pobieranie: Ansys zastosowanie elementów kontaktowych
Pobierz dokument docPrzeglądaj wersję html pliku:
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA
KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN
Ćwiczenie nr 11
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
Numeryczne metody analizy konstrukcji
Analiza zagadnienia kontaktowego
Szczecin 2002
Opis ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z modelowaniem zagadnień
kontaktowych, które ze względu na swoja naturę wprowadzają do
badanej struktury nieliniowość (co objawia się tym, że obliczenia
są przeprowadzane w sposób iteracyjny).
Z uwagi na złożoność obliczeń nieliniowych i czas trwania tych
obliczeń badany model będzie modelem płaskim (Rys. 1).
Rysunek SEQ Rysunek \* ARABIC 1 : Schemat modelu
POSTPROCESOR
Badany model jest z aluminium (E=70000 MPa; (= 0.32) i zostanie
zamodelowany elementami tarczowymi PLANE42 (Solid >> Quad 4node 42).
Do zamodelowania kontaktu posłużą nam elementy kontaktowe Contac 2D
pt-to-surf 48.
Rysunek SEQ Rysunek \* ARABIC 2 : Geometria i lokalizacja węzłów w
elemencie kontaktowym CONTAC48
Jak widać na Rysunku 2 Elementy kontaktowe CONTAC48 są tworzone
między węzłami należącymi do powierzchni Contac Surface a
węzłami należącymi do powierzchni Target Surface (w naszym
przypadku powierzchnie zastępują linie).Elementy kontaktowe Ansys
generuje automatycznie.
Do wyznaczania sił kontaktowych występujących między elementami
kontaktowymi używana jest metoda funkcji kary (Penalty function).
Rysunek SEQ Rysunek \* ARABIC 3 : Opis elementu CONTAC48
Dla tego modelu zostało również przewidziane tarcie między
powierzchniami kontaktowymi, dlatego też przy definiowaniu materiału
trzeba zdefiniować współczynnik tarcia (=0.12.
Material Props>>Material Models...>>Structural>>Friction Coefficient
MU = 0.12 OK
Do opisu właściwości elementu kontaktowego potrzebna jest sztywność
normalna KN i sztywność styczna KT.
Real Constans>>Add/Edit/Delete...>>Add>>Type2 Contac48>>OK
KN = 2*105 N/mm
KT = 2*103 N/mm
Tworzenie modelu elementów skończonych
Na początku tworzymy geometrię taką jaka jest przedstawiona na
Rysunku 1.
Następnie przy pomocy MeshTool tak dokonać podziałów linii, aby
uzyskać następującą siatkę.
Rysunek SEQ Rysunek \* ARABIC 4 : Siatka elementów
Tworzenie elementów kontaktowych
Aby stworzyć elementy kontaktowe należy najpierw wyselekcjonować
węzły należące do powierzchni Contac Surface a następnie węzły
należące do powierzchni Target Surface.
Select>>Entities...>>Nodes - By Num/Pick - From Full>>OK
Zaznaczamy węzły leżące na okręgu (węzły 1÷7) OK.
Następnie z tych węzłów tworzymy grupę o nazwie „con”:
Select>>Comp/Asembly>>Create Component…
W pierwszym okienku nadajemy nazwę “con” a w drugim okienku
wybieramy Nodes.
@
Z
\
´
¶
ä
>
>
@
Z
\
, które zostaną przyporządkowane grupie o nazwie „tar”.
W tym celu najpierw musimy odwołać selekcję węzłów wchodzących w
skład grupy „con”, a następnie wyselekcjonować odpowiednie
węzły.
Select>>Everything
Select>>Entities...>>Nodes - By Num/Pick - From Full>>OK
Zaznaczamy węzły 8(13 OK
Select>>Comp/Asembly>>Create Component…
W pierwszym okienku nadajemy nazwę „tar” a w drugim okienku
wybieramy Nodes.
Jak już mamy stworzone dwie grupy „con” i „tar” odwołujemy
selekcję węzłów wchodzących w skład grupy „tar”, a następnie
przechodzimy do tworzenia elementów kontaktowych.
Select>>Everything
-Modeling-Create>>Elements>>Elem Attribures…
W okienku Element type number wybieramy CONTAC48 OK.
