ÚVOD DO ANSYSU - NOSNÍK (ANSYS 7.1 a vyšší)

Zadání

Vymodelujte vetknutý nosník dle obrázku , uložte, zatěžte silou a vyřešte. Prohlédněte a zobrazte výsledky.

Analýza

Jedná se o typický rovinný ohyb nosníku - krakorce. Úloha bude řešena jako rovinná, v módu rovinná napjatost.

Spuštění ANSYSu

  1. Po spuštění základního menu (Ansys Launcher) Ansysu příkazem pomocí ikony na ploše v učebnách 405b, 404 a 209 (nebo příkazem "/ansys_inc/v100/ansys/bin/launcher" na serveru el) se objeví základní menu, ve kterém zvolíme parametry (pracovní adresář a jméno ...) úlohy a spustíme vlastní ANSYS.
  2. Položkou menu "File->Jobname" můžeme změnit jméno úlohy, viz obr. 3
  3. Položkou "File->Title" nastavíme titulek úlohy, který se bude vypisovat v grafickém okně, viz obr. 4.

Tvorba geometrického modelu


  1. Pomocí "Main Menu->Preprocesor->Modeling->Create->Keypoints->In active CS" zadáme keypointy 1-4, viz obr 5.
  2. Číslování keypointů a lain lze zapnout pomocí "Utility Menu->PlotCtrls->Numbering...".
  3. Prostřednictvím "Main Menu->Preprocesor->Modeling->Create->Lines->Lines->Straight Line" vygenerujeme lainy 1-4, obr. 7.
  4. Pomocí "Main Menu->Preprocesor->Modeling->Create->Areas->Arbitrary->By Lines" vytvoříme plochu ohraničenou lainami 1-4, obr. 8 a obr. 9.

Vytváření konečněprvkového modelu

Vytvoření tabulek elementů a materiálů pro daný model.

  1. Vytvoření tabulky elementových typů relevantních v dané úloze ("Main Menu->Preprocesor->Element Types->Add") obr. 10.
    Poznámka: Termín "Typ elementu" má význam skutečného typu z knihovny elementů ANSYSu. Rozlišuje například nosník - BEAM-10 od třírozměrného kontinuálního elementu - SOLID-95. Elementovým typem se rozumí návěští - label v tabulce, které pro danou konkrétní úlohu definuje elementy v ní použité. Ke každému elementovému typu v dané úloze je jednoznačně přiřazen typ elementu pro danou úlohu. Například v naší úloze bude elementový typ 1 definován jako typ elementu PLANE 82.
  2. Zadání voleb (Options), které upřesňují vlastnosti zvolených elementových typů. V naší úloze se volí dvojdimensionální kontinuální elementy pro rovinnou napjatost s definovanou tloušťkou (plane stress with thickness). ("Main Menu->Preprocesor->Element Types->Add/Edit/Delete->Options") obr. 11.
    Poznámka: Options jsou svázány s daným elementovým typem a možnosti výběru se liší podle typu elementu.
  3. Vytvoření tabulky reálných konstant ("Main Menu->Preprocesor->Real Constants->Add"). obr. 12.
    (Poznámka: Reálné konstanty jsou data, která se dostávají do úlohy prostřednictvím elementů. Geometrie třírozměrného elementu je např. popsána polohou jeho uzlů, ale u 2D elementu chybí tloušťka. Ta se v ANSYSu nedostane do úlohy prostřednictvím uzlů -jako např. tloušťka v uzlu - ale jako reálná konstanta. Sada reálných konstant je definována pro celý elementový typ. Má - li tedy např. rovinná úloha mít dvě části o různé tloušťce, je nutno vytvořit dva elementové typy s tímtéž typem elementu SOLID-82 a s různými sadami reálných konstant.).
  4. Zadání materiálu. Materiál je identifikován jednoznačným návěštím-číslem materiálu. Typ materiálového modelu (elastický lineární isotropní - Hookeovský, elastický neisotropní - kompozity a další) materiálu, který se bude zadávat nebo editovat, se nastaví v ("Main Menu->Preprocesor->Material Properties->MaterialModels". Vybereme typ "Isotropic" a nastavíme v tabulce číslo materiálu na 1 a klikneme na "OK". V tabulce materiálových konstant (obr. 13) zadáme hodnotu Youngova modulu pružnosti ("Young's modulus - EX") na 210000 MPa a Poissonova poměru ("Poisson's ratio (minor) - NUXY") na 0,3. obr. 14.

Generování sítě:

