Pro/MECHANICA: Structure and Thermal Analysis
Version 2001
Глава 3 - Идеализация оболочки
Упражнение 3b - Ручное создание оболочки
Цель
После завершения этого упражнения Вы будете способны:
Настраивать и запускать анализ сборки используя оболочечно-элементные идеализации
В этом упражнении Вы используете оболочечно-элементные идеализации, чтобы настроить, запустить и анализировать тонкостенную сборку, состоящую из двух швеллеров с изогнутой деталью, находящейся поверх них. Сборка показана на рисунке 3–45. Сборка должна быть рассмотрена как набор оболочек. Вы определите пары оболочек на частях деталей основания; затем, Вы перейдёте в Pro/MECHANICA через меню Assembly.
Все детали сборки должны иметь одну и ту же систему единиц.
Рисунок 3-45
Задачи Моделирования
Задание 1: Открытие детали с названием c_shape и запуск Pro/MECHANICA.
1. Откройте c_shape.prt в Pro/ENGINEER. Деталь выглядит как показано на рисунке 3-46.
Рисунок 3-46
2. Уберитесь, что выбрана система единиц mmNs.
3. Запустите Pro/MECHANICA.
Задание 2: Определение типа модели.
1. Установите тип модели на 3D.
Задание 3: Определение оболочечных элементов.
1. Выберите Idealizations > Shells > Midsurfaces > New.
2. Выберите внешнюю поверхность верхнего фланца, затем выберите внутреннюю поверхность верхнего фланца, как показано на рисунке 3-47. Выберите Done Sel.
Всегда выбирайте первой внешнюю поверхность, затем соответствующую внутреннюю поверхность. Эта последовательность делает создание оболочки более лёгким.
Рисунок 3-47
3. Повторите шаг 2 из 3-го задания для нижнего бурта и перемычки.
4. Выберите Compress > Shells only > ShowCompress чтобы убедиться, что сжатие оболочек сработало. Опция Show Both выделяет кромки средней поверхности, которая будет использоваться для создания оболочечных элементов, желтым цветом между двумя поверхностями модели. Кромки двух других поверхностей модели показаны зелёным цветом. Увеличьте вид кромок, как показано на рисунке 3-48.
Рисунок 3-48
5. Чередуйте опции Show Original и ShowCompress, чтобы убедиться в правильном выполнении вышеуказанной процедуры. Опция ShowCompress выделит среднюю поверхность жёлтым цветом, как показано на рисунке 3–49.
Рисунок 3-49
Опция ShowOriginal отображает две поверхности модели, которые будут сжаты, зелёным цветом, как показано на рисунке 3–50.
Рисунок 3-50
Задание 4: Переместите плоскость сжатия на внешнюю оболочку.
Плоскость сжатия по умолчанию - средняя плоскость.
Для того, чтобы иметь непрерывность между деталями сборки, Вам нужно перемещать плоскость сжатия этой детали на внешнюю поверхность. Зазоры в сборочной модели не позволят получить решение с помощью конечных элементов.
1. Выберите Edit из меню MIDSURFACE.
2. Выберите Pair Place, выберите пару верхнего бурта (2 пары буртов и пара перемычки) и включите опцию Red для представления внешней плоскости детали.
3. Повторите шаг 2 из 4-го задания для нижнего бурта и перемычки.
4. Выберите Done/Return.
5. Выберите Midsurfaces > Compress > Shells Only > ShowCompress, чтобы убедиться, что плоскость сжатия переместилась на внешнюю поверхность. Чередуйте опции Show Original и ShowCompress, чтобы убедиться в правильном выполнении вышеуказанной процедуры.
6. Выберите Done > Done/Return для завершения создания оболочек.
7. Сохраните деталь.
Задание 5: Определение оболочечных элементов для c_shape1.prt.
1. Вернитесь в Pro/ENGINEER и откройте c_shape1.prt.
2. Запустите Pro/MECHANICA в интегрированном режиме.
3. Определите оболочки для c_shape1.prt и переместите плоскость сжатия на внешнюю поверхность, используя шаги с 1 по 7 из задания 4.
