Przeglądaj wersję html pliku:

01 Ansys Kratownica 2D


POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN

Ćwiczenie nr 1 Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Numeryczne metody analizy konstrukcji

Analiza statyczna obcią onej kratownicy

Szczecin 2004

Cel ćwiczenia Celem ćwiczeń jest zapoznanie się z systemem ANSYS, z elementami dostępnymi w systemie oraz nabycie praktycznej wiedzy dotyczącej wykorzystania elementów prętowych w MES. Opis zadania Jest to kratownica, której lewa strona jest podparta na podporze stałej, natomiast prawa strona na podporze ruchomej. Kratownica jest obcią ona dwoma siłami o ró nych wartościach. Zadanie jest o charakterze statycznym, z analizą w granicach liniowej sprę ystości materiału. Przykład ma na celu zademonstrowanie typowej procedury przy analizie konstrukcji z u yciem programu ANSYS.

Wszystkie pręty mają długość 1m. 1 – pręt o przekroju 4 cm2 = 0.0004 m2 2 – pręt o przekroju 2 cm2 = 0.0002 m2 3 – pręt o przekroju 2 cm2 = 0.0002 m2 4 – pręt o przekroju 1 cm2 = 0.0001 m2 5 – pręt o przekroju 4 cm2 = 0.0004 m2 6 – pręt o przekroju 4 cm2 = 0.0004 m2 7 – pręt o przekroju 2 cm2 = 0.0002 m2 P1 – siła o wartości 1000N P2 – siła o wartości 2000N Kątownik wykonany jest ze stali konstrukcyjnej o module Younga E=2.1·105 MPa i współczynniku Poissona ν = 0.3.

1

■ PREPROCESOR 1. Nadanie tytułu (maksymalnie 72 znaki) Utility Menu: 1 2 File → Change Title

Wpisz nazwę: Kratownica OK by zatwierdzić i zamknąć okno

1 2

Tytuł będzie wyświetlany w oknie graficznym (ANSYS Graphics) po odświe eniu okna Utility Menu: Plot → Replot

2. Ustawienia preferencji Okno „Preferences” pozwala wybrać po ądaną dziedzinę analizy (strukturalna, termiczna, mechanika płynów, elektromagnetyczna) oraz jej typ (metoda h, metoda p). Main Menu: 1 3 Preferences

Włącz analizę strukturalną OK by zatwierdzić i zamknąć okno

1

2

2

3. Definiowanie typu elementu i opcji W ka dej dziedzinie analizy nale y określić typ elementu (wybrać z biblioteki elementów) stosownie do danej analizy. Ka dy element jest określony przez stopnie swobody (przemieszczenia, obroty, temperatury itp.), charakterystyczny kształt (linia, prostopadłościan, belka, czworobok itd.), liczby węzłów, oraz to, czy jest rozpatrywany w przestrzeni dwuczy trójwymiarowej. Do obecnej analizy (strukturalnej) zastosujemy jeden typ elementu, Link 1, który jest elementem: prętowym, do analizy w przestrzeni 2D, stopnie swobody: UX, UY w ka dym węźle. Main Menu: 1 2 Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete

Dodaj typ elementu Wybierz Structural Link

3 4 5

Wybierz element prętowy 2-D Spar 1 OK by zatwierdzić i zamknąć okno Close by zatwierdzić i zamknąć okno

2

3

1
4

5

3

4. Definiowanie geometrycznych cech elementu Geometryczne cechy elementu są niezbędne by w pełni opisać budowę danego elementu. Konstrukcja tylko na podstawie węzłów jest niewystarczająca. Typową cechą elementu prętowego jest jego przekrój. Main Menu: 1 82 4 Preprocessor → Real Constants → Add/Edit/Delete

Definiowanie cech OK by wybrać element LINK 1 Wpisz 1 7

5 3 4 1 2 5

4 5 6

Wpisz przekrój pręta 0.0001 Apply by zatwierdzić cechy elementu LINK 1 Wpisz 2 6 7

8

4

7 8 9

Wpisz przekrój pręta 0.0002 Apply by zatwierdzić cechy elementu LINK 1 Wpisz 3

9 10

11

10 11

Wpisz przekrój pręta 0.0004 OK by zatwierdzić cechy elementu LINK 1

12

12

Close by zamknąć okno

5. Definiowanie stałych materiałowych Stałe materiałowe opisują właściwości fizyczne materiału. Zale nie od dziedziny i typu analizy wprowadzane są odpowiednie stałe materiałowe jak: - moduł Younga, - współczynnik Poisona, - współczynnik rozszerzalności cieplnej, - współczynnik przenikania ciepła itp. Stosownie do aplikacji stałe materiałowe mogą być liniowe, nieliniowe, izo- lub ortotropiczne. Mo na stworzyć wiele takich zestawów stałych materiałowych odpowiadających ró nym materiałom u ytym w rozwiązywaniu problemu. W naszym przypadku w statycznej analizie będzie potrzebny tylko moduł Younga E i współczynnik Poisona ν.

