Pro/MECHANICA: Structure and Thermal Analysis
Version 2001
Глава 3 - Идеализация оболочки
Упражнение 3с - Создание оболочек и твёрдых тел
Цель
После завершения этого упражнения Вы будете способны:Настраивать и запускать анализ сборки используя оболочечно-элементные идеализации
В этом упражнении Вы будете использовать оболочечно-элементные идеализации для для анализа углового рычага, показанного на рисунке 3–76. Угловой рычаг имеет тонкие стенки (5мм). Деталь может быть проанализирована с использованием твердотельных элементов; тем не менее, более эффективно моделировать любые тонкостенные конструктивные элементы с использованием оболочечных элементов.
Оболочечные элементы могут резко уменьшить количеству элементов в модели и время вычисления.
Рисунок 3-76
Задачи Моделирования
Задание 1: Открытие детали с названием bell_crank in Pro/ENGINEER и запуск Pro/MECHANICA.
1. Откройте файл bell_crank.prt. Деталь показана на рисунке 3-77.
Рисунок 3-77
2. Уберитесь, что система единиц установлена на mmNs.
3. Запустите Pro/MECHANICA Structure.
Задание 2: Определение типа модели.
1. Установите тип модели на 3D.
Задание 3: Определение оболочечных элементов.
Команда Auto Detect в данный момент на работает. Эта команда будет работать только если рычаг был бы сконструирован с использованием опций Shell или Rib из меню SOLID в Pro/ENGINEER или опции Thin из меню SOLID OPTS.
1. Выберите Structure > Idealization > Shells > Midsurfaces > New.
2. Выберите наружную поверхность одной из вертикальных стенок короткого рычага, вберите соответствующую внутреннюю поверхность (не забудьте выбрать обе поверхности) и выберите из меню Done Sel.
Всегда выбирайте первой внешнюю поверхность, затем соответствующую внутреннюю поверхность.
3. Повторите шаг 2 из задачи 3 для другой вертикальной стенки длинного рычага.
4. Выберите средние поверхности короткого рычага для пары. Обратите внимание, средние поверхности длинного и короткого рычагов были созданы в том же самом конструктивном элементе и спарены одновременно.
5. Выберите Compress > Shells only > ShowCompress чтобы убедиться, что сжатие оболочек сработало. Опция Show Paired высвечивает кромки средней поверхности (желтым цветом), которые будут использованы для создания оболочечных элементов, как показано на рисунке 3-78.
Рисунок 3-78
Чередуйте опции Show Original > ShowCompress и Show Both чтобы убедиться в правильном выполнении вышеуказанной процедуры.
6. Выберите Shells and Solid, чтобы видеть поверхности сжатия (зеленые), средние поверхности (желтые) и твердотельные конструктивные элементы, как показано на рисунке 3-79.
Рисунок 3-79
7. Выберите Done/Return из меню IDEALIZATION.
Задание 4: Применение нагрузок.
Для определения направления сохраните модель и вернитесь в Pro/ENGINEER.
В этой задаче Вы примените нагрузку опор к отверстию на конце короткого плеча углового рычага. Нагрузка опоры имеет равнодействующее усилие в определенном направлении (в этом случае по умолчанию, направление Z). Нагрузка опоры приложена по нормали к поверхности отверстия при неоднородном распределении. В действительности вал, вставленный в отверстии, должен бы оказать поперечную нагрузку на отверстие.
1. Нарисуйте две базовые плоскости на базовой плоскости TOP в качестве плоскости эскиза с использованием RIGHT в качестве ссылки. Нарисуйте одну базовую точку в центре отверстия короткого рычага, другую разместите с показанной на рисунке 3-80 размерной схемой. Эти точки определят направление нагрузки опор.
Рисунок 3-80
2. Выберите Done из меню DTM PNT MODE. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 3-81.
Рисунок 3-81
3. Выберите Structure > Model > Loads > New > Bearing или нажмите иконку 
. Открывается диалоговое окно
Bearing Load, как показано на рисунке 3-82.
Рисунок 3-82
4. Напечатайте [b_load] в поле Name.
5. Нажмите кнопку
Hole(s) 
в
секции Bearing Hole и выберите отверстие на коротком плече рычага. Выберите Done Sel.
