Pro/MECHANICA: Structure and Thermal Analysis
Version 2001
Глава 4 - Типы модели
Упражнение 4c - 2D осесимметричный анализ
Цель
После завершения этого упражнения Вы будете способны:
Анализировать модель с использованием 2D осесимметричного типа моделиЗадавать 2D осесимметричный тип модели
Настраивать 2D осесимметричный анализ
Это упражнение демонстрирует, как модель FEA может отличиться от модели Pro/ENGINEER в решении проблемы, не теряя при этом точности.
В этом упражнении Вы будете использовать 2D осесимметричный тип идеализации модели, чтобы настроить, управлять и анализировать деталь центрифуги, показанную на рисунке 4-56. Толщина стенки является очень маленькой по сравнению с остальными размерами; поэтому могут использоваться оболочечные 2D элементы.
Рисунок 4-56
Для осесимметричных 2D моделей все координаты должны быть положительны в направлении X.
Деталь центрифуги образована вращением сечения вокруг оси Y. Повёрнутое сечение показано на рисунке 4–57. Сечение не может пересекать ось Y.
Рисунок 4-57
Базовые кривые должны быть созданы в положительных направлениях плоскости XY.
Для осесимметричной оболочки твердотельная деталь необязательна. Вы можете создать базовые кривые, чтобы представить стенки на виде сечения модели. Чтобы облегчить эту задачу, используйте в своих интересах симметрию. FEA модель показана на рисунке 4–58.
Рисунок 4-58
Имитационные конструктивные элементы появляются только в Pro/MECHANICA.
Позже Вы добавите сечение распорки, как имитационный конструктивный элемент Pro/MECHANICA.
Задачи Моделирования
Задание 1: Открытие детали с названием centri_curve и запуск Pro/MECHANICA.
1. Откройте файл centri_curve.prt. Деталь показана на рисунке 4-13.
Рисунок 4-59
2. Убедитесь, что выбрана система единиц mmNs.
3. Запустите Pro/MECHANICA. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 4-60.
Рисунок 4-60
Задание 2: Определение типа модели.
1. Выберите Model > Model Type. Появляется диалоговое окно Model Type, как показано на рисунке 4-61.
Рисунок 4-61
2. Выберите опцию 2D Axisymmetric. Две кнопки в нижней части диалогового окна становятся доступными.
3. Нажмите кнопку 
и выберите базовые кривые. Кривые выделяются по мере их выбора. Выберите Done Sel. Кривые выделяются фиолетовым цветом.
4. Нажмите кнопку 
и выберите PRT_CSYS_DEF в качестве системы координат по умолчанию.
5. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Confirmation, как показано на рисунке 4-62.
Это диалоговое окно сообщает Вам, что тип модели изменился.
Рисунок 4-62
6. Нажмите кнопку 
для завершения определения типа модели.
Задание 3: Применение нагрузок.
Нагрузка детали является следствием высокоскоростного вращения (50об/сек, что равно 314рад/сек) относительно оси симметрии. В этой задаче Вы приложите центробежную нагрузку к модели, чтобы имитировать эту нагрузку.
1. Выберите Loads > New > Centrifugal или нажмите иконку 
. Открывается диалоговое окно
Centrifugal Load, как показано на рисунке 4-63.
Рисунок 4-63
2. Напечатайте [centriload] в поле Name.
3. Одобрите предлагаемую по умолчанию опцию, LoadSet1 из Member of Set.
314рад/сек = 50об/сек
4. Введите [314] в поле Mag. Обычно на 3D моделях Вы можете определить ось вращения? задавая векторное направление двумя точками. Другие области диалогового окна серого цвета, потому что для осесимметричной модели осью вращения всегда является ось Y.
5. Нажмите кнопку 
, чтобы видеть
приложенную нагрузку в модели, представленную вектором с началом (0,0,0), как показано на рисунке 4-64.
Рисунок 4-64
6. Нажмите кнопку 
и выберите Done/Return для завершения приложения нагрузок к твёрдотельной модели.
Задание 4: Применение ограничений к точке PNT2.
Так как Вы используете симметрию, Вы должны ограничить вертикальную кромку модели во всех направлениях и ограничить PNT0 так, чтобы она могло двигаться только в направление X, как показано на рисунке 4-65.
Рисунок 4-65
1. Создайте PNT0, используя опцию Datum Point из меню SIMULAT FEATS.
