FEMAP with NX Nastran: Видео урок №12. Анализ пластинчатой модели корпуса

В этом примере Вы научитесь работать с полуавтоматическими возможностями FEMAP по извлечению серединных поверхностей для построения пластинчатой модели корпуса.

Для работы с этим примером у Вас должна быть лицензионная копия NX Nastran для FEMAP. Вы не сможете завершить этот пример с демонстрационной версией с ограничением в 300 узлов.

Пример включает следующие шаги:

  • ‍Импорт геометрии формата STEP.
  • ‍Построение серединных поверхностей.
  • ‍Создание плоской сетки.
  • ‍Приложение нагрузок и закреплений.
  • ‍Анализ модели с помощью решателя NX Nastran.
  • ‍Обработка результатов расчета.
femap 12, nx nastran, cae, cadis, кадис  пластинчатая модель корпуса

Импорт геометрии

Для начала примера необходимо импортировать геометрию.

Запустите FEMAP и создайте новый файл модели. Импортируйте геометрию в формате Step:

  1. ‍File, New.
  2. ‍File, Import, Geometry.
  3. ‍В диалоговом окне импорта геометрии (Geometry File to Import) перейдите в папку Examples в директории установки FEMAP, найдите файл mp.STP и нажмите открыть. В диалоговом окне STEP Read Options оставьте настройки импорта по умолчанию и нажмите ОК.
  4. ‍View, Rotate, Model.
Совет: Можно нажать клавишу F8 вместо использования предыдущей команды (View, Rotate, Model).
  1. ‍В диалоговом окне View Rotate нажмите кнопку Dimetric, затем нажмите ОК.
  2. ‍В выпадающем списке меню View Style (на панели инструментов View Toolbar или View - Simple Toolbar) активируйте режим каркасного отображения модели Wireframe.
Femap 12 NX Nastran режим каркасного отображения модели

Создание модели серединной поверхности

Создайте модель серединной поверхности, затем удалите исходное твердое тело. После создания серединной поверхности, Вам понадобится дополнительная очистка геометрии, прежде чем Вы можете создать плоскую сетку.

Построение серединных поверхностей

Используйте инструменты автоматического построения серединных поверхностей:

  1. ‍Разверните и отмасштабируйте модель так, чтобы получить выгодную позицию для выбора точек целевой толщины, которые будут определять построение серединных поверхностей.
Femap 12 NX Nastran автоматическое построение серединных поверхностей
  1. ‍Geometry, Midsurface, Automatic.
  2. ‍В диалоговом окне выбора объектов Entity Selection нажмите кнопку Select All, затем нажмите ОК.
  3. ‍В диалоговом окне Automatic Midsurface Generation, в секции Midsurface Options, активируйте метод построения серединных поверхностей «pre-v11.1 Midsurface Method».
Примечание: Метод построения серединных поверхностей «pre-v11.1 Midsurface Method» используется в этом примере для того, чтобы показать дополнительные инструменты для дальнейшей обработки серединных поверхностей. Метод построения серединных поверхностей по умолчанию, в данном случае, сразу создаст все необходимые поверхности и в дальнейшем не возникнет необходимости их редактировать. Повторите попытку, не включая метод «pre-v11.1 Midsurface Method», чтобы увидеть, как работает расширенный алгоритм, назначенный по умолчанию, с этой геометрией.
  1. В диалоговом окне автоматического построения серединных поверхностей Automatic Midsurface Generation нажмите кнопку Measure Distance, чтобы измерить расстояние или сочетание клавиш Ctrl+D на клавиатуре (при этом, курсор должен находится в поле ввода). Воспользуйтесь инструментом Measure Distance для измерения расстояния.
Примечание: Кнопка «Measure Distance» или сочетание клавиш Ctrl+D позволяют определить расстояние целевой толщины, по которой будут построены серединные поверхности. Программное обеспечение использует это значение для определения поверхностей, между которыми следует построить среднюю поверхность. Целевая толщина должна быть немного больше, чем наибольшее расстояние между плоскостями на твердых телах, по которым Вы хотите построить серединные поверхности. Если целевая толщина слишком мала, серединные поверхности не будут созданы. Если целевая толщина слишком высока, то серединные поверхности будут построены между теми поверхностями, которые Вам не нужны.
  1. ‍В диалоговом окне Locate нажмите кнопку Methods.
  2. ‍Выберите метод измерения расстояния между точками On Point.
Femap 12 NX Nastran автоматическое построение серединных поверхностей
  1. В диалоговом окне On Point выберите точку A (см. предыдущий рисунок).
  2. ‍Нажмите ОК.
  3. ‍В диалоговом окне On Point выберите точку B (см. предыдущий рисунок).
  4. ‍Нажмите ОК. В диалоговом окне Automatic Midsurface Generation примите значение, вычисленное командой Measure Distance и нажмите ОК.
Примечание: Значение целевой толщины должно быть приблизительно равно 4,93.
Femap 12 NX Nastran автоматическое построение серединных поверхностей