  1. Atributy sítě. Vyvoláme formulář "Main Menu->Preprocesor->Meshing->Mesh Attributes->Default Attribs" a nastavíme elementový typ ("Element type number") na 1 PLANE 82, číslo materiálu ("Materiál number") na 1 a sadu reálných konstant ("Real constants set number") na 1 (viz obr. 15).
    Poznámka: Generátor sítě generuje síť MKP do stanovených geometrických entit (ploch, objemů). Nejjednodušším způsobem, jak předepsat elementový typ, reálné konstanty a materiál pro generované sítě je přepínač default atributů. Právě nastavené atributy budou použity při generování sítě do všech entit, u nichž nejsou předepsány jiným způsobem.
  2. Nastavení preference tvaru elementu se provádí pomocí "MeshTool", které se volá "Main Menu->Preprocesor->Meshing->MeshTool".V naší úloze nastavíme upřednostnění čtyřúhelníků volbou "Shape - Quad"
    Poznámka: U rovinných (2D) a prostorových (3D) elementů může mít daný typ elementu různé topologické modifikace. Např. typ SOLID-82 může být buď osmiuzlový čtyřúhelník nebo šestiuzlový trojúhelník. Prostorový SOLID-95 může být šestistěn, pětistěn typu 'dort', pětistěn typu 'pyramida' nebo čtyřstěn. Nastavení preference tvaru umožní upřednostnit některou modifikaci vůči ostatním nebo přímo vynucení jisté modifikace.
  3. Nastavení velikosti elementů. Využijeme metodu nastavení velikosti hran elementů na obrysových čarách síťované plochy - v "MeshTool " zvolíme "Size Controls - Line - Set". Po této volbě jsme vyzváni k výběru lines (obr. 17). Zvolíme nejprve dvě delší strany obdélníka a pro ně ve formuláři obr. 18 dělení na 30 elementů a poté pro kratší strany dělení na elementy tři.
  4. Vlastní síťování v ANSYSu lze v zásadě rozdělit do dvou kategorií: V této úloze užijeme mapovanou síť. V MeshTool vybereme geometrickou entitu, kterou chceme síťovat "Mesh : Areas", volbu pro mapovanou síť nastavíme pomocí "Mesher : Map", nastavíme požadavek na čtyřúhelníkové elementy "Shape : Quad" a nastavíme "3/4 sides. Stiskneme tlačítko "MESH". Vybereme plochu obdélníka a necháme vysíťovat obr19,obr. 20.

Uložení a zatížení konečněprvkového modelu

  1. Uložení (kinematické okrajové podmínky) se definuje pro jednotlivé uzly, ale je možno ho zadávat i na geometrické entity - keypointy, odkud jsou při řešení automaticky přeneseny do uzlů. Volbou "Main Menu->Solution->Define Loads->Apply->Structural->Displacement->On Keypoints" dostaneme mód pro výběr keypointů, vybereme keypointy 'x = 0' obr. 21 a po kliknutí "OK" dostaneme formulář pro výběr směrů, ve kterých se má pohyblivost zastavit (obr. 22). Vybereme všechny stupně volnosti "ALL DOF" a přepneme tlačítko pro expanzi "KEXPND" na "Yes". Tlačítko pro expanzi má ten význam, že se definované okrajové podmínky přenesou nejen do uzlů, které jsou asociovány k vybraným keypointům, ale pokud jsou libovolné dva keypointy se zapnutým "KEXPND" propojeny jedinou čarou, která je součástí hranice síťované oblasti (tzn. jsou k ní asociovány uzly), přenesou se i na všechny tyto asociované uzly. V našem případě jsme tedy uložili všechny uzly mezi dvěma vybranými keypointy (k přenosu ovšem dojde až během řešení).
  2. Zatížení (silové okrajové podmínky) se mohou definovat do uzlů jako síly [N], ale principielně též na stěny nebo hrany elementů jako silové intenzity [N/m], [N/m^2], [N/m^3]. Podobně jako kinematické, lze i silové okrajové podmínky zadávat na geometrické entity. My budeme zatěžovat volný konec nosníku silou Fy = -100N (znaménko souvisí s orientací síly proti smyslu osy 'y'). Primárně budeme sílu aplikovat na horní keypoint pomocí volby "Main Menu->Solution->Define Loads->Apply->Structural->Force/Moment-> On Keypoints" (viz obr. 23, obr. 24).

Vlastní výpočet

V případě lineární úlohy s jediným zatěžovacím případem (Load State) spočívá spuštění výpočtu ve volbě "Main Menu->solution->Solve->Current LS" (viz obr. 25).

Zobrazení a zpracování výsledků - postprocessing

  1. Prvním krokem po otevření "Main Menu->General Postprocesor" je načtení výsledků (soubor Jobname.rst). Pokud jsme v průběhu řešení nezměnili jméno úlohy (Jobname), stačí kliknout na "Main Menu->General Postprocesor->Read Results->First set" - obr. 26.
  2. Tvar konstrukce (modelu) po deformaci se zobrazí volbou "Main Menu->General Postprocesor->Plot Results->Deformed Shape", přičemž můžeme volit různé způsoby zobrazení nedeformované a deformované sítě - obr. 27.
  3. Průběhy složek polí posuvu (napjatosti, deformace) na modelu lze zobrazit volbou "Main Menu->General Postprocesor->Plot Results->Contour Plot->Nodal Solution" a výběrem příslušné veličiny a složky - obr. 28 .
  4. Je-li třeba zobrazit podrobněji část konstrukce (zooming) užije se volba "Utility Menu->PlotCtrls->Pan-zoom-rotate" k otevření okna s funkcemi pro ovládání zobrazení ( obr. 29). Toto okno může být přesunuto mimo kreslicí plochu a zůstat trvale otevřeno. Po stisku tlačítka "Box zoom" se změní kursor v grafickém okně do tvaru 'lupy' a umožní 'táhnout' zoomovací obdélník z místa kliknutí levým tlačítkem myši za současného držení tohoto tlačítka až do bodu, kde je toto tlačítko uvolněno obr. 30. Po 'replotu' "Utility Menu->Plot->Replot" se zobrazí předchozí obrázek ve zvoleném zoomu obr. 31. Překreslení plného obrázku dosáhneme kliknutím na tlačítko "Fit" v okně "Pan-Zoom-Rotate".

Vaše připomínky a návrhy nám prosím zasílejte na níže uvedenou e-mail adresu
Autor: Miroslav Španiel, Tomáš Mareš
Editor: Miroslav Španiel
Správce WWW: Pavel Štěrba.
Kontakt: miroslav.spaniel@fs.cvut.cz
Poslední změna 8.10.2006