Pro/MECHANICA: Structure and Thermal Analysis
Version 2001
Глава 4 - Типы модели
Упражнение 4a - Анализ Плоского напряженного состояния
Цель После завершения этого упражнения Вы будете способны:
Задавать тип plane stress модели
Настраивать анализ плоского напряженного состояния
Выполнять анализ плоского напряженного состояния
В этом упражнении Вы будете использовать идеализации типа модели плоского напряженного состояния для настройки, прогона и анализа тонкой (20мм) пластины, показанной на рисунке 4–11. Хотя деталь и может может быть проанализирована с использованием 3D типа модели, задача может быть выражена 2D геометрией, что уменьшит время вычисления, уменьшая количество элементов в модели.
Используйте модель плоского напряженного состояния, когда модель очень тонка в одном измерении по сравнению с двумя другими.
Рисунок 4-11
Помните, симметрия требует симметричной геометрии, ограничений, нагрузок и материалов.
Вы используете в своих интересах симметрию и создадите горизонтальное вырез, чтобы удалить нижнюю половину пластины. Вы будете анализировать пластину, показанную на рисунке 4–12.
Рисунок 4-12
Задачи Моделирования
Задание 1: Открытие детали с названием thin_plate и запуск Pro/MECHANICA.
1. Откройте файл thin_plate.prt. Деталь показана на рисунке 4-13.
Рисунок 4-13
2. Убедитесь, что выбрана система единиц mmNs.
3. Запустите Pro/MECHANICA. Деталь выглядит как показано на рисунке 4-14.
Рисунок 4-14
Задание 2: Создание системы координат.
Все объекты модели плоского напряженного состояния должны находиться на плоскости XY системы координат. Вы используете переднюю поверхность пластины для определения 2D геометрии. Следовательно, Вы создадите систему координат на передней поверхности.
1. Выберите Model > Features > Coord System > Create > 3 Planes > Cartesian > Done.
2. Выберите переднюю поверхность, TOP и RIGHT в качестве трёх необходимых плоскостей.
3. Определите направления X и Y, как показано на рисунке 4–15.
Рисунок 4-15
4. Выберите Done/Return.
Задание 3: Определение типа модели.
1. Установите Plane Stress тип модели.
2. Нажмите кнопку 
.
3. Выделите переднюю поверхность пластины и выберите Done Sel. Грань выделяется фиолетовым цветом.
4. Нажмите кнопку 
.
5. Выберите предопределённую CSO.
6. Нажмите кнопку 
. Появляется диалоговое окно
Confirmation, как показано на рисунке 4–16. Это диалоговое окно позволяет Вам определить, что тип модели изменён (тип модели по умолчанию - твёрдотельная 3D).
Рисунок 4-16
7. Нажмите кнопку 
для завершения выбора типа модели.
Задание 4: Применение нагрузок.
Вы приложите равномерно распределенную общую нагрузку в 100N (22.481lb) в направлении X к короткой кромке пластины, как показано на рисунке 4–17.
Рисунок 4-17
1. Выберите Loads > New > Edge/Curve или нажмите иконку 
. Открывается диалоговое окно
Force/Moment, как показано на рисунке 4–18.
Опции первого раскрывающегося меню в секции Distribution: Total Load, Function PerUnit Length и Total Load At Point. Опции второго раскрывающегося меню: Uniform, Function of Coordinates и Interpolated Over Entity.
Рисунок 4-18
2. Напечатайте [endload] в поле Name.
3. Одобрите предлагаемую по умолчанию опцию для Member of Set.
4. Нажмите кнопку 
и выберите короткую кромку, как показано на рисунке 4–17. Выберите Done Sel. Нагрузка связана с предопределенной CS0. Введите [100] в поле
X.
5. Нажмите кнопку 
для предварительного просмотра приложенной равномерно распределённой нагрузки.
6. Нажмите кнопку 
.
7. Используйте опцию Simulation Display, чтобы направить стрелки нагрузки от модели. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 4–19.
Рисунок 4-19
8. Выберите Done/Return.
Задание 5: Применение ограничений.