Удаление исходной геометрии

Удалите исходное твердое тело:

  1. ‍Delete, Geometry, Solid.
  2. ‍В диалоговом окне выбора объектов Entity Selection введите идентификатор твердого тела ID:1
  3. ‍Нажмите ОК. Затем нажмите ОК еще раз.
Femap 12 NX Nastran удаление исходной геометрии
  1. В выпадающем списке меню View Style (на панели инструментов View Toolbar или View - Simple Toolbar) активируйте режим полного отображения модели Solid.
Femap 12 NX Nastran удаление исходной геометрии

Очистка геометрии

Чтобы создать более точную модель серединной поверхности, необходимо обрезать каждое ребро, а затем удалить верхнюю часть.

Обрежьте поверхность каждого ребра:

  1. ‍Geometry, Midsurface, Trim with Curve.
  2. В диалоговом окне Select Surface/Solid to Trim выберите одно из восьми ребер.
  3. ‍Нажмите ОК.
Femap 12 NX Nastran очистка геометрии
  1. В диалоговом окне выбора объектов Entity Selection выберите кривую «С» как показано на рисунке выше.
  2. ‍Нажмите ОК.
Femap 12 NX Nastran очистка геометрии
Обратите внимание: Выбранная поверхность теперь разрезана на две поверхности вдоль линии.
  1. ‍Затем повторите процедуру, чтобы обрезать остальные семь ребер и нажмите Cancel.
Совет: Вы можете вращать модель, удерживая нажатой среднюю кнопку мыши и перемещая курсор.

Удалите верхнюю часть каждого ребра:

  1. ‍Delete, Geometry, Surface.
  2. ‍В диалоговом окне выбора объектов Entity Selection выберите поверхности «D», созданные в верхней части каждого ребра (одна из таких поверхностей показана на рисунке ниже).
  3. ‍Нажмите ОК. Затем нажмите ОК еще раз.
Femap 12 NX Nastran очистка геометрии CADIS
Примечание: Верхние поверхности каждого ребра теперь удалены.
Femap 12 NX Nastran очистка геометрии CADIS

Спроецируете линии ребер на стенки корпуса:

  1. ‍Geometry, Midsurface, Intersect.
  2. ‍В диалоговом окне выбора объектов Entity Selection нажмите кнопку Select All, затем нажмите ОК.

Создание сетки модели

Первым шагом создания сетки модели является назначение атрибутов сетки для всех поверхностей. Если атрибуты были созданы неверно, то и результаты будут неправильными.

Затем установите размер сетки. Наконец, постройте плоскую сетку конечных элементов на поверхностях.

Создание и назначение атрибутов

Назначьте атрибуты сетки поверхностям:

  1. ‍Geometry, Midsurface, Assign Mesh Attributes.
  2. В диалоговом окне выбора объектов Entity Selection нажмите кнопку Select All, затем нажмите ОК. В диалоговом окне Define Material – ISOTROPIC нажмите кнопку Load, чтобы загрузить стандартный материал из библиотеки.
  3. В диалоговом окне Select from Library выберите материал «AISI 4340 Steel».
  4. ‍Нажмите ОК. Затем в диалоговом окне Define Material – ISOTROPIC нажмите ОК еще раз. На вопрос «OK to Consolidate Properties by Thickness» нажмите «No».
Обратите внимание: Каждая поверхность теперь имеет свойство плоских элементов и ссылается на материал. Нажатие кнопки «Yes» минимизировало бы количество новых свойств, которые имеют близкие толщины в соответствии с заданным допуском «Tolerance».
Совет: Если серединные поверхности создаются вручную с помощью таких команд, как «Geometry, Surface, Offset» или «Geometry, Surface, Extrude», поверхности не будут иметь атрибутов сетки при автоматическом назначении. Необходимо вручную назначить атрибуты сетки, создав или назначив существующие свойства с использованием соответствующей  толщины.

