Pro/MECHANICA: Structure and Thermal Analysis

Pro/MECHANICA: Structure and Thermal Analysis

Version 2001

Глава 5 - Балки и фермы

Упражнение 5a - Анализ балки

Цель

После завершения этого упражнения Вы будете способны:

Настроить модель балки

Устанавливать отпуск для балки

Прогон модели балки

Анализ модели балки

Отношение длины к высоте балочного элемента должно быть больше, чем 10:1 (коэффициент длины к самому большому размеру сечения).

В этом упражнении Вы будете использовать идеализации балочных элементов, чтобы настроить и анализировать модель балки. Модель балки показана на рисунке 5–12. Сечение балки - двутавр. Концы балки фиксированы, а средняя опора является роликом.

Рисунок 5-12

Вы приложите линейно распределенные нагрузки к двум участкам модели, как показано на рисунке 5-13.

Рисунок 5-13

Задачи Моделирования

Задание 1: Открытие детали с названием 1d_beam и запуск Pro/MECHANICA.

1. Откройте файл 1d_beam.prt. Деталь показана на рисунке 5-14.

Рисунок 5-14

2. Измените систему единиц на MKS.

3. Запустите Pro/MECHANICA. Модель выглядит как показано на рисунке 5–15. Система координат должна быть видима.

Рисунок 5-15

Задание 2: Создание базовых кривых как имитационных конструктивных элементов.

Pro/MECHANICA может определить распределенные нагрузки только на кривых. Нагрузка передана на балочные элементы, созданные на кривой.

1. Выберите Model > Features > Datum Curve > Create.

2. Создайте базовую кривую между PNT1 и PNT2.

3. Создайте базовую кривую между PNT2 и PNT3. Базовые кривые выглядит как показано на рисунке 5-16.

Рисунок 5-16

4. Выберите Done/Return.

Задание 3: Создание балочных элементов между PNT0 и PNT1.

1. Выберите Idealizations > Beams > New или нажмите иконку . Открывается диалоговое окно Beam Definition, как показано на рисунке 5-17.

Рисунок 5-17

2. Напечатайте [beam1] в поле Name.

3. Одобрите заданное по умолчанию Point-Point в References.

4. Нажмите кнопку References .

5. Выберите PNT0 и PNT1.

6. Нажмите кнопку в секции Material. Открывается диалоговое окно Materials.

7. Выберите STEEL в секции Materials in Library. Нажмите кнопку для перемещения STEEL в секцию Materials inModel.

8. Нажмите кнопку . STEEL появляется в секции Material диалогового окна Beam Definition.

9. Одобрите предлагаемые по умолчанию значения X, Y и Z.

10. Нажмите кнопку рядом с раскрывающимся меню Section. Открывается диалоговое окно Beam Sections, как показано на рисунке 5-18.

Рисунок 5-18

11. Нажмите кнопку . Открывается диалоговое окно Beam Section Definition, как показано на рисунке 5-19.

Рисунок 5-19

12. Напечатайте [Ibeam] в поле Name.

Если в раскрывающемся меню Type отсутствует нужное сечение, Вы можете нарисовать сечение используя опцию sketch из раскрывающегося меню Type. Это опции - Sketched Solid и Sketched Thin. Эти опции открывают эскизник Pro/ENGINEER.

13. Выберите I-Beam из раскрывающегося меню Type, как показано на рисунке 5–20.

Рисунок 5-20

14. Напечатайте [0.1] в поле b.

15. Напечатайте [0.015] в поле t.

16. Напечатайте [0.1] в поле di.

17. Напечатайте [0.01] в поле tw.

18. Нажмите кнопку . Появляется диалоговое окно Calculated Section Properties in Principal Coordinate system. Диалоговое окно со свойствами сечения показано на рисунке 5-21.

Рисунок 5-21

19. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна Calculated Section Properties in Principal Coordinate system.

20. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна Beam Section Definition.

21. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна Beam Sections.

22. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна Beam Definition. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 5-22.

Рисунок 5-22

Задание 4: Создание балочных элементов между PNT3 и PNT4.

1. Выберите New или нажмите иконку . Открывается диалоговое окно Beam Definition.

2. Напечатайте [beam4] в поле Name.

3. Одобрите заданную по умолчанию опцию Point-Point в References.

4. Нажмите первую кнопку и выберите PNT3 и PNT4.

5. Одобрите заданные по умолчанию значения в полях X, Y и Z.

6. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна Beam Definition. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 5-23.

Рисунок 5-23

Задание 5: Создание балочных элементов между PNT1 и PNT2.

1. Выберите New или нажмите иконку . Открывается диалоговое окно Beam Definition.

