Pro/MECHANICA: Structure and Thermal Analysis
Version 2001
Глава 4 - Типы модели
Цель
В этой главе рассматривается:Опции Model Types
3D типы модели
Plane Stress тип модели
Plane Strain тип модели
2D Axisymmetric тип модели
Ограничения и Общие Шаги
Назначение толщины и свойств материала
Идеализации упрощают проект, ускоряя в результате выполнение FEA.
Различные типы модели используются при различных ситуациях анализа. Выбор типа модели является первым шагом в выполнении Конечно-Элементного Анализа (FEA). Это важная мера, поскольку тип модели, который Вы выберите, влияет на период времени, который потребуется на выполнение анализа. Выбор правильного типа модели может уменьшить время, затраченное на выполнение операции.
Для выбора правильного типа модели в Pro/MECHANICA, выберите Structural > Model > Model Type. Появляется диалоговое окно Model Type, как показано на рисунке 4–1.
3D тип модели используется для трехмерного анализа. Типы модели Plane Stress, Plane Strain 2D Axisymmetric - идеализации 3D геометрии.
Рисунок 4-1
Pro/MECHANICA может анализировать следующие типы модели:
• 3D
• Plane Stress
• Plane Strain
• 2D Axisymmetric
4.1 Тип модели - 3D
Опцией по умолчанию в диалоговом окне Model Types является 3D. От пользовательской перспективы, это самый легкий тип FEA для выполнения, потому что Вы не должны создавать объекты моделирования или геометрию. В самом простом случае, пользователь мог бы создать граничные условия, назначать свойства материала, определить анализ и запустить его.
Тем не менее, 3D не подходят для всех ситуаций. В то время как Pro/MECHANICA автоматически создаёт сетку модели, создаётся сетка 3D модели из тетраэдров. Тетраэдрические сетки могут содержать слишком много узлов для типа модели, которую Вы анализируете, как результат - более длительное время вычисления и больший предел погрешности.
4.2 2D идеализации 3D геометрии
Идеализации могут помочь упростить модель и понизить время на выполнение анализа. Например, вместо использования для анализа сложной 3D модели, Вы, возможно, сможете преобразовать модель к 2D геометрии. 2D геометрия извлечена из 3D модели и решение основано на использовании других типов элементов (например, плоское напряженное состояние и геометрия деформации плоскости могут быть проанализированы на плоской поверхности).
Для всех задач, основанных на 2D геометрии, должны быть продуманы следующие ограничения и дополнительные пункты:
• Все поверхности, определяющие геометрию для FEA модели, должен быть копланарными.
• Геометрия должна быть привязана к декартовой системе координат, которая должна быть создана в Pro/MECHANICA.
• Все объекты для модели должны находиться на плоскости XY системы координат. Это включает всю геометрию модели, ограничения и нагрузки.
• Для осесимметричных моделей, модель должна быть в положительном направлении по оси Х системы координат.
• Для Plane stress и 2D Axisymmetric моделей, толщина не берётся из детали Pro/ENGINEER, а должна быть назначена.
Для всех задач, основанных на 2D геометрии, используются одни и те же начальные шаги. Это следующие шаги:
Для создания пользовательской системы координат используйте опцию Coord System из меню SIMULAT FEATS.
1. Выберите тип модели.
2. Выберите геометрию.
3. Выберите систему координат.
1. Выбор типа модели
Выберите Model Type из меню STRC MODEL. Выберите тип модели, который Вы желаете использовать.
2. Выбор геометрии
Поскольку Вы используете идеализированную 2D версию 3D модели, Вы должны выбрать планарные поверхности, которые нужно использоваться в 2D модели. Нажмите кнопку 
и выберите планарные поверхности, которые нужно использовать в 2D модели.
3. Выбор системы координат
Система координат используется Pro/MECHANICA в качестве ссылки для геометрии. Нажмите кнопку 
и выберите систему координат по умолчанию или созданную Вами. После выбора системы координат и геометрии, нажмите кнопку 
для завершения.
Пример идеализированной 2D версии 3D модели показан на рисунке 4-2.
Рисунок 4-2
4.3 Plane Stress тип модели
Тип модели напряжения плоскости используется когда Вам нужно анализировать модель, которая очень тонкая в одном измерении, по сравнению с другими двумя измерениями. Примером этого типа модели является тонкая пластина, показанная на рисунке 4-3.
Рисунок 4-3
Для моделей напряжения плоскости, подобным модели показанной на рисунке 4-3, нормальное напряжение (перпендикулярно к пластине), принято равными нулю. Нормальные напряжения в X и Y направлениях находятся на плоскости модели. Поскольку мы выполним анализ только на плоскости модели, может быть использован 2D Plane Stress тип модели.
4.4 Plane Strain тип модели
Задача деформации плоскости, в которой геометрия определена 2D формой на плоскости XY, а нормаль деформации к ней принята равной нулю. Это обычно происходит на тонких длинных объектах с постоянным поперечным сечением и исключительно поперечными нагрузками. Пример этого - длинная трубка теплообменника, показанная на рисунке 4-4. Теплообменник состоит из внутренней трубки и внешнего кожуха с ребрами.
Рисунок 4-4
Заметьте, что нормаль напряжения к 2D форме не является нулевой.