2. Выберите Constraints > New > Point или нажмите иконку 
.
3. Открывается диалоговое окно Constraint, как показано на рисунке 4-66.
Рисунок 4-66
4. Напечатайте [PNT2] в поле Name.
5. Одобрите предлагаемую по умолчанию опцию, ConstraintSet1 из Member of Set.
6. Нажмите кнопку
Point 
и выберите PNT2. Выберите Done Sel.
7. Обратите внимание, системой координат является PRT_CSYS_DEF.
8. Нажмите кнопку 
для свободного
X-translation.
9. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 4-67.
Рисунок 4-67
Задание 5: Применение вертикальных ограничений для кромок.
1. Выберите Create > Edge/Curve. Открывается диалоговое окно Constraint.
2. Напечатайте [vert] в поле Name.
3. Одобрите предлагаемую по умолчанию опцию, ConstraintSet1 из Member of Set.
4. Нажмите кнопку 
и выберите вертикальную кромку, как показано на рисунке 4–65. Выберите Done Sel.
5. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 4-68.
Рисунок 4-68
6. Выберите Done/Return для завершения приложения ограничений.
Задание 6: Применение материала.
В этой задаче Вы определите толщину оболочки и материал.
1. Выберите Model > Idealizations > Shells > New или нажмите иконку 
. Открывается диалоговое окно
Shell Definition, как показано на рисунке 4-23.
Рисунок 4-69
2. Напечатайте [5mm] в поле Name.
3. Нажмите кнопку 
и выберите кромки с толщиной 5мм, как показано на рисунке 4-70. Выберите Done Sel.
Рисунок 4-70
Другая опция раскрывающегося меню Type - Advanced, с которой свойства могут изменяться через толщину оболочки.
4. Выберите Simple из раскрывающегося меню Type. Свойства останутся постоянными по толщине оболочки.
5. Введите [5] в поле Thickness.
6. Назначьте AL2014 для модели.
7. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна.
8. Выберите New или нажмите иконку 
. Открывается диалоговое окно
Shell Definition.
9. Напечатайте [8mm] в поле Name.
10. Нажмите кнопку
edge(s) 
и выберите кривые с
толщиной 8мм. Выберите Done Sel.
11. Выберите Simple из раскрывающегося меню Type.
12. Введите [8] в поле Thickness. Материал AL2014 уже назначен для модели.
13. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна.
14. Выберите Done/Return для завершения определения материала.
Задачи Анализа
Задание 7: Настройка анализа.
1. Настройте Quick Check анализ для проверки на наличие ошибок. Напечатайте [centri_curve] в качестве названия анализа.
2. Проверьте обоснованность модели.
Задание 8: Запуск анализа.
1. Выберите Run из меню MEC STRUCT. Открывается диалоговое окно Run, как показано на рисунке 4-71.
Нажмите иконку
когда у Вас имеется несколько проектных исследований, чтобы работать последовательно. Pro/MECHANICA помещает все прогоны в файл с названием mecbatch.bat (по умолчанию).
Чтобы запустить Ваши исследования, выйдите из Pro/MECHANICA и введите mecbatch.bat в командную строку.
Рисунок 4-71
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 закрытия диалогового окна
Run Settings.
4. Нажмите кнопку 
для запуска анализа.
5. Нажмите кнопку 
в диалоговом окне
Question. В окне появляется сообщение: The design study has started. Pro/MECHANICA потребуется несколько минут на решение проблемы.
6. Проверьте диалоговое окно Summary на наличие ошибок и предупреждений.
7. После завершения прогона нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
RUN. Анализ Quick Check завершён без ошибок.
Задание 9: Решение модели с использованием опции сходимости Multi-Pass Adaptive.
1. Настройте и выполните мультипроходный адаптивный анализ.
2. Введите [9] в поле Polynomial Order и введите [5] 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 10: Отображение результатов
Вы создадите и отобразите цветную диаграмму эквивалентных напряжений по гипотезе энергии формоизменения (Мизеса) и отклонения для X и Y. Вы также анимируете эти графики, чтобы видеть эффект центробежной нагрузки на модель.
1. Создайте и отобразите цветную диаграмму эквивалентных напряжений по гипотезе энергии формоизменения (Мизеса). Диаграмма эквивалентных напряжений по гипотезе энергии формоизменения (Мизеса) показана на рисунке 4-72.