Построение сетки конечных элементов

Установите размер сетки по умолчанию, затем разбейте серединный поверхности на плоские конечные элементы:

  1. ‍Mesh, Mesh Control, Size on Surface.
  2. ‍В диалоговом окне выбора объектов Entity Selection нажмите кнопку Select All, затем нажмите ОК. В диалоговом окне Automatic Mesh Sizing нажмите ОК, затем нажмите Cancel.
  3. ‍Mesh, Geometry, Surface.
  4. ‍В диалоговом окне выбора объектов Entity Selection нажмите кнопку Select All, затем нажмите ОК. В диалоговом окне Automesh Surfaces нажмите ОК.
  5. ‍На панели инструментов View нажмите на иконку View Visibility (команда View, Simple Toolbar). Либо нажмите Ctrl+Q.
  6. ‍В диалоговом окне видимости объектов Visibility перейдите на вкладку Entity/Label.
  7. ‍Переключитесь на настройки отображения объектов Draw Entity.
Femap NX Nastran Установите размер сетки
  1. Отключите отображение узлов и всех объектов геометрии.
Femap NX Nastran Установите размер сетки
  1. Нажмите Done.
Femap 12 NX Nastran Установите размер сетки

Приложение нагрузок и закреплений

Чтобы нагрузить модель, необходимо приложить давление к поверхности в задней части корпуса. Вы также зададите закрепления по периметру отверстий.

Создайте набор нагрузок и приложите давление к задней части:

  1. ‍Model, Load, On Surface.
  2. ‍Поскольку в модели отсутствуют наборы нагрузок, FEMAP предложит создать их. В диалоговом окне New Load Set в поле Title введите название набора нагрузок.
  3. ‍Нажмите ОК.
  4. В диалоговом окне выбора объектов Entity Selection выберите серединную поверхность в задней части корпуса. Она может иметь различные идентификаторы ID (обычно ID:129). 
  5. ‍Нажмите ОК.
  6. ‍В диалоговом окне Create Loads on Surfaces выберите давление Pressure.
  7. ‍Введите значение давление в поле Value: -1.
  8. ‍Нажмите ОК, затем нажмите Cancel.
Femap 12 NX Nastran Приложение нагрузок и закреплений

Задайте закрепление по периметру отверстий в нижней части корпуса:

  1. ‍Model, Constraint, On Curve.
  2. ‍Поскольку в модели не существует наборов закреплений, FEMAP предложит создать их. В диалоговом окне New Constraint Set в поле Title введите название набора закреплений.
  3. ‍Нажмите ОК.
  4. ‍В диалоговом окне выбора объектов Entity Selection выберите восемь кривых вокруг отверстий в основании.
  5. ‍Нажмите ОК.
Совет: Можно развернуть модель и увеличить углы корпуса, чтобы облегчить выбор этих кривых. В то время, когда активно диалоговое окно выбора кривых, Вы можете использовать среднюю кнопку мыши, для вращения модели, а также использовать команды «Zoom» и «Previous Zoom» на панели инструментов View Toolbar.
  1. ‍В диалоговом окне Create Constraints on Geometry нажмите кнопку Pinned - No Translation.
  2. ‍Нажмите ОК, затем Cancel.
Femap 12 NX Nastran Задайте закрепление по периметру отверстий
Совет: Чтобы просмотреть узлы и элементы, к которым были применены нагрузки и ограничения, используйте команды «Model, Load, Expand» и «Model, Constraint, Expand».

Анализ модели

Выполните статический анализ модели с помощью решателя NX Nastran.

Создайте анализ и запустите расчет:

  1. ‍Model, Analysis.
  2. Нажмите кнопку New.
  3. ‍Выберите «36..NX Nastran» из выпадающего списка решающей программы Analysis Program. Выберите линейный статический анализ «1..Static» из раскрывающегося списка типов анализа Analysis Type.
  4. ‍Нажмите ОК. Затем в диалоговом окне Analysis Set Manager нажмите кнопку Analyze.

Обработка результатов

Для этого анализа отобразите деформированный вид модели и контурную эпюру напряжений.