5

Main Menu: tropic 1 2 3 4,5

Preprocessor → Material Props →Matrial Models -Constant- Iso-

Kliknij dwukrotnie dla zatwierdzenia definiowania materiału 1 Wpisz wartość modułu Younga EX = 2.1e11 Wpisz wartość współczynnika Poisona NUXY = 0.3 OK by zatwierdzić i zamknąć okno 5

1 2 3

4 6. Zapisanie bazy danych By nie utracić wszystkich nastawów wykonanych dotychczas zapisujemy naszą pracę. Miejscem docelowym dla pliku powinien być katalog, w którym znajduje się program ANSYS. Utility Menu: File → Save as... → Save Database to

Wpisz nazwę kratownica.db i kliknij OK by zatwierdzić i zamknąć okno

7. Rysowanie kratownicy Kratownicę rysuje się tworząc ją z elementów prętowych LINK 1. Najpierw określimy punkty węzłowe, a następnie punkty węzłowe połączymy elementami prętowymi. Aby stworzyć punkty węzłowe musimy najpierw narysować kratownicę za pomocą punktów i linii. Następnie tworzymy punkty węzłowe i pozbywamy się linii i punktów.

6

Tworzenie kratownicy za pomocą punktów i linii. Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → -Keypoints→ In Active CS

1 2

Wpisz 1 Wpisz współrzędną X = 0 1 2 4 3

3 4 5 6 7 8

Wpisz współrzędną Y = 0 Apply by stworzyć następny punkt Wpisz 2 Wpisz współrzędną X = 1 Wpisz współrzędną Y = 0 Apply by stworzyć następny punkt 5 6 8 7

7

W ten sam sposób utwórz 3 następne punkty bazowe (3,4,5) według rysunku poni ej:

9

10

Main Menu:

Preprocessor → -Modeling- Create → -Lines-→ Lines → Straight Line

9 10

Wska punkt 1 Wska punkt 2 Utwórz linie pomiędzy pozostałymi punktami bazowymi (kolejność tworzenia jest dowolna) OK. by zamknąć okno

11

11

8

Włączenie numeracji linii Uruchomimy opcję numeracji węzłów. Okno Plot Numbering Controls rozwijane z Utility Menu ukazuje mo liwość zastosowania podobnych ustawień dla punktów bazowych, linii, brył, węzłów i elementów. Utility Menu: Plot Ctrls → -Numbering…- → -LINE Line numbers (On) → OK

8. Tworzenie punktów węzłowych. Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → -Nodes→ On Keypoint

1

Kliknij Pick All by utworzyć węzły w miejscach, gdzie znajdują się punkty bazowe (keypointy)

1 9. Usunięcie niepotrzebnych linii i punktów bazowych. Main Menu: 1 2 Preprocessor → -Modeling- Delete → -Line and below

Wska wszystkie linie OK by zamknąć okno

2 1

9

10. Odświe enie ekranu Utility Menu: Plot → -Multi-Plots 11. Rysowanie elementów. Main Menu: 1 2 Preprocessor → -Modeling- Create → Elements → -Elem Attributes

Ustaw 1 (Real constant set number: 1 - pręt o przekroju 0.0001m2 – patrz punkt 4) OK

1

2

Utility Menu: 3 4

Plot Ctrls → Numbering

Włącz numerowanie węzłów (Nodes) OK by zmienić nastawy, zamknąć okno i odświe yć ekran

3

4

10

Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → Elements → -Auto Numbered → Thru Nodes

UWAGA:

Numeracja węzłów zale y od kolejności tworzenia linii w punkcie 7.10. Numeracja inna ni w instrukcji niczego nie zmienia. Nale y pamiętać jednak, między którymi punktami (węzłami) kratownicy będą tworzone elementy o zadanych w Real constant set number przekrojach.