Рисунок 4-72
Максимум напряжения Мизеса - 11MPa, в секции легенды окна диаграммы. Определите место максимального напряжение Мизеса.
2.
Нажмите иконку 
. Открывается диалоговое окно
Define Contents for Results Window "window1".
3. Выберите опцию
Deformed and Animate и нажмите кнопку 
.
4. Нажимайте иконки 
и 
для
прокрутки кадров анимации. Последний кадр показан на рисунке 4-73.
Рисунок 4-73
Задание 11: Создание окна отклонения для X и Y отклонений.
1. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Copy Result Window "window1".
2. Напечатайте [def_x] в поле
To New Result Window. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Define Contents for Results Window "def_x".
3. Выберите Displacement из раскрывающегося меню
Quantity и выберите Component из раскрывающегося меню Quantity. Включите опцию
X и нажмите кнопку 
для выбора WCS. Введите [10%] в поле
Scale, включите опцию Animate и нажмите кнопку 
.
4. Выделите def_x в окне
Display Result и нажмите кнопку 
. Появляется диаграмма
def_x, как показано на рисунке 4-74.
В секции Labels окна диаграммы максимальное смещение по X равно 0.0219мм.
Рисунок 4-74
5. Нажимайте иконки 
и 
для
прокрутки кадров анимации. Последний кадр показан на рисунке 4-75.
Рисунок 4-75
Не забывайте включать в этом случае опцию Y.
6. Повторите шаги с 1-го по 4-ый из задачи 11, чтобы создавать диаграмму окна для отклонения в направлении Y. Последний кадр для этого окна показан на рисунке 4-76.
Рисунок 4-76
7. Наблюдая эти диаграммы Вы можете ясно видеть, что стенка модели разрушается внутрь. Вам нужно добавить вертикальную перемычку в оболочке, чтобы придать жёсткость в поперечном направлении.
8. Выберите Done/Return из меню MEC STRUCT и нажмите кнопку 
.
Задание 12: Модификация модели.
Имитационные конструктивные элементы появляются только в Pro/MECHANICA.
Вы будете использовать имитационные конструктивные элементы Pro/MECHANICA для модифицирования модели.
1. Выберите Model > Feature > Datum Curve > Create и нарисуйте базовую кривую, как показано на рисунке 4–77.
Рисунок 4-77
2. Выберите Done/Return.
3. Для применения свойств к этой базовой кривой, выберите Idealizations > Shells > Edit и выберите одну из толстых 8-ми миллиметровых кривых. Открывается диалоговое окно Shell Definition.
4. Нажмите кнопку
edge(s) 
и выберите новую кривую. Выберите Done Sel.
5. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна.
6. Выберите Done/Return для завершения определения материала.
7. Для применения ограничения к новой кривой Вы должны создать PNT1. Выберите Model > Feature > Datum Point > Create. Создайте PNT1, как показано на рисунке 4–78.
Рисунок 4-78
8. Выберите Done/Return.
9. Для применения ограничений к PNT1, выберите Constraints > New > Point. Открывается диалоговое окно Constraint.
10. Напечатайте [PNT1] в поле Name.
11. Одобрите предлагаемую по умолчанию опцию, ConstraintSet1 из Member of Set.
12. Нажмите кнопку
Point 
и выберите
PNT1. Выберите Done Sel. Обратите внимание, системой координат является PRT_CSYS_DEF.
13. Нажмите кнопку 
для свободного
X-translation.
14. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 4-79.
Рисунок 4-79
15. Перезапустите анализ.
16. Создайте и отобразите окно результата для напряжений Мизеса, анимируйте это окно, чтобы видеть эффект от вертикальной перемычки в модели. Анимированное окно для напряжений Мизеса показано на рисунке 4–80.
Обратите внимание на уменьшение максимального напряжение Мизеса с 11MPa до 10.3MPa.
Рисунок 4-80
17. Создайте и отобразите окно результата для отклонения в направлении X, анимируйте это окно, чтобы видеть эффект от вертикальной перемычки в модели. Анимированное окно для отклонения в направлении X показано на рисунке 4–81.
Рисунок 4-81
Обратите внимание, как вертикальная перемычка предохранила стенку от разрушения.
18. Создайте и отобразите окно результата для отклонения в направлении Y, анимируйте это окно, чтобы видеть эффект от вертикальной перемычки в модели. Анимированное окно для отклонения в направлении Y показано на рисунке 4-82.
Рисунок 4-82