В этом примере Вы изучите явление потери устойчивости простого кронштейна под нагрузкой. Кронштейн будет идеализирован пластинчатыми конечными элементами, зафиксирован в основании и нагружен силой на противоположном конце. Вы пройдете через весь процесс конечно-элементного моделирования в Siemens Femap, который включает:
Первым делом необходимо импортировать нейтральный файл, в котором содержится геометрия кронштейна.
Первым шагом в процессе создания сетки будет создание свойства и материала для элементов. А вторым — разбиение поверхности на конечные элементы.
В свойстве пластинчатых конечных элементов необходимо задать толщину элементов и материал кронштейна.
Совет: Как только Вы определили первое свойство, FEMAP автоматически предложит создать еще одно. Чтобы завершить выполнение команды, нажмите кнопку Cancel. Как правило, для выхода из любой команды создания объектов необходимо нажать кнопку Cancel.
Геометрия, которую Вы импортировали через нейтральный файл, представляет собой набор линий. Чтобы аппроксимировать модель пластинчатыми элементами, необходимо указать области, или "границы" (Boundary Surface), в пределах которых необходимо создать сетку. Кроме того, необходимо указать, минимальный размер элементов.
Если в данной задаче Вы оставите размер элементов по умолчанию, то сетка будет слишком грубой, что бы дать адекватный результат расчета.
Таким образом, следующим шагом будет создание граничных поверхностей Boundary Surface для обеих областей модели:
Таким образом, Вы создали две граничные поверхности Boundary Surface с идентификаторами 1 и 2, которые в дальнейшем необходимо разбить на сетку из пластинчатых конечных элементов.
Перед разбиением граничных поверхностей Boundary Surface на сетку необходимо задать размер элементов:
Разбиение поверхностей на конечные элементы:
Обычно, опция Connect Edge Nodes, которая сшивает пограничные узлы, является хорошим вариантом для использования. Она выключается в данном примере для того, что бы показать способ построения сетки, узлы которой не связаны между собой. Более того, это дает возможность увидеть как работает в FEMAP режим отображения Free Edge и для чего он нужен, а также как использовать команду Tools, Check, Coincident Nodes.
Отображение модели в режиме Free Edge:
В режиме Free Edge модель отображается только со свободными ребрами конечных элементов. Как и ожидалось, есть свободные ребра вокруг внешнего контура. Также, есть свободные ребра на линии разделения между двумя граничными поверхностями, где деталь должна иметь совпадающие узлы. Это означает, что в этих местах есть дублирующиеся узлы, в этом легко убедиться если отобразить их идентификаторы.
Если бы при разбиении на конечные элементы Вы выбрали сразу две граничные поверхности, а не по отдельности, то сетки на двух поверхностях были бы связаны между собой.
Теперь проверьте совпадающие узлы и объедините их:
В диалоговом окне Check/Merge Coincident Вы заметите кнопку предварительного просмотра совпадающих узлов Preview. При нажатии на эту кнопку, FEMAP войдет в режим, который позволяет визуализировать совпадающие узлы в пределах заданного допуска Tolerance. Нажав кнопку Done, вы вернетесь обратно в диалоговое окно Check/Merge Coincident. Нажмите кнопку ОК, чтобы завершить операцию слияния узлов с выбранными параметрами.
После того, как Вы аппроксимировали геометрию конечными элементами, необходимо задать в модели нагрузки и закрепления.Первым делом Вы создадите набор закреплений Constrain Set, а затем зафиксируете все узлы в основании кронштейна. Затем, Вы создадите набор нагрузок Load Set и приложите силу в 100 фунтов к кончику кронштейна.
Создание набора закреплений:
Что бы зафиксировать основание кронштейна, необходимо задать ограничение степеней свободы в соответствующих узлах:
Создание набора нагрузок:
Создайте нагрузку в положительном направлении оси Y глобальной системы координат:
Иногда может быть трудно увидеть нагрузку. Если это так, то можно сделать реверс отображения всех приложенных сил и моментов. Для этого нажмите клавишу F6, чтобы открыть диалоговое окно View Options, зайдите в категорию Labels, Entities and Color, затем из списка Options выберите раздел Load Vectors, установите флажок Reverse и нажмите кнопку ОК.
Создайте анализ линейной потери устойчивости 7..Buckling и выполните расчет:
В диспетчере анализов Analysis Set Manager отображаются все типа анализов, которые Вы создаете в модели. Щелчок по знаку плюса развернет дерево и отобразит отдельные параметры, которые можно редактировать, дважды щелкнув по параметру. Для этого анализа вы будете использовать значения по умолчанию для этих параметров.
Результатом линейного анализа потери устойчивости будет коэффициент критической нагрузки — величина, на которую нужно умножить приложенные нагрузки, чтобы получить нагрузку потери устойчивости. Если моделирование осуществлялось с рабочими нагрузками, то коэффициент критической нагрузки может служить характеристикой запаса прочности. Коэффициент критической нагрузки может быть меньше единицы: это означает, что вы применили нагрузку, которая превышает критическую. Само по себе это не является проблемой, поскольку анализ линеен. Коэффициент критической нагрузки может быть даже отрицательным. Это означает, что минимальная нагрузка, необходимая для потери прочности, должна быть приложена в противоположном направлении.
В этом примере Вы отобразите форму потери устойчивости и определите коэффициент критической нагрузки:
В диспетчере выходных данных Select PostProcessing Data значение Set Value показывает коэффициент критической нагрузки. В этом случае кронштейн будет терять устойчивость при нагрузке в 33,06 раза выше приложенной.
.png)
Попробуйте Siemens Femap и познакомьтесь с самыми современными возможностями моделирования в пре-/постпроцессоре Femap вместе с вычислительными возможностями ведущего в отрасли решателя Simcenter Nastran.
Посмотрите, как эти комплексные приложения для моделирования и анализа могут помочь Вам сэкономить деньги и сократить время выхода изделия на рынок благодаря оптимизированным проектам, уменьшению числа прототипов и натурных испытаний.
По этой ссылке Вы получите доступ к полной версии Siemens Femap: Base Module с дополнительным модулем Dynamic Response. Нет ограничений по количеству сохранений, размерам моделей или другим факторам, которые ограничивают Вашу способность моделировать и анализировать готовые проекты изделий.