Отобразите деформированный вид модели и контурную эпюру напряжений:

  1. ‍View Select (F5).
  2. ‍В диалоговом окне View Select в разделе Deformed Style активируйте режим отображения деформированного вида модели «Deform». В разделе Contour Style активируйте режим отображения результатов анализа в виде контурной заливки «Contour».
  3. ‍Нажмите кнопку Deformed and Contour Data.
  4. ‍В диалоговом окне Select PostProcessing Data, в разделе выходных векторов Output Vectors, в поле векторов для деформированного вида Deform, выберите «1..Total Translation». В поле Contour выберите выходной вектор контурной заливки «7026..Plate Top MajorPrn Stress».
  5. ‍Нажмите ОК во всех диалоговых окнах.
Femap 12 NX Nastran контурная эпюра напряжений
  1. Разверните модель так, чтобы Вы могли видеть заднюю часть корпуса.
Примечание: Вы можете заметить, что главные напряжения «Plate Top MajorPrn Stress» отображаются с обоих сторон каждого элемента.
Femap 12 NX Nastran контурная эпюра напряжений CADIS

Измените параметры контурной эпюры, чтобы одновременно отобразить двусторонние выходные векторы «Top» и «Bottom»:

При выборе стандартного выходного вектора для верхней (Top) или нижней (Bottom) стороны плоских элементов, как это было сделано выше, FEMAP автоматически отобразит верхние или нижние значения на одной и той же эпюре.

  1. View Select (F5).
  2. В диалоговом окне View Select нажмите кнопку Deformed and Contour Data.
  3. В диалоговом окне Select PostProcessing Data, в разделе выходных векторов Output Vectors, активируйте опцию «Double-Sided Planar Contours» для одновременного отображения «Plate Top MajorPrn Stress» и «Plate Bot MajorPrn Stress» на одной эпюре.
  4. Нажмите на кнопку Contour Options.
  5. В диалоговом окне Select Contour Options в разделе Contour Type выберите режим отображения результатов «Elemental».
  6. В разделе Data Conversion активируйте осреднение узловых значений «Average».
  7. В разделе Data Selection активируйте опцию использования узловых результатов «Use Corner Data».
  8. Нажмите ОК во всех диалоговых окнах.
Femap 12 NX Nastran контурная эпюра напряжений CADIS
Обратите внимание: Визуализация результатов изменилась. Контурная эпюра теперь показывает напряжения «Plate Top MajorPrn Stress» на верхней грани элементов и «Plate Bot MajorPrn Stress» на нижней грани элементов.
  1. ‍Разверните модель чтобы убедиться в этом.
Femap 12 NX Nastran контурная эпюра напряжений CADIS

Для более удобного просмотра двухсторонних результатов активируйте визуализацию толщины конечных элементов:

  1. ‍View Options (F6).
  2. ‍В диалоговом окне View Options перейдите в категорию Labels, Entities and Color.
  3. ‍В разделе Options выберите настройки ориентации элементов «Element - Orientation/Shape». В параметрах Element Shape выберите «1..Show Fiber Thickness».
  4. ‍Перейдите в категорию Tools and View Style.
  5. ‍В настройках Options выберите «Filled Edges».
  6. ‍Отключите отображение ребер элементов, убрав галочку в чекбоксе Draw Entity.
  7. ‍Нажмите ОК.
Femap 12 NX Nastran визуализация толщины конечных элементов
Совет: Вы также можете быстро включить «Filled Edges» и «Thickness/Cross Section», используя меню View Style на панели инструментов View. Просто щелкните левой кнопкой мыши на иконки «Filled Edges» или «Thickness/Cross Section» в меню View Style , чтобы их отключить, а затем повторите действие, чтобы включить их обратно в любой момент.

Дополнительные уроки по Femap NX Nastran:

Урок №1: Линейный анализ потери устойчивости кронштейна в Femap

Урок №2: Создание геометрии и сетки в FEMAP

Урок №3: Группы и слои в FEMAP. Отличия и рекомендации

Урок №4: Режимы отображения и настройки вида View Options

Урок №5: Использование постпроцессора Femap with NX Nastran

Урок №6: Подготовка геометрии к разбиению на сетку КЭ в FEMAP with NX Nastran

Урок №7: Восстановление испорченной геометрии для создания сетки КЭ

Урок №8: Восстановление дефектов сетки в ручном режиме

Урок №9: Расчет балочной модели фермерной конструкции

Урок №10: Анализ осесимметричной модели сосуда под давлением

Урок №11: Анализ модели сварной трубы

Урок №12: Анализ пластинчатой модели корпуса

Урок №13: Динамический анализ переходных процессов Direct Transient в FEMAP

Урок №14: Гармонический анализ в FEMAP с использованием рестарта

По вопросам приобретения, бесплатного тестирования и любым другим вопросам, пожалуйста, обращайтесь:
📨  info@cad-is.ru 📞 7 (495) 175-571-4 или через форму обратной связи: https://www.cad-is.ru/forms/price

Дополнительные статьи по теме