2. Напечатайте [beam2] в поле Name.

3. Выберите Edge/Curve из раскрывающегося меню References.

4. Нажмите первую кнопку и выберите кривую между PNT1 и PNT2.

5. Примите опцию по умолчанию, Beam, в опускающихся меню Type.

6. Одобрите заданные по умолчанию значения в полях X, Y и Z.

7. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна Beam Definition. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 5-24.

Рисунок 5-24

Задание 6: Создание балочных элементов между PNT2 и PNT3.

1. Выберите New или нажмите иконку . Открывается диалоговое окно Beam Definition.

2. Напечатайте [beam3] в поле Name.

3. Нажмите кнопку и выберите Edge/Curve из раскрывающегося меню References.

4. Нажмите первую кнопку и выберите кривую между PNT2 и PNT3.

5. Примите опцию по умолчанию, Beam, в опускающихся меню Type.

6. Одобрите заданные по умолчанию значения в полях X, Y и Z.

Чтобы увидеть иконки сечения, используйте функцию zoom в Pro/MECHANICA.

7. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна Beam Definition, модель выглядит как показано на рисунке 5–25.

Рисунок 5-25

8. Выберите Done/Return для завершения определения балочных элементов.

9. Выберите View > Simulation Display > Visibilities. Открывается диалоговое окно Visibilities.

10. Отключите опцию Beam Section.

11. Выберите опцию Tails Touching из раскрывающегося меню Settings.

12. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна Visibilities. С отключенными базовыми плоскостями и системами координат модель выглядит как показано на рисунке 5–26.

Рисунок 5-26

Задание 7: Применение нагрузок.

Нагрузка линейно распространена по середине двух секций модели. В этой задаче Вы приложите распределенную нагрузку к кривой между PNT1 и PNT2.

1. Выберите Loads > New > Edge/Curve или нажмите иконку . Открывается диалоговое окно Force/Moment, как показано на рисунке 5–27.

Рисунок 5-27

2. Напечатайте [Load1] в поле Name.

3. Одобрите предлагаемую по умолчанию опцию, LoadSet1 из Member of Set.

Нагрузка связана с WCS.

4. Нажмите кнопку в секции References и выберите кривую между PNT1 и PNT2, как показано на рисунке 5–28.

Рисунок 5-28

5. Выберите опцию ForcePerUnitLength из первого опускающегося меню секции Distribution.

6. Выберите опцию InterpolatedOverEntity из второго раскрывающегося меню секции Distribution.

7. Нажмите кнопку . Открывается диалоговое окно Interpolation Over Entity, как показано на рисунке 5-29.

Рисунок 5-29

Величины (0.25 и 1) - масштабные коэффициенты, которые мы установили на каждом конце. Pro/MECHANICA интерполирует нагрузку вдоль балочного элемента.

8. Напечатайте [0.25] в поле 1..

9. Напечатайте [1] в поле 2..

10. Нажмите кнопку для проверки, что распределение нагрузки линейное, как показано на рисунке 5-30.

Рисунок 5-30

11. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна.

Масштабы (0.25 и 1) положительные, подразумевая, что приложенная нагрузка отрицательная.

12. Введите [-2000] в поле Y секции Force диалогового окна Force/Moment.

13. Нажмите кнопку . Модель выглядит как показано на рисунке 5–31. Базовые плоскости по умолчанию и точки отключены.

Рисунок 5-31

Задание 8: Приложение распределенной нагрузки к кривой между PNT2 и PNT3.

1. Выберите New > Edge/Curve или нажмите иконку . Открывается диалоговое окно Force/Moment.

2. Напечатайте [Load2] в поле Name.

3. Одобрите предлагаемую по умолчанию опцию LoadSet1 из Member of Set для load2.

Нагрузка связана с WCS.

4. Нажмите кнопку в секции References и выберите кривую между PNT2 и PNT3, как показано на рисунке 5-32.

Рисунок 5-32

5. Выберите опцию ForcePerUnitLength из опускающегося меню Distribution.

6. Выберите опцию InterpolatedOverEntity из опускающегося меню Distribution.

7. Нажмите кнопку . Открывается диалоговое окно Interpolation Over Entity.

Вы можете иметь более высокий порядок распределение (то есть, квадратичный), добавляя дополнительные точки с помощью кнопки .

8. Напечатайте [1] в поле 1..

9. Напечатайте [0] в поле 2..

10. Нажмите кнопку для проверки, что распределение нагрузки линейное, как показано на рисунке 5-33.

Рисунок 5-33

11. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна.

12. Введите [-4000] в поле Y секции Force диалогового окна Force/Moment.

