Academics SIMULIA offers Abaqus academic editions specifically designed to fill the broad spectrum of requirements demanded by today s engineering educators. These editions have been developed to provide students with increasing challenges as their education progresses, providing them with highly marketable skills when they graduate. Research Our flagship academic program, Abaqus Research Edition affords researchers the same functionality that is employed commercially worldwide. Teaching Empower your students with Abaqus Teaching Edition. Classroom licenses allow 20 or more students to have simultaneous access to Abaqus. Student Abaqus Student Edition is the perfect personal finite element analysis tool for students. MSC Nastran MSC Nastran is a powerful general purpose finite element analysis solution for small to complex assemblies. A proven and standard tool in the field of structural analysis for over four decades, Nastran provides a wide range of modeling and analysis capabilities, including linear statics, displacement, strain, stress, vibration, heat transfer and more. What's more, Nastran can handle any material type from plastic and metal to composites and hyperelastic materials. Add new modules as you grow Because MSC Nastran is actually a family of tightly integrated analysis modules, you can purchase exactly what you need. You can start with a basic configuration that allows you to perform linear and buckling analysis. Later, you can add additional MSC Nastran modules for heat transfer, dynamics, spot welding, aeroelasticity, and nonlinear analysis. Modules such as MSC Nastran Design Optimization and Topology Optimization and DMAP (a toolkit for creating custom solutions that work with proprietary applications) speed work by enabling you to customize analysis routines. 4

5 Work within a completely integrated environment MSC Nastran is closely linked with the pre-processor postprocessor Patran. A wide range of third-party CAD programs also offer direct interfaces to MSC Nastran, giving you a completely integrated modeling and simulation environment to work within. MSC Nastran Applications You can use MSC Nastran to determine the following: Strength, durability and vibration assessment of various structures such as aircrafts, car, trucks, or a train Structural dynamic response simulation of loads that vary with time or frequency Modal based analyses and NVH solutions of large systems such as in automotive and aerospace vehicle systems Simulation of interior acoustics for sound pressure inside a bounded domain Static and transient analysis of structures involving material and geometric nonlinear behavior and nonlinear boundary condition Advanced heat transfer analysis with contact including conduction, convection and radiation to understand the effect of temperature fluctuations in consumer electronic devices such as television or cell phone. Automated thermal followed by structural analysis Analysis of structures with rotating components Include the effects of aeroelasticity on structures Combined topology, sizing and shape optimization of structures with manufacturing constraints ADINA R & D, Inc. was founded in 1986 by Dr. K. J. Bathe and associates. The exclusive mission of the company is the development of the ADINA System for the analysis of solids, structures, fluids and fluid flow with structural interactions The ADINA System offers a one-system program for comprehensive finite element analyses of structures, fluids, and fluid flows with structural interactions. With the ADINA System, there is no need to use one finite element program for linear static and dynamic structural analysis, another program for nonlinear structural analysis, and yet another finite volume based program for fluid flow analysis. Furthermore, the ADINA System is the leading program for fully coupled analysis of fluid flow with structural interactions (multiphysics). 5

6 ANSYS - pakiet MES do rozwiązywania zagadnień inżynierskich ANSYS jest wiodącym na świecie pakietem do obliczeń MES umożliwiającym kompleksową symulację w każdej niemal dziedzinie nauki i przemysłu. Łatwość obsługi programu i komfortowy interfejs graficzny umożliwia nawet niedoświadczonemu użytkownikowi dokonywanie pierwszych analiz po krótkim wprowadzeniu. ANSYS składa się z wielu narzędzi. Umożliwia to optymalne dobieranie wymaganych opcji do własnych potrzeb. Stosowanie metody elementów skończonych (MES) przynosi już po krótkim czasie korzyści znacznie przewyższające poniesione koszty. Możliwe staje się projektowanie optymalnych pod wieloma względami konstrukcji (np. o minimalnym ciężarze, energooszczędnych itd.) drastycznie maleje liczba kosztownych prototypów, skrócony jest znacznie czas wprowadzania produktu na rynek. Database i Pliki Określenie ANSYS database odnosi się do danych, które ANSYS przetwarza w pamięci podczas budowania, rozwiązywania i postprocessingu modelu. database zawiera zarówno dane wprowadzane przez użytkownika jak i wyniki analizy: Dane wejściowe informacja konieczna do wprowadzenia jak wymiary modelu, właściwości materiału, dane obciążeniowe. Dane wynikowe wielkości policzone przez ANSYS takie jak przemieszczenia, naprężenia, odkształcenia, reakcje. 6

7 Save i Resume database istnieje w RAM, więc dobrze jest często zachowywać ją na dysku (save) aby potem odtworzyć na wypadek np. awarii. Operacja SAVE zapisuje dane na plik database file (db file). Toolbar > SAVE_DB lub: Utility Menu > File > Save as Jobname.db Utility Menu > File > Save as SAVE command Operacja RESUME Toolbar > RESUME_DB lub: Utility Menu > File > Resume Jobname.db Utility Menu > File > Resume from RESUME command Podpowiedzi: ANSYS nie zachowuje niczego automatycznie. Należy okresowo wykonywać SAVE w czasie pracy. Koniecznie należy zachować model przed wykonaniem nieznanych operacji (jak Boolean lub meshing) lub operacji wprowadzających duże zmiany (jak np. delete). RESUME może być wtedy użyte jako undo. SAVE jest też zalecane przed solve. 7

8 Pliki ANSYS zapisuje i odczytuje kilka plików o nazwach typu jobname.ext Jobname Nazwa wybierana na starcie, do 32 znaków, domyślniefile Może być zmieniona komendą /FILNAME albo Utility Menu --> File --> Change Jobname Ext Identyfikuje zawartość (.db dla database) Zwykle zadane przez ANSYS, może być zdefiniowane komendą /ASSIGN Typowe pliki: jobname.log: plik logowania, ASCII zawiera każdą komendę wydaną w czasie sesji jest appendowany przy starcie nowej sesji z tą samą nazwą jobname.err: plik błędów, ASCII zawiera błędy i ostrzeżenia spotkane w czasie sesji; też jest appendowany jobname.db,.dbb: bazy danych, binaria kompatybilne dla wszystkich platform jobname.rst,.rth,.rmg,.rfl: wyniki, binaria zawierają rezultaty solution kompatybilne dla wszystkich platform 8

9 Query results narzędzie do inspekcji wyników Query results narzędzie do inspekcji wyników 9

10 Path operations prezentacja wyników wzdłuż ścieżki Path operations 1a) Define Path (By Nodes) 10

11 Path operations 1b) Define Path (By Nodes) Path operations 2) Map onto Path 11

12 Path operations 3a) Plot Path Item (On Graph) Path operations 3b) Plot Path Item (On Geometry) 12

13 Naprężenia HMH na przekroju w zakresie sprężystym M=20000[Nm] 13

14 Przedstawienie naprężeń za pomocą 128-kolorowej mapy W tym celu: 1. PlotCtrls ->Device options -> Z listy Use extra colors for wybieramy : Contours WIN32C 2. Wpisujemy komendę: /contour,,128,, 1, 14