4. Сохраните c_shape1.prt.
Задание 6: Определение оболочечных элементов для согнутой детали.
1. Откройте cap_skin.prt.
2. Запустите Pro/MECHANICA в интегрированном режиме.
3. Выберите Structure > Idealization > Shells > Midsurfaces > Auto Detect для автоматического создания оболочечных пар.
4. Выберите Compress > Shells only > ShowCompress чтобы убедиться, что сжатие оболочек сработало. Плоскость сжатия выделяется жёлтым цветом, как показано на рисунке 3–51.
Рисунок 3-51
5. Выберите Done > Done/Return для завершения создания оболочек.
6. Сохраните деталь.
Задание 7: Открытие сборке exercise_3b в Pro/ENGINEER.
1. Откройте exercise_3b.asm. Сборка выглядит как показано на рисунке 3-52.
Рисунок 3-52
Задание 8: Запуск Pro/MECHANICA в интегрированном режиме.
1. Выберите Structure.
2. Выберите Idealizations > Shells > Midsurfaces > Compress > Shells only > ShowCompress, чтобы убедиться в отсутствии зазоров между деталями.
Задание 9: Применение нагрузок.
В этой задаче, Вы приложите нагрузку давления (68.948N/mm2 = 10psi) на внутреннюю вертикальную поверхность детали cap_skin. Эта поверхность имеет площадь 567mm2 (Analysis > Measure > Area), следовательно приложенная нагрузка будет равна 39093.5 N (Сила = Давление * Площадь = 68.948N/mm2 * 567mm2).
1. Выберите Loads > New > Surface или нажмите иконку 
. Введите данные в диалоговое окно
Force/Moment, как показано на рисунке 3–53.
Рисунок 3-53
Сборка выглядит как показано на рисунке 3-54.
Рисунок 3-54
2. Выберите View > Simulation Display > Visibilities для отключения отображения нагрузок.
Задание 10: Применение ограничений.
В этой задаче Вы примените ограничения к нижней поверхности обоих перекрещивающихся компонентов, как показано на рисунке 3-55.
Рисунок 3-55
1. Из меню
Structure выберите Model > Constraints > New > Surface или нажмите иконку 
. Открывается диалоговое окно
Constraint.
2. Напечатайте [asm_const] в поле Name. Одобрите предлагаемую по умолчанию для Member of Set опцию, ConstraintSet1.
3. Выберите поверхности, показанные на рисунке 3–55, выберите Fixed для всех 6-и степеней свободы.
4. Нажмите кнопку 
. Ограничения выглядят как показано на рисунке 3-56.
Рисунок 3-56
5. Выберите Done\Return для завершения применения ограничений.
Задание 11: Применение материала.
1. Назначьте STEEL для трёх деталей сборки.
2. Включите отображение нагрузок, выбрав View > Simulation Display > Visibilities.
Задачи Анализа
Задание 12: Настройка анализа.
1. Настройте статический Quick Check анализ для проверки на наличие ошибок. Введите [asm_shell] в качестве названия анализа.
2. Проверьте обоснованность модели
Задание 13: Запуск анализа.
1. Выберите Run из меню MEC STRUCT. Открывается диалоговое окно Run, как показано на рисунке 3-57.
Файлы и каталоги Pro/MECHANICA созданы в рабочем каталоге Pro/ENGINEER Следовательно, это хорошая идея, создать новую поддиректорию для каждой модели, установить её в качестве рабочего каталога и хранить здесь файл детали.
Рисунок 3-57
Рекомендуется установить распределение RAM на половину физической памяти Вашего компьютера.
2. Нажмите кнопку 
в диалоговом окне
Run для настройки позиций для временных и выходных файлов, формат выходных файлов и распределение RAM. Когда Вы настроили изучение проекта, все временные файлы удаляются после завершения прогона, если прогон завершился корректно.
3. Нажмите кнопку 
для одобрения настроек по умолчанию и закрытия диалогового окна
Run Settings.
4. Нажмите кнопку 
для запуска анализа. Открывается диалоговое окно
Question, как показано на рисунке 3-58.