13. Нажмите кнопку . С отключенными базовыми плоскостями и точками модель выглядит как показано на рисунке 5-34.

Рисунок 5-34

14. Выберите Done/Return.

Задание 9: Применение ограничений.

Концы балки (PNT0, PNT4) ограничены (фиксированы), а средняя опора (PNT2) - ролик (свободное вращение относительно Z и свободное перемещение относительно X). В этой задаче Вы ограничите концы балки.

1. Выберите Constraints > Create > Point или нажмите иконку . Открывается диалоговое окно Constraint.

2. Напечатайте [ends] в поле Name.

3. Одобрите предлагаемую по умолчанию опцию, ConstraintSet1 из Member of Set.

4. Нажмите кнопку Point и выберите PNT1 и PNT4. Выберите Done Sel. Обратите внимание, системой координат является PRT_CSYS_DEF.

5. Нажмите кнопки для одобрения опций по умолчанию в секциях Translation и Rotation и закрытия диалогового окна. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 5-35.

Задание 10: Применение ограничений к точке PNT2.

1. Выберите Create > Point. Открывается диалоговое окно Constraint.

2. Напечатайте [roller] в поле Name. Одобрите предлагаемую по умолчанию для Member of Set опцию, ConstraintSet1.

3. Нажмите первую кнопку и выберите PNT2. Выберите Done Sel.

4. Нажмите кнопку , смежную с X в секции Translation.

5. Нажмите кнопку , смежную с Z в секции Rotation.

6. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 5-36.

Рисунок 5-36

7. Выберите Done/Return для завершения приложения ограничений.

Задачи Анализа

Задание 11: Настройка анализа.

1. Настройте Quick Check анализ для проверки на наличие ошибок. Введите [d_beam] в качестве названия анализа.

2. Выберите 10 из раскрывающегося меню Output для увеличения сетки диаграммы.

3. Проверьте обоснованность модели

Задание 12: Запуск анализа.

1. Выберите Run. Открывается диалоговое окно Run. Нажмите кнопку Start.

2. Проверьте диалоговое окно Summary на наличие ошибок и предупреждений.

3. После завершения прогона нажмите кнопку для закрытия диалогового окна RUN.

Задание 13: Решение модели с использованием опции сходимости Multi-Pass Adaptive.

1. Настройте и выполните мультипроходный адаптивный анализ сходимости. Введите [6] в поле Polynomial Order и введите [1] в поле Percent Convergence секции Limits. Включите опцию Local Displacement, Local Strain Energy, and Global RMS Stress option in the Converge.

Задачи по обработке результатов

Задание 14: Отображение результатов

Создайте и отобразите цветную диаграмму смещений. Анимируйте диаграмму для проверки, что граничные условия ведут себя как предполагалось.

1. Выберите Results и нажмите кнопку для сохранения текущей модели. Открывается диалоговое окно Untitled Result Window.

2. Нажмите кнопку . Открывается диалоговое окно Create Result Window, как показано на рисунке 5-37.

Рисунок 5-37

3. Нажмите кнопку для одобрения названия окна по умолчанию - window1. Открывается диалоговое окно Design Study for Result Window "window1".

В диалоговом окне RUN Settings Вы указали, где все выходные файлы должны быть сохранены.

4. Выберите поддиректорию [d_beam] и ажмите кнопку . Открывается диалоговое окно Define Contents for Results Window "window1".

5. Выберите Displacement из раскрывающегося меню Quantity.

6. Выберите Magnitude из раскрывающегося меню Quantity.

7. Выберите Fringe из раскрывающегося меню Display.

8. Введите [0] в поле Feature Angle (для отображения всех кромок элементов).

9. Выберите опции Deformed и Animate.

10. Нажмите кнопку в диалоговом окне Define Contents for Result Window. Появляется "window1".

11. Нажимайте иконки и для прокрутки кадров анимации. Последний кадр показан на рисунке 5-38.

Рисунок 5-38

12. Выберите View > Start и обратите особое внимание на ограничения. Нулевая ли деформация на концах балки? является ли отклонение нулевым на роликовой опоре?

Задание 15: Создайте окна диаграмм сдвига и изгибающего момента для каждого элемента балки.

1. Нажмите кнопку . Открывается диалоговое окно Copy Result Window "window1".

2. Введите [beam1] в диалоговом окне To New Result Window box of the Copy Result Window "window1".

3. Нажмите кнопку . Открывается диалоговое окно Define Contents for Results Window "beam1".

4. Выберите Shear&Moment из первого опускающегося меню Quantity и очистите все поля для сдвига и моментов, кроме Vy и Mz. Нажмите кнопку и выберите beam1, как показано на рисунке 5–39.

