Przeglądaj wersję html pliku:

05 Ansys BELKA 2D


POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN

Ćwiczenie nr 5

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Numeryczne metody analizy konstrukcji
Obliczenia statycznie obcią onej belki

Szczecin 1999

0

Opis zadania Jest to belka statycznie obcią ona jedną siłą przyło oną centralnie między podporami i obcią eniem ciągłym przyło onym jak pokazano to na rysunku. 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.

W zadaniu nale y policzyć przemieszczenia, kąty obrotu, sporządzić wykresy sił normalnych i momentów gnących dla następujących danych (u ywamy jednostek układu SI – metr, kilogram, sekunda): a=2m b=4m c=6m d = 0.1 m P = 10 kN q = 2 kN/m Belka wykonana jest ze stali konstrukcyjnej o module Younga E=2.1·1011 N/m2 i współczynniku Poissona ν=0.27.

1

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

Wpisz nazwę: Belka OK by zatwierdzić i zamknąć okno
belka

1

2 Tytuł będzie wyświetlany w oknie graficznym (ANSYS Graphics) po przerysowaniu 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 2 Preferences

Włącz analizę strukturalną OK by zatwierdzić i zamknąć okno 1

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, kostka, belka, czworobok itd.), liczby węzłów, oraz to, czy jest rozpatrywany w przestrzeni dwu- czy trójwymiarowej.

2

Do obecnej analizy (strukturalnej) zastosujemy jeden typ elementu belkowego, BEAM 3, który jest elementem: do analizy w przestrzeni 2D, dwuwęzłowym, o stopniach swobody: UX, UY, ROTZ. Main Menu: 1 2 3 4 5 Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete

Dodaj typ elementu Wybierz Structural Beam Wybierz element 2D elastic 3 (BEAM 3) OK by zatwierdzić i zamknąć okno Close - zamknij

2
4

3

1 5

4

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. Cechami są właściwości przekroju poprzecznego. Main Menu: 1 2 Preprocessor → Real Constants

Definiowanie cech OK by wybrać element BEAM 3

1 7 2 3 4 5

6

3 4 5

Wpisz pole powierzchni przekroju poprzecznego AREA = d·d = 0.1·0.1 = 0.01m2 Wpisz wartość momentu bezwładności przekroju poprzecznego IZZ = d4/12 = 0.14/12 =8.33·10-6 m4 Wpisz wysokość przekroju belki HEIGHT = d = 0.1m

6 7

OK by zatwierdzić i zamknąć okno Zamknij okno definiowania cech

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,
4

- współczynnik rozszerzalności cieplnej, - współczynnik przenikania ciepła itp. Stosownie do aplikacji stałe materiałowe mogą być liniowe, nieliniowe, izo- lub ortotropowe. 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 Poissona ν. Main Menu: 1 2 3 4 Preprocessor → Material Props → -Constant- Isotropic

OK dla zatwierdzenia definiowania materiału 1 Wpisz wartość modułu Younga EX = 2.1e11 Wpisz wartość współczynnika Poisona NUXY = 0.27 OK by zatwierdzić i zamknąć okno

1
11

2 3

4
6. Zapisanie bazy danych By nie utracić wszystkich nastawów wykonanych dotychczas zapisujemy naszą pracę Utility Menu: File → Save as... → Save Database to

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

5

7. Rysowanie belki

Aby narysować belkę, u yjemy linii, które będą podstawą do stworzenia elementów belkowych. Tworzenie linii odbywa się poprzez połączenie dwóch punktów bazowych (keypoints).
Utility Menu: Plot Ctrls → Numbering… KP Keypoints numbers [On] (włączenie numerowania punktów) Preprocessor → -Modeling- Create → Keypoints → In Active CS

Main Menu:

1

Wpisz współrzędne pierwszego punktu bazowego NPT - numerowanie punków (to pole pozostawiamy puste, aby program numerował punkty automatycznie) X = 0 (u ywaj klawisza Tab do przełączania między okienkami) Y=0 Z=0

1

2

2

Kliknij Apply by stworzyć pierwszy punkt bazowy

3 4

3

Wpisz X = 2 Y=0 Z=0 Kliknij Apply by stworzyć drugi punkt bazowy Postępując podobnie stwórz kolejne punkty bazowe (4,0,0) i (6,0,0)

4

Rysowanie linii (łączenie punktów bazowych)
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → -Lines- Lines → → Straight Line

Połącz kolejno punkty 1 i 2, 2 i 3, 3 i 4.

6

8. Tworzenie siatki elementów skończonych Main Menu: Preprocessor → -Meshing- Shape & Size → -Global- Size

1 2

Wpisz ilość podziałów NDIV = 4 OK by zatwierdzić i zamknąć okno

1 2

Main Menu:

Preprocessor → -Meshing- Mesh → Lines

Wska wszystkie linie i kliknij OK by zatwierdzić. Elementy staną się widoczne po włączeniu opcji numerowania
Utility Menu: Plot Ctrls → Numbering… Element numbers

7

Otrzymaliśmy belkę podzieloną na 12 elementów
9. Zapisanie bazy danych Ansys Toolbar: SAVE_DB

■ 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.
10. Utwierdzenie belki

Belka jest podparta w dwóch miejscach. Lewa podpora uniemo liwia przemieszczanie się belki w kierunku osi x i y (przemieszczenia w tych kierunkach = 0 ⇒ UX=0; UY=0), natomiast prawa podpora uniemo liwia przemieszczanie się belki tylko w kierunku osi y (UY=0).
Main Menu: Solution → -Loads- Apply → -Structural- Displacement → On Keypoints

1 2

Wybierz punkt, w którym znajduje się lewa podporaru
Apply by zakończyć wybieranie

1

8

3

4 5 3 4 5 6 Wybierz UX i UY Wpisz 0 w polu wartości przemieszczenia
Apply by zatwierdzić i przejść do definiowania następnej podpory

Wybierz prawą podporę (między elementami 8 i 9)

6

7

Kliknij OK.