Так как Вы используете в своих интересах симметрию, Вы должны тщательно думать об ограничениях и как они приложены к модели. Сначала фиксируйте длинную кромку модели.
1. Выберите Constraints > New > Edge/Curve
или нажмите иконку 
. Открывается диалоговое окно
Constraint для плоского напряженного состояния, как показано на рисунке 4–20.
Рисунок 4-20
Модель Pro/MECHANICA имеет 2D геометрию.
2. Напечатайте [fix_edge] в поле Name.
3. Одобрите предлагаемую по умолчанию опцию для Member of Set.
4. Выберите длинную кромку модели, как показано на рисунке 4–19, и выберите Done Sel. Ограничения связаны с предопределенной CS0, как ссылочной системой координат. Оставьте значения для X-перемещения Fixed и Free для Y-перемещения этой кромки.
5. Нажмите кнопку 
. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 4-21.
Рисунок 4-21
Задание 6: Применение симметричных ограничений.
Для редактирования и удаления набора ограничений выберите Constraint Sets.
1. Выберите Constraints > New > Edge/Curve или нажмите иконку 
. Открывается диалоговое окно
Constraints.
2. Введите [symedge] в поле Name диалогового окна Constraints.
3. Одобрите предлагаемую по умолчанию опцию для Member of Set.
4. Выберите нижнюю кромку модели на плоскости симметрии, как показано на рисунке 4-21, и выберите Done Sel.
Модель должна свободно растягиваться в направлении X, но быть фиксирована в направлении Y, чтобы избежать разделения вдоль плоскости симметрии.
5. Выберите Free для перемещения по X и Fixed для перемещения по Y.
6. Нажмите кнопку 
. Ограничения выглядят как показано на рисунке 4-22.
Рисунок 4-22
7. Выберите Done/Return для завершения приложения ограничений.
Задание 7: Применение типа материала.
Для 2D моделей плоского напряженного состояния Pro/MECHANICA не принимает толщину пластины.
1. Выберите Model > Idealizations > Shells > New или нажмите иконку 
. Открывается диалоговое окно
Shell Definition, как показано на рисунке 4-23.
Рисунок 4-23
2. Напечатайте [thick2] в поле Name.
3. Нажмите кнопку 
и выберите переднюю поверхность пластины. Выберите Done Sel.
4. Введите [2] в поле Thickness.
5. Нажмите кнопку 
и выберите
AL2014 из библиотеки материалов в секции Material.
6. Нажмите кнопку 
и выберите Done/Return для завершения выбора материала.
Задачи Анализа
Задание 8: Настройка анализа.
1. Настройте Quick Check анализ для проверки на наличие ошибок. Напечатайте [plate_stress] в качестве названия анализа.
2. Проверьте обоснованность модели
Задание 9: Запуск анализа.
1. Выберите Run. Открывается диалоговое окно Run.
2. Выберите Settings в диалоговом окне Run для настройки позиций для временных и выходных файлов, формат выходных файлов и распределение RAM.
3. Нажмите кнопку 
и запустите анализ. Ниже графического окна появляется сообщение:
The design study has started. Pro/MECHANICA потребуется несколько минут на решение проблемы.
Файл системного журнала содержит резюме части прогона AutoGEM, Pro/MECHANICA также пишет в этот файл статус AutoGEM и сообщения об ошибке.
4. Нажмите кнопку 
, чтобы видеть регистрационный файл в течение и после прогона и нажмите кнопку 
, когда прогон завершён.
5. Нажмите кнопку 
в диалоговом окне
RUN. Анализ Quick Check завершён без ошибок.
Задание 10: Настройка и выполнение мультипроходного адаптивного анализа.
В этой задаче, в которой Вы прогоните модель через решающее устройство, повышается порядок проблемных элементов при каждом прогоне. Прогоны продолжаются до решения сходимости или до достижения максимального порядка многочлена (по умолчанию - 6, максимум - 9).
1. Выберите Analysis.
2. Нажмите кнопку 
в диалоговом окне
Analysis. Появляется диалоговое окно Static Analysis Definition.
3. Выберите Multi-Pass Adaptive из раскрывающегося меню Method.