Рисунок 3-58
5. Нажмите кнопку 
в диалоговом окне
Question. Вы увидите сообщение: The design study has started. Pro/MECHANICA потребуется несколько минут на решение проблемы. После завершения прогона анализа появляется диалоговое окно
Run.
6. Нажмите кнопку 
в диалоговом окне для просмотра информации.
7. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
Summary.
8. Нажмите кнопку 
в диалоговом окне
RUN. Анализ Quick Check завершён.
Задание 14: Решение сборки с использованием опции сходимости Multi-Pass Adaptive.
1. Настройте и выполните мультипроходный адаптивный анализ сходимости. Введите [9] в поле Polynomial Order и введите процент сходимости [10] в поле Percent Convergence секции Limits. Выберите опцию Local Displacement, Local Strain Energy, and GlobalRMS Stress в секции Converge on.
Задачи по обработке результатов
Задание 15: Отображение результатов
1. Создайте и отобразите цветную диаграмму эквивалентных напряжений по гипотезе энергии формоизменения (Мизеса). Он выглядят как показано на рисунке 3-59.
Рисунок 3-59
2. Обратите внимание на максимальное напряжение Мизеса. Позже в упражнении Вы используете это значение, чтобы проверять результаты.
3. Выберите Edit > Copy или нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно, как показано на рисунке 3-60.
Рисунок 3-60
4. Напечатайте [deformation] в поле
To New Result Window. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Define Contents for Results Window "deformation".
5. Выберите Displacement из раскрывающегося меню
Quantity, включите опцию Deformed и нажмите кнопку 
для одобрения выбора.
Убедитесь, что в окне Display Result Window выбрана только опция deformation.
6. Нажмите кнопку 
. Выберите деформацию в диалоговом окне
Display Result Window, как показано на рисунке 3-61.
Рисунок 3-61
Деформация происходит как Вы ожидали?
7. Нажмите кнопку 
. Открывается окно деформации, как показано на рисунке 3-32.
Рисунок 3-62
Задание 16: Используйте предопределённые критерии, чтобы изучить сходимость.
1. Создайте следующие предопределённые в Pro/MECHANICA графики, чтобы изучать сходимость в решении:
• max_stress_vm measure against P-loop pass
• max_disp_mag measure against P-loop pass
• strain_energy measure against P-loop pass
Окно Display Result выглядит как показано на рисунке 3-63.
Рисунок 3-63
2. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Display Result Window.
3. Выберите только convm в диалоговом окне и нажмите кнопку 
для просмотра max_vm_stress. Появляется график сходимости, как показано на рисунке 3-64.
Рисунок 3-64
4. Обратите внимание, напряжение Мизеса ведет себя беспорядочно. Дело в том, что это - локальный критерий и он реагирует на локальное горячее точки напряжения.
5. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Display Result Window.
6. Выберите в диалоговом окне только condef и нажмите кнопку 
для просмотра max_disp_mag. Появляется график сходимости, как показано на рисунке 3-65.
Рисунок 3-65
7. Отобразите график сходимости strain_energy, показанный на рисунке 3–66.
Рисунок 3-66
Эти графики иллюстрируют, какое решение сходится после семи проходов.
Задание 17: Исследование меню SHOW CTL.
1. Увеличьте сечение диаграммы, используя опцию Edit Legend из меню SHOW CTL для выбора сечения.
2. Исследуйте диаграмму Мизеса, показанную на рисунке 3–67, на наивысшее напряжение.
Рисунок 3-67
Задание 18: Исследование меню Info.
В этом задании Вы будете использовать опцию Legend Value из меню Edit. Вы также изучите диаграмму напряжений Мизеса на наличие высокого напряжения.
1. Нажмите кнопку 
или выберите View > Display, выделите только window1 в
Display Result Window и нажмите кнопку 
.
2. Выберите Edit > Legend Value. В окне сообщений появляется следующее: Select a level from legend.
3. Выберите верхнюю легенду (число перед красным четырёхугольником). Открывается диалоговое окно Enter data, как показано на рисунке 3-68.