6. Выберите Dir Points & Mag из раскрывающегося меню Force. Открывается диалоговое окно Bearing Load, как показано на рисунке 3-83.
Рисунок 3-83
7. В секции
Direction нажмите кнопку From 
и выберите PNT0. Нажмите кнопку
To и выберите PNT1 для определения вектора нагрузки опор.
8. Введите [1000] в поле Mag.
9. Нажмите кнопку 
, чтобы видеть
распределение нагрузки опоры, как показано на рисунке 3–84.
Рисунок 3-84
10. Нажмите кнопку 
и выберите Done/Return для завершения выбора нагрузок. Нагрузка опоры выглядит как показано на рисунке 3-85.
Рисунок 3-85
Задание 5: Применение ограничений.
В этой задаче, Вы ограничите перемещение втулок в центре и на конце более длинного плеча рычага. Вы ограничите каждую поверхность отверстия против радиального и осевого перемещения, но допустите вращение относительно оси отверстия. Это может быть сделано посредством создания цилиндрической системы координат в центе каждого отверстия.
1. Выберите Features из меню STRC MODEL.
2. Выберите Coord System > Create > 3 Planes > Cylindrical > Done.
3. Для центральной втулки выберите базовые плоскости TOP, RIGHT и FRONT в качестве требуемых плоскостей.
4. Расположите ось Z так, чтобы она была направлена вверх, а ось Theta = 0 параллельной оси X по умолчанию. Новая система координат названа CS0.
5. Создайте другую систему координат (CS1) на отверстии длинного плеча рычага. Используйте опцию 3 Plane с использование базовой плоскости TOP и двух Make Datum плоскостей (проходящих через ось отверстия и параллельных RIGHT и FRONT). Как и описано выше, ось Z направлена вверх, а Theta = 0 будет параллельна оси X.
6. Выберите Done/Return для завершения создания систем координат.
7. Выберите Constraints > Create > Surface или нажмите иконку 
.
Ограничения вращения не будут иметь эффект на этих поверхностях, поскольку они будут использованы для твердотельных элементов.
8. В диалоговом окне Constraints напечатайте [hole1] в поле Name.
9. Выберите поверхности центрального отверстия, выберите CS0 в качестве ссылочной системы координат (используйте опцию Select By Menu, если CS0 затруднительно выбрать) и, для перемещения, выберите R = Fixed, Theta = FREE и Z = Fixed. Оставьте все вращения фиксированными.
10. Нажмите кнопку 
.
11. Выберите Create > Surface или нажмите иконку .
12. В диалоговом окне Constraints напечатайте [hole2] в поле Name. Ограничением Member of Set является ConstraintSet1.
13. Выберите поверхности отверстия на длинном плече, выберите CS1 в качестве ссылочной системы координат и, для перемещения, выберите R = Fixed, Theta = FREE и Z = Fixed.
14. Нажмите кнопку . Модель теперь выглядит как показано на рисунке 3-86.
Рисунок 3-86
15. Нажмите кнопку для завершения назначения ограничений.
Задание 6: Применение материала.
1. Нажмите STEEL детали bell_crank.
Задачи Анализа
Задание 7: Настройка анализа.
1. Настройте Quick Check анализ для проверки на наличие ошибок. Введите [crank_bell] в качестве названия анализа.
2. Проверьте обоснованность модели
Задание 8: Запуск анализа.
Если AutoGEM не в состоянии создать полную установку элементов для вашей модели, нажмите кнопку
, для открытия формы данных Run Diagnostics, чтобы Вы моли просмотреть предупреждения и ошибки. Программное обеспечение выделяет геометрию, связанную с каждой ошибкой и устанавливает маркер на каждом случае неисправности сетки.
1. Выберите Run из меню MEC STRUCT. Открывается диалоговое окно Run, как показано на рисунке 3-87.
Рисунок 3-87
Файлы и каталоги Pro/MECHANICA созданы в рабочем каталоге Pro/ENGINEER. Следовательно, это хорошая идея, создать новую поддиректорию для каждой модели, сделать её Вашим рабочим каталогом и хранить здесь файл детали.
2. Нажмите кнопку 
в диалоговом окне
Run для настройки позиций для временных и выходных файлов, формат выходных файлов и распределение RAM.
3. Нажмите кнопку 
для одобрения настроек по умолчанию и выхода из диалогового окна
Run Settings.