4. Введите [5] в поле Limits и [9] в поле Polynomial Order. Выберите опцию Load Displacement, Local Strain Energy andGlobal RMS Stress.
5. Нажмите кнопку 
. Нажмите кнопку 
для завершения настройки анализа.
6. Выберите Run. Открывается диалоговое окно Run Settings.
7. Нажмите кнопку 
.
8. Включите опцию Use elements from existing study.
9. Нажмите кнопку 
для одобрения выбора.
10. Нажмите кнопку 
для запуска анализа.
11. Нажмите кнопку 
в диалоговом окне
Question.
12. Нажмите кнопку в диалоговом окне
Question обнаружения ошибки. В окне появляется
сообщение: The design study has started.
13. Нажмите кнопку 
в диалоговом окне
Run для просмотра информации, как Pro/MECHANICA решает проблему.
14. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна
Summary, когда прогон завершён.
15. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна
Run.
Задачи по обработке результатов
Задание 11: Отображение результатов
Создайте и отобразите цветную диаграмму деформаций напряжения Мизеса и установите критерии для напряжения Мизеса, деформации и потенциальной энергии деформации для изучения сходимости.
1. Диаграмма эквивалентных напряжений по гипотезе энергии формоизменения (Мизеса) показана на рисунке 4–24. Обратите внимание на максимальное напряжение Мизеса используя опции Info и View Max.
Рисунок 4-24
Задание 12: Создание окна деформации.
1. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Copy Result Window "window1".
2. Напечатайте [deformation] в поле
To New Result Window. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Define Contents for Result Window "deformation".
3. Выберите Displacement в поле Quantity.
4. Выберите опцию Deformed.
5. Введите [20%] в поле Scale.
6. Нажмите кнопку .
7. Выберите только deformation в окне Display Result Window.
8. Нажмите кнопку 
. Деформация выглядит как показано на рисунке 4-25.
Рисунок 4-25
Исследуйте деформацию вдоль длинной кромки (оси симметрии). Это только направление X. Анимируйте диаграмму, чтобы видеть это отклонение.
Задание 13: Использование сходимости с использованием предопределённых критериев.
1. Создайте следующие предопределённые в Pro/MECHANICA диаграммы критериев, 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
2. Появляется диаграмма сходимости max_stress_vm, как показано на рисунке 4–26.
Рисунок 4-26
3. Появляется диаграмма сходимости max_disp_mag, как показано на рисунке 4–27.
Рисунок 4-27
4. Появляется диаграмма сходимости strain_energy, как показано на рисунке 4–29.
Потенциальная энергия деформации возрастает к установившемуся состоянию и сходится на шестом проходе.
Рисунок 4-28
5. Выберите Done/Return из меню MEC STRUCT.
Задание 14: Запуск Pro/MECHANICA в независимом режиме.
Сетка Pro/MECHANICA генерируется автоматически. К сожалению Вы не можете видеть её в интегрированном режиме. Вы исследуете сетку FEA в независимом режиме.
1. Выберите Indep Mec > Structure.
2. При запросе введите [Y].
3. Нажмите кнопку 
.
4. Напечатайте [exercise_4aM] в качестве названия новой модели и нажмите кнопку 
.
5. Нажмите кнопку 
.
6. Выберите Iso. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 4-29.
Рисунок 4-29
7. Нажмите кнопку 
.
8. Выберите Model > Elements > AutoGEM.
9. Выберите Surface > All и нажмите клавишу Enter. Pro/MECHANICA начинает создавать сетку модели. Открывается диалоговое окно AutoGEM Summary. Обратите внимание, в диалоговом окне AutoGEM Summary указано 6 Tri и 4Quad элементов. Обратите внимание на пределы элемента в секции Criteria Satisfied.
10. Нажмите кнопку 
. Закрасьте модель используя опцию Settings из раскрывающегося меню
Display. Отключите отображение нагрузок, ограничений и систем координат с помощью опции Master Visibilities из раскрывающегося меню
Display. Модель выглядит как показано на рисунке 4-30 (отображение нагрузок и ограничений отключено).
Рисунок 4-30
11. Сохраните модель и закройте окно.