Рисунок 3-68
4. Введите [4.20e05 approximate yield strength of steel] в поле
Change level from <+8.000E+005> to:. Нажмите кнопку 
. Появляется диалоговое окно
Question.
5. Прочитайте вопрос в диалоговом окне
Question и нажмите кнопку 
. Диаграмма выглядит как показано на рисунке 3–69.
Рисунок 3-69
6. Изучите протяженность областей высокого напряжения (красные области).
7. Выберите Info > Model Max для расположения максимального напряжения Мизеса на модели.
8. Рассмотрите следующее вопросы:
• Насколько напряжения выше предела текучести?
• Каков процент области высокого напряжения (красная область) относительно толщины детали?
• Достаточен ли запас материала, чтобы предотвратить повреждение?
• Имеется ли зоны сильной напряженности, свойственные структуре?
Задание 19: Анимация диаграммы window1.
В этой задаче Вы анимируете диаграмму напряжений по Мизесу. Просмотр этой анимации позволяет Вам гарантировать, что модель деформируется правильно, в соответствии с применёнными границами, которые не могут быть очевидны.
Используйте анимацию для проверки на наличие ошибок и для проверки полученных результатов. Анимация полезна для гарантии, что Ваша модель деформируется линейно, в соответствии с приложенными нагрузками и ограничениями.
1. Нажмите кнопку 
или выберите View > Display, выделите window1 в
Display Result Window и нажмите кнопку 
.
2. Нажмите иконку 
или выберите Edit > Result Window. Открывается диалоговое окно
Define Contents for Results Window "window1". Включите опцию
Deformed, примите значение Scale по умолчанию (10%), включите опцию
Animate, примите значение Frames по умолчанию (8) и выберите
Reverse. Нажмите кнопку 
.
3. Выберите View > Start для запуска анимации. Нажимайте Step Back или Step Forward для перемещения по кадрам анимации.
4. Выберите Done/Return из меню MEC STRUCT. Нажмите кнопку 
в диалоговом окне.
Задание 20: Запуск Pro/MECHANICA в независимом режиме.
1. Выберите Indep Mec > Structure.
2. При запросе введите [Y].
3. Прочитайте информационное сообщение и нажмите кнопку 
.
4. Напечатайте [asm_shellM] в качестве названия новой модели и нажмите кнопку 
.
5. Нажмите кнопку , выберите Iso и нажмите кнопку
. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 3-70.
Рисунок 3-70
6. Выберите Model > Elements > AutoGEM.
7. Выберите Surface > All и нажмите клавишу Enter. Pro/MECHANICA начинает создавать сетку модели. Открывается диалоговое окно AutoGEM Summary, как показано на рисунке 3-71.
Рисунок 3-71
Обратите внимание, в диалоговом окне AutoGEM Summary имеется 147 Tri и 164 Quad элементов. Обратите внимание на пределы элемента в секции Criteria Satisfied.
8. Нажмите кнопку 
. Модель выглядит как показано на рисунке 3–72 (отображение нагрузок и ограничений отключено).
Рисунок 3-72
Задание 21: Опции отображения в независимом режиме Pro/MECHANICA.
В этой задаче Вы закрасите модель и исследуете видимость объектов моделирования в независимом режиме.
1. Выберите Display из опускающегося меню и выберите Settings. Открывается диалоговое окно Display Settings, как показано на рисунке 3-73.
Рисунок 3-73
2. Выберите Flat Shade из раскрывающегося меню Display Type, выберите Coarse из раскрывающегося меню Display Quality, выберите Elements из раскрывающегося меню Shade, выберите Dot раскрывающегося меню Points, включите опцию Shrink All Elements и выберите White из раскрывающегося меню Background Color.
3. Нажмите кнопку 
. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 3-74.
Рисунок 3-74
4. Выберите Display > Master Visibilities. Открывается диалоговое окно Master Visibilities, как показано на рисунке 3-75.
Рисунок 3-75
5. Познакомьтесь с этим диалоговым окном, выбирая опции и рассматривайте результаты.
6. Сохраните модель и закройте окно.