-Modeling-Create>>Elements>>Node to Surf…
Contactor node component CON
Target surf node compon TAR
Limiting radius 25
Target surface Top surface
OK
SOLUTION
Po stworzeniu elementów kontaktowych przystępujemy do zadania
warunków brzegowych. Obliczenia w tym zadaniu zostaną przeprowadzone w
dwóch etapach:
Linie L1 i L2 są całkowicie utwierdzone, natomiast na linii L3 jest
zadane przemieszczenie: UY= – 11;
Linie L1 i L2 są całkowicie utwierdzone, natomiast w węzłach 1 i 2
jest przyłożona siła: FY = – 200 N.
Rysunek SEQ Rysunek \* ARABIC 5 : Warunki brzegowe
Analiza zagadnień kontaktowych, jak i tez wszelkiego rodzaju obliczenia
nieliniowe, są przeprowadzana w sposób iteracyjny i wymagają
ustawienia odpowiednich kryteriów.
W okienku Sol’n Control ... wpisujemy następujące wartości:
W oknie Sol’n Options zaznaczamy jako Equation Solvers – Sparse
direct.
Etap 1
Zadajemy warunki brzegowe dla powyższego etapu. Następnie przypisujemy
te warunki brzegowe pierwszemu „krokowi” obliczeń:
Write LS Fille>>load step file number n 1 OK
Etap 2
W tym etapie najpierw należy usunąć z linii L3 zadane
przemieszczenie, a następnie przyłożyć w węzłach 1 i 2 siłę.
Podobnie jak w etapie 1 zapisujemy te warunki brzegowe w „kroku” nr.
2.
Write LS Fille>>load step file number n 2 OK
Obliczenia
Aby przeprowadzić obliczenia naraz dwóch kroków korzystamy z funkcji:
-Solve->>From LS Files …
Starting LS File number 1
Ending LS File number 2
File number increment 1
OK
W czasie obliczeń ANSYS wyświetli wykresy przedstawiające
konwergencje (zbieżność) obliczeń.
GENERAL POSTPROCESOR
W celu obejrzenia wyników dla etapu 1 należy skorzystać z opcji:
-Read Results->> First Set
Aby obejrzeć wyniki dla etapu 2 należy skorzystać z opcji:
-Read Results->>Next Set (albo Last Set)
Ansys zastosowanie elementów kontaktowych
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA
KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN
Ćwiczenie nr 11
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
Numeryczne metody analizy konstrukcji
Analiza zagadnienia kontaktowego
Szczecin 2002
Opis ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z modelowaniem zagadnień
kontaktowych, które ze względu na swoja naturę wprowadzają do
badanej struktury nieliniowość (co objawia się tym, że obliczenia
są przeprowadzane w sposób iteracyjny).
Z uwagi na złożoność obliczeń nieliniowych i czas trwania tych
obliczeń badany model będzie modelem płaskim (Rys. 1).
Rysunek SEQ Rysunek \* ARABIC 1 : Schemat modelu
POSTPROCESOR
Badany model jest z aluminium (E=70000 MPa; (= 0.32) i zostanie
zamodelowany elementami tarczowymi PLANE42 (Solid >> Quad 4node 42).
Do zamodelowania kontaktu posłużą nam elementy kontaktowe Contac 2D
pt-to-surf 48.
Rysunek SEQ Rysunek \* ARABIC 2 : Geometria i lokalizacja węzłów w
elemencie kontaktowym CONTAC48
Jak widać na Rysunku 2 Elementy kontaktowe CONTAC48 są tworzone
między węzłami należącymi do powierzchni Contac Surface a
węzłami należącymi do powierzchni Target Surface (w naszym
przypadku powierzchnie zastępują linie).Elementy kontaktowe Ansys
generuje automatycznie.
Do wyznaczania sił kontaktowych występujących między elementami
kontaktowymi używana jest metoda funkcji kary (Penalty function).
Rysunek SEQ Rysunek \* ARABIC 3 : Opis elementu CONTAC48
Dla tego modelu zostało również przewidziane tarcie między
powierzchniami kontaktowymi, dlatego też przy definiowaniu materiału
trzeba zdefiniować współczynnik tarcia (=0.12.
Material Props>>Material Models...>>Structural>>Friction Coefficient
MU = 0.12 OK
Do opisu właściwości elementu kontaktowego potrzebna jest sztywność
normalna KN i sztywność styczna KT.