4. Нажмите кнопку 
для запуска анализа. Открывается диалоговое окно
Question, как показано на рисунке 3-88.
Рисунок 3-88
5. Нажмите кнопку 
в диалоговом окне
Question. В окне появляется сообщение: The design study has started. Pro/MECHANICA потребуется несколько минут на решение проблемы.
Файл системного журнала содержит резюме части AutoGEM прогона, Pro/MECHANICA также пишет в этот файл статус AutoGEM и сообщения об ошибке.
6. Нажмите кнопку 
, чтобы видеть регистрационный файл в течение и после прогона.
7. Нажмите кнопку 
в диалоговом окне
RUN. Анализ Quick Check завершён.
Задание 9: Решение модели 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.
В окне появляется сообщение: The design study has started. Pro/MECHANICA потребуется от 20 до 60 минут на решение проблемы, в зависимости от Вашего CPU.
2. Нажмите кнопку 
в диалоговом окне
Run для просмотра информации, как Pro/MECHANICA решает проблему.
3.Когда снизу итогового поля появляется сообщение: Run Completed, прокрутите содержимое этого поля для просмотра информации (например, Pro/MECHANICA произвела 39 оболочечных и 252 твердотельных элемента, сходимость не была получена, поскольку был достигнут максимальный полиномиальный порядок - 9 и т.п.). Разместите RMS Stress Error Estimates, как показано на рисунке 3–89.
Рисунок 3-89
Поскольку сходимость не была получена в этом MPA анализе, можно предположить, что результаты имели низкую точность. Ваши результаты могут отличаться от приведённых в этом руководстве. Хотя диаграммы результатов могут быть созданы, они не должны использоваться как инженерные данные. Методы достижения сходимости включают дальнейшее упрощение модели (через идеализации или удалением второстепенных конструктивных элементов), улучшением сетки или модификацией граничных условий.
4. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
Summary.
5. После завершения прогона нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
RUN.
Задачи по обработке результатов
Задание 10: Отображение результатов
1. Создайте и отобразите цветную диаграмму эквивалентных напряжений по гипотезе энергии формоизменения (Мизеса). Она выглядят как показано на рисунке 3-90.
Рисунок 3-90
Имеется ли зоны сильной напряженности?
2. Определите место максимального напряжение Мизеса. Эта позиция рассматривается позже.
Задание 11: Создание окна деформации и анимация модели.
1. Создайте и анимируйте диаграмму смещения для crank_bell. Понаблюдайте ограничения для гарантии, что центральная втулка и втулка длинного плеча рычага вращаются вокруг своих осей, но не перемещаются в осевом или радиальном направлениях. Откроется окно деформации, как показано на рисунке 3-91.
Рисунок 3-91
2. Выберите Done/Return из меню SHOW CTL. Открывается диалоговое окно Result Window.
Задание 12: Используйте предопределённые критерии, чтобы изучить сходимость.
1. Создайте следующие предопределённые в Pro/MECHANICA диаграммы, 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
Открывается диалоговое окно Display Result Window, как показано на рисунке 3-92.
Рисунок 3-92
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 3-93.
Рисунок 3-93
Эквивалентные напряжения по гипотезе энергии формоизменения (Мизеса) - локальный критерий; поэтому, он ведет себя беспорядочно в этой области высокого напряжения (реентерабельный угол).
4.
Нажмите иконку 
. Открывается диалоговое окно
Display Result Window.
5. Выберите в диалоговом окне только condef и нажмите кнопку 
для просмотра max_disp_mag. Появляется график сходимости, как показано на рисунке 3-94.
Рисунок 3-94
6.
Нажмите иконку 
. Открывается диалоговое окно
Display Result Window.
7. Выберите только constr в диалоговом окне и нажмите кнопку 
для просмотра strain_energy. Появляется график сходимости, как показано на рисунке 3-95.
Рисунок 3-95
В независимой режиме Pro/MECHANICA Вы можете исключать эти элементы, в то время как сходимость на остальной части модели проверена.
Эти диаграммы показывают, что решение не сходится. Это указывает, что на пересечении твердотельных элементов втулки короткого плеча рычага и оболочечных элементов короткого плеча рычага имеется сингулярность (расположение максимального напряжения Мизеса).
8. Сохраните модель и закройте окно.