Геометрия определена 2D формой на плоскости XY, как показано на рисунке 4-5. Напряжение, нормальное к этой 2D форме, принято равным нулю.
Рисунок 4-5
4.5 2D Axisymmetric тип модели
Осесимметричный тип модели используется когда форма модели определена 2D сечением, повёрнутым вокруг оси Y. Сечение не обязательно должно включать ось, но не может пересекать её. Используйте осесимметричные модели для анализирования труб, валов, колёс, шкивов и других деталей, полученных вращением.
Вы можете использовать 2D твердотельные и оболочечными типы элементов с осесимметричными моделями. Оба типа элементов определены на единственной планарной поверхности, пересекаемой осью симметрии. Различие между объектами для этих типов элементов показано на рисунке 4-6. Для модели справа следует использовать твердотельные элементы, определенные на поверхности сечения.
На модели слева следует использовать оболочечные элементы, которые отслеживают форму поперечного сечения тонкой стенки. В любом случае, должны быть определены только двумерные формы поперечного сечения. Для осесимметричной оболочки Вы не должны делать твердотельную деталь, только базовые кривые.
Рисунок 4-6
Двумерные примеры деталей показаны на рисунке 4-7.
Рисунок 4-7
4.6 Свойства материала и толщина
Выбор материальных свойств и толщины для плоского напряженного состояния и осесимметричного типа моделей отличается от выбора для 3D и деформации плоскости моделей. Чтобы выбрать тип материала для 3D и деформации плоскости типов моделей используйте шаги, описанные в главе 2.
В плоском напряженном состоянии и осесимметричных анализах тип материала и толщина могут быть определены только после того, как выполнены первые четыре стандартные шага (описаны в разделе 4.2).
После завершения четырёх начальных шагов используйте следующее шаги, чтобы определить толщину и свойства материала для плоского напряженного состояния и осесимметричных анализов:
1. Выберите Idealizations > Shells > New или нажмите иконку 
. Открывается диалоговое окно
Shell Definition, как показано на рисунке 4-8.
Рисунок 4-8
Опции меню Shell Definitions описаны в таблице 4-1.
Таблица 4-1
|
Опция |
Описание |
|
Name |
Это поле содержит название определения оболочки. Вы можете напечатать название или использовать предлагаемое по умолчанию.
|
|
Surface(s) |
Нажмите кнопку для выбора поверхности оболочки. Выберите Done Sel после завершения выбора поверхностей.
|
|
Type |
Выберите Simple или Advanced из раскрывающегося меню Type. Простая оболочка имеет постоянную толщину. Усовершенствованные оболочки имеют переменную толщину.
|
|
Thickness |
Введите толщину материала в это поле.
|
|
Material |
Выберите тип материала из раскрывающегося меню. Если тип материала, который Вы хотите использовать, не доступен, нажмите кнопку
|
и выберите тип материала в диалоговом окне
Materials.
2. Нажмите кнопку 
, после того как Вы определите тип материала и толщину, завершите анализ, как описано в главе 2.
4.7 Поверхностные регионы
Поверхностные регионы создаются в Pro/MECHANICA, чтобы позволить Вам применить объекты моделирования к части поверхности. Создание поверхностных регионов полезное в следующих ситуациях:
• Должны быть проанализированы специфические контактные регионы между гранями или поверхностями модели.
• К модели должны примениться композиционные материалы.
• Нагрузки или ограничения должны быть приложены к специфическим областям модели.
• Оптимизация сетки желательна в специфической области модели.
Например, поверхностные регионы требуются для теплообменника, показанного на рисунке 4-9, потому что внутренний кожух и внешние ребра модели имеют различные свойства материала.
Рисунок 4-9
Поверхностные регионы, созданные в Pro/MECHANICA, будут удалены, когда Вы возвращаетесь в Pro/ENGINEER.
Прежде чем Вы сможете создать поверхностные регионы, нужно определить границы поверхностного региона. Границы могут быть созданы в Pro/ENGINEER в качестве базовых кривых или могут быть созданы в Pro/MECHANICA в качестве имитационных конструктивных элементов выбором Surf Region > Create > Sketch из меню SIMULAT FEATS, показанного на рисунке 4–10.
Рисунок 4-10
Как эмпирическое правило, поверхностные регионы должны быть созданы прежде, чем Вы определите материалы, нагрузите и ограничите модель.
Опции меню SIM FEAT OPER описаны в таблице 4-2.
Таблица 4-2
|
Опция |
Описание |
|
Create |
Эта опция позволяет создавать поверхностные регионы.
|
|
Modify |
Эта опция позволяет модифицировать поверхностные регионы.
|
|
Redefine |
Эта опция позволяет переопределять поверхностные регионы.
|
|
Reroute |
Эта опция позволяет изменять порядок поверхностных регионов.
|
|
Name |
Эта опция позволяет присваивать поверхностным регионам названия.
|
|
Delete |
Эта опция позволяет удалять поверхностные регионы.
|
|
Show All |
Эта опция позволяет отобразить все поверхностные регионы модели.
|
|
Show By Surf |
Эта опция позволяет отобразить поверхностные регионы на выбранных поверхностях.
|
|
Sketch |
Эта опция позволяет создать границы поверхностного региона с помощью эскиза.
|
|
Select |
Эта опция позволяет выбрать определённые пользователем границы для поверхностного региона.
|