Real Constans>>Add/Edit/Delete...>>Add>>Type2 Contac48>>OK
KN = 2*105 N/mm
KT = 2*103 N/mm
Tworzenie modelu elementów skończonych
Na początku tworzymy geometrię taką jaka jest przedstawiona na
Rysunku 1.
Następnie przy pomocy MeshTool tak dokonać podziałów linii, aby
uzyskać następującą siatkę.
Rysunek SEQ Rysunek \* ARABIC 4 : Siatka elementów
Tworzenie elementów kontaktowych
Aby stworzyć elementy kontaktowe należy najpierw wyselekcjonować
węzły należące do powierzchni Contac Surface a następnie węzły
należące do powierzchni Target Surface.
Select>>Entities...>>Nodes - By Num/Pick - From Full>>OK
Zaznaczamy węzły leżące na okręgu (węzły 1÷7) OK.
Następnie z tych węzłów tworzymy grupę o nazwie „con”:
Select>>Comp/Asembly>>Create Component…
W pierwszym okienku nadajemy nazwę “con” a w drugim okienku
wybieramy Nodes.
@
Z
\
´
¶
ä
>
>
@
Z
\
, które zostaną przyporządkowane grupie o nazwie „tar”.
W tym celu najpierw musimy odwołać selekcję węzłów wchodzących w
skład grupy „con”, a następnie wyselekcjonować odpowiednie
węzły.
Select>>Everything
Select>>Entities...>>Nodes - By Num/Pick - From Full>>OK
Zaznaczamy węzły 8(13 OK
Select>>Comp/Asembly>>Create Component…
W pierwszym okienku nadajemy nazwę „tar” a w drugim okienku
wybieramy Nodes.
Jak już mamy stworzone dwie grupy „con” i „tar” odwołujemy
selekcję węzłów wchodzących w skład grupy „tar”, a następnie
przechodzimy do tworzenia elementów kontaktowych.
Select>>Everything
-Modeling-Create>>Elements>>Elem Attribures…
W okienku Element type number wybieramy CONTAC48 OK.
-Modeling-Create>>Elements>>Node to Surf…
Contactor node component CON
Target surf node compon TAR
Limiting radius 25
Target surface Top surface
OK
SOLUTION
Po stworzeniu elementów kontaktowych przystępujemy do zadania
warunków brzegowych. Obliczenia w tym zadaniu zostaną przeprowadzone w
dwóch etapach:
Linie L1 i L2 są całkowicie utwierdzone, natomiast na linii L3 jest
zadane przemieszczenie: UY= – 11;
Linie L1 i L2 są całkowicie utwierdzone, natomiast w węzłach 1 i 2
jest przyłożona siła: FY = – 200 N.
Rysunek SEQ Rysunek \* ARABIC 5 : Warunki brzegowe
Analiza zagadnień kontaktowych, jak i tez wszelkiego rodzaju obliczenia
nieliniowe, są przeprowadzana w sposób iteracyjny i wymagają
ustawienia odpowiednich kryteriów.
W okienku Sol’n Control ... wpisujemy następujące wartości:
W oknie Sol’n Options zaznaczamy jako Equation Solvers – Sparse
direct.
Etap 1
Zadajemy warunki brzegowe dla powyższego etapu. Następnie przypisujemy
te warunki brzegowe pierwszemu „krokowi” obliczeń:
Write LS Fille>>load step file number n 1 OK
Etap 2
W tym etapie najpierw należy usunąć z linii L3 zadane
przemieszczenie, a następnie przyłożyć w węzłach 1 i 2 siłę.
Podobnie jak w etapie 1 zapisujemy te warunki brzegowe w „kroku” nr.
2.
Write LS Fille>>load step file number n 2 OK
Obliczenia
Aby przeprowadzić obliczenia naraz dwóch kroków korzystamy z funkcji:
-Solve->>From LS Files …
Starting LS File number 1
Ending LS File number 2
File number increment 1
OK
W czasie obliczeń ANSYS wyświetli wykresy przedstawiające
konwergencje (zbieżność) obliczeń.
GENERAL POSTPROCESOR
W celu obejrzenia wyników dla etapu 1 należy skorzystać z opcji:
-Read Results->> First Set
Aby obejrzeć wyniki dla etapu 2 należy skorzystać z opcji:
-Read Results->>Next Set (albo Last Set)