5 6 7

Wska węzeł nr 2 Wska węzeł nr 4 OK. Preprocessor → -Modeling- Create → -Elem Attributes

Main Menu: 8 9

Ustaw 2 (pręt o przekroju 2 cm2) OK

8

9

Main Menu: 10 11

Preprocessor → -Modeling- Create → Elements → -Auto Numbered → Thru Nodes

Wska węzeł nr 1 i 2 Apply
11

12 13 14 15

Wska węzeł nr 2 i 3 Apply Wska węzeł nr 4 i 5 OK. Preprocessor → -Modeling- Create → Elements → -Elem Attributes

Main Menu: 16 17

Ustaw 3 (pręt o przekroju 4cm2) OK 16

17 Main Menu: 18 19 20 21 22 23 Preprocessor → -Modeling- Create → Elements → -Auto Numbered → Thru Nodes

Wska węzeł nr 1 i 4 Apply Wska węzeł nr 2 i 5 Apply Wska węzeł nr 5 i 3 OK.

12

■ SOLVER SOLVER jest blokiem, w którym definiuje się obcią enia (siły skupione, momenty, obcią enia ciągłe, temperatury, prędkości płynu itp.), odbiera się stopnie swobody (utwierdzanie) i rozwiązuje zadanie. 12. Utwierdzanie kratownicy Main Menu: Solution → Define Loads → Apply → -Structural- Displacement → On Nodes

1 2 3 4

Wybierz węzeł 1 OK by zakończyć wybieranie Wybierz All DOF (odebranie wszystkich stopni swobody – pełne utwierdzenie) OK. by zatwierdzić i zamknąć okno 3

4 Main Menu: Solution → -Loads- Apply → -Structural- Displacement → On Nodes

5 6 7 8

Wybierz węzeł 3 OK by zakończyć wybieranie Wybierz UY i odznacz All DOF (zerowe przemieszczenie w kierunku osi Y) OK. by zatwierdzić i zamknąć okno

7

8

13

14. Definiowanie obcią enia Main Menu: 1 2 3 4 5 Solution → Define Loads → Apply → Force/Moment → On Nodes

Wybierz węzeł Kliknij Apply Wybierz FY Wpisz -1000 Kliknij OK 5 2 4 3

Main Menu: 1 2 3 4 5

Solution → -Loads- Apply → Force/Moment → On Nodes

Wybierz węzeł 5 Kliknij Apply Wybierz FY Wpisz -2000 Kliknij Ok

15. Zapisanie bazy danych Utility Menu: File → Save as Jobname.db

16. Rozwiązanie zadania Main Menu: 1 Solution → -Solve- Current LS

Ogólne informacje o zadaniu dostępne są w oknie statutowym. By zamknąć okno kliknij File → Close

2 1

OK by rozpocząć rozwiązywanie

2

14

■ POSTPROCESOR W bloku POSTPROCESOR oglądamy rozwiązanie naszego zadania. Wyniki są przedstawiane w formie graficznej, w formie tabeli lub z u yciem wykresu. 17. Wczytanie rezultatów Main Menu: General Postproc → -Read Results- First Set

18. Oglądanie wyników a) kształt kratownicy Main Menu: 1 2 General Postproc → -Plot Results- Deformed Shape...

Wybierz kształt odkształcony i nieodkształcony OK by zatwierdzić i zamknąć okno 1

2

największe przemieszczenie [m]

b) siły osiowe w prętach ANSYS umo liwia tworzenie modelu MES w trybie „okienkowym” (jak dotychczas) lub w trybie „wsadowym” (pisanie komend). W przypadku sił i naprę eń w prętach wygodniej będzie utworzyć wykresy i tabele właśnie w trybie „wsadowym”. Komendy wpisuje się w oknie ANSYS Commnad Prompt

15

ANSYS Commnad Prompt

W oknie tym wpisz: ETABLE,SILY,SMISC,1 [Enter] a następnie wyświetl wykres sił w prętach: PLLS,SILY,SILY [Enter]

Wartości dodatnie oznaczają rozciąganie, ujemne natomiast ściskanie prętów kratownicy dokładne wartości sił w poszczególnych elementach (prętach) mo na odczytać z tabeli: PRETAB,SILY,SILY [Enter]

c) naprę enia zdefiniowanie tabeli: wykres: tabela:

ETABLE,NAPR,LS,1 PLLS,NAPR,NAPR PRETAB,NAPR,NAPR

16

d) reakcje w podporach Main Menu: General Postproc → List Results → Reaction Solu → OK

Reakcja w podporze lewej (NODE 1):

RAx = 0.11369E-12 = 0 N RAy = 1250 N RBx = 1250 N RBy = 1750 N

Reakcja w podporze prawej (NODE 3):

19. Wyjście z programu ANSYS Utility Menu: File → Exit → OK

17

 
statystyka