Рисунок 5-39

5. Выберите Done Sel. Появляется диалоговое окно Information, как показано на рисунке 5-40.

Рисунок 5-40

6. Нажмите кнопку .

7. Нажмите кнопку для одобрения опций по умолчанию.

8. Нажмите иконку в окне Display Result, выберите только beam1 и нажмите кнопку . Появляется диаграмма beam1, как показано на рисунке 5-41.

Рисунок 5-41

9. Повторите шаги с 1-го по 8-ой из задания 15, чтобы вывести результаты для beam2. Появляется диаграмма beam2, как показано на рисунке 5-42.

Введите [beam2] в поле To New Result Window.

Рисунок 5-42

10. Повторите шаги с 1-го по 8-ой из задания 15, чтобы вывести результаты для beam3. Появляется диаграмма beam3, как показано на рисунке 5-43.

Введите [beam3] в поле To New Result Window.

Рисунок 5-43

11. Повторите шаги с 1-го по 8-ой из задания 15, чтобы вывести результаты для beam4. Появляется диаграмма beam4, как показано на рисунке 5-44.

Введите [beam4] в поле To New Result Window.

Рисунок 5-44

Рисунок 5-44 показывает диаграммы сдвига и момента по балочным элементам модели. Обратите внимание на непрерывность изгибающего момента на модели. Обратите внимание на разрывы силы сдвига на роликовой опоре.

Рисунок 5-45

12. Выберите Done/Return из меню MEC STRUCT и нажмите кнопку .

Задание 16: Настройка отпуска балки (beam release).

Beam release - термин, который описывает тип связей между двумя балочными элементами.

В этой задаче Вы отпустите конец beam1 и начало beam4 (свободное вращение в направлении Z).

Release может быть применён только непосредственно к балочному элементу.

1. Выберите Model > Idealization > Beams > Edit. Выберите beam1 (кривая между PNT0 и PNT1). Открывается диалоговое окно Beam Definition, как показано на рисунке 5-46.

Балки отпускаются только если балочные элементы определены с опцией Point-Point в диалоговом окне Beam Definition.

Рисунок 5-46

2. В секции Release на закладке End нажмите кнопку . Открывается диалоговое окно Beam Releases, как показано на рисунке 5-47.

Выпуски удобны когда моделируются фермы (поскольку никакой момент не передаётся через связь), при моделировании компенсатора теплового расширения (поскольку никакая осевая нагрузка не передаётся) или когда моделируется "ласточкин хвост" (поскольку все силы и моменты передаются, кроме сдвига в одном направлении).

Рисунок 5-47

3. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна Beam Releases. Открывается диалоговое окно Beam Release Definition, как показано на рисунке 5-48.

Рисунок 5-48

4. Напечатайте [beam1_rz] в поле Name.

5. Нажмите кнопку чтобы допустить вращение балочного элемента в направлении Z в точке PNT1.

6. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна Beam Release Definition.

7. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна Beam Releases.

Иконка Beam Release () указывает степени свободы и конец балки, на который действует выпуск.

8. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна Beam Definition.

9. Выберите Edit и выделите beam4 (кривая между PNT3 и PNT4). Открывается диалоговое окно Beam Definition.

Балка начинается в PNT3 и заканчивается в PNT4.

10. В секции Release на закладке Start нажмите кнопку .

11. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна Beam Releases. Открывается диалоговое окно Beam Release Definition.

12. Напечатайте [beam4_rz] в поле Name.

13. Нажмите кнопку чтобы допустить вращение балочного элемента в направлении Z в точке PNT3.

14. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна Beam Release Definition.

15. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна Beam Releases.

16. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна Beam Definition.

Обратите внимание, иконка Beam Release () указывает степени свободы и конец балки, на который действует выпуск.

17. Выберите Done/Return для завершения.

Задание 17: Запуск анализа.

1. Перезапустите Multi-Pass Adaptive анализ.

Задание 18: Отображение результатов.

1. Создайте и отобразите цветную диаграмму смещений. Также анимируйте диаграмму для проверки, что граничные условия ведут себя как ожидалось. Деформированная форма показана на рисунке 5-49.

Рисунок 5-49

Обратите внимание на изменения уклона в точках выпуска.

2. Создайте окна диаграмм для сдвига и изгибающего момента каждого балочного элемента (4 балочных элемента), как показано на рисунке 5-50.

Рисунок 5-50

Заметьте, что сдвиг отличен от нуля, а изгибающий момент является нулевым на выпусках.

3. Сохраните модель и закройте окно.

Context

Main Paige