8

9

9

8 9

Wybierz UY OK by zatwierdzić i zamknąć okno

11. Definiowanie obcią enia

Na obcią enie belki składają się siła skupiona P = 10 kN zadana w miejscu drugiego punktu bazowego (między elementami 4 i 5) oraz obcią enie ciągle na elementach 9, 10, 11 i 12 o wartości q = 2 kN/m Definiowanie siły P
Main Menu: Solution → -Loads- Apply → Force/Moment → On Keypoints

1 2

Wybierz punkt bazowy nr 2 Kliknij OK.

3 4 5 3 4 5 Wybierz kierunek działania siły Wpisz wartość siły (znak minus oznacza działanie siły w dół) Kliknij OK

10

Definiowanie obcią enia ciągłego q
Main Menu: Solution → -Loads- Apply → Pressure → On Beams

6 7

Wybierz elementy obcią one (9, 10, 11, 12) Kliknij OK.

8

9 8 Wpisz wartość obcią enia ciągłego (znak plus oznacza obcią enie w kierunku elementu, znak minus od elementu) VAL J – wartość obcią enia elementu w węźle >j< pozostaje pusta, jeśli obciąenie w tym węźle ma być takie same jak w węźle >i< (obcią enie stałe na całym elemencie) OK by zatwierdzić i zamknąć okno

9

W tym momencie zdefiniowane są ju obcią enia i warunki brzegowe (utwierdzenia), więc mo emy przystąpić do rozwiązania zadania.
Ansys Toolbar: SAVE_DB

11

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

1

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

2

OK by rozpocząć rozwiązywanie

2 1

■ POSTPROCESOR W bloku POSTPROCESOR oglądamy rozwiązania naszego zadania. Wyniki są przedstawiane w formie graficznej, w formie tabeli lub z u yciem wykresu.
13. Przeglądanie wyników

a) odkształcenie belki
Main Menu: General Postproc → -Plot Results- Deformed Shape...

1 2

Wybierz kształt odkształcony i nie odkształcony OK by zatwierdzić i zamknąć okno

1 2

12

b) reakcje podpór
Main Menu: General Postproc → -List Results- → Reaction Solution

1 2

OK by wybrać wszystkie reakcje By zamknąć okno kliknij File → Close

1 2

c) przemieszczenia w kierunku osi y
Main Menu: General Postproc → -Plot Results- → -Contour Plot- Nodal Solution

1

2

3

1 2 3

Wybierz przemieszczenia DOF solution Wybierz przemieszczenia w kierunku osi y UY OK by zatwierdzić i zamknąć okno

13

W prawej części okna wyświetlane są wartości przemieszczenia w [m]

d) obroty wokół osi z
Main Menu: General Postproc → -Plot Results- → -Contour Plot- Nodal Solution

1 2

3

1 2 3

Wybierz przemieszczenia DOF solution Wybierz obroty wokół osi z ROTZ OK by zatwierdzić i zamknąć okno

Wartości obrotów podawane są w radianach Mo liwe jest tak e stworzenie tabeli z dokładnymi wartościami przemieszczeń i obrotów dla ka dego elementu:
Main Menu: General Postproc → Lists Results → Nodal Solution

Wybierz DOF solution → All DOFs DOF → OK Mo na tak e „zapytać” program o wartości w konkretnych węzłach:
Main Menu: General Postproc → Query Results → Nodal Solution
14

e) wykres momentów gnących Operacje tworzenia wykresów najwygodniej jest przeprowadzać w tzw. trybie wsadowym z u yciem okna >Ansys Input<. W oknie tym będziemy wpisywać: Etable,mgi,smisc,6 $ etable, mgj,smisc, 12 Plls, mgi, mgj Pretab, mgi, mgj [enter] /tworzenie tablicy elementów/ [enter] /wykres momentów gnących/ [enter] /lista wartości momentu w węzłach/

Wartości momentów podane są w kN·m f) wykres naprę eń gnących Etable, ngi, ls, 2 $ etable, ngj, ls, 5 Plls, ngi, ngj Pretab, ngi, ngj

Wartości naprę eń podane są w kN/m2

15

g) wykres sił normalnych Etable, ti, smisc, 2 $ etable, tj, smisc, 8 Plls, ti, tj Pretab, ti, tj

Wartości sił tnących podane są w kN

14. Wyjście z programu ANSYS

Wychodząc z programu mo na zapisać kształt geometryczny, wszystkie zadane obcią enia i dane rozwiązania zadania. Utility Menu: File → Exit 1 2 Wybierz Save Geo + Ld + Solu OK by wyjść z programu

1

2

16

 
statystyka