Курс лекций по основам численного расчета на прочность в программном комплексе abaqus (стр. 7 из 8)

Не забудьте нажимать кнопку Cancel для завершения каждой операции! После разбития на подобласти на балке можно создавать сетку. Для начала задается предварительное разбиение модели. Глобальное разбиение проведите с помощью опции Seed – Instance. Необходимо на экране указать на разбиваемую деталь и задать приблизительный размер элемента – 0.25 мм. Этот размер выбирается из условия размещения 4 элементов по толщине пластины, 2 элементов недостаточно для достижения сходимости. Такая сетка слишком густая, и достаточно иметь подробное разбиение только в зоне контакта. Для того чтобы загрубить сетку в зонах, отдаленных от зон контакта, необходимо воспользоваться опцией по направленному сгущению сетки. Вызывается

эта опция с помощью элемента меню Seed – Edge biased или кнопки Seed edge: Biased. На экране выбираются продольные ребра балки (8 ребер). На ребра надо указать в области, близкой к середине детали, там, где будет производиться сгущение сетки. В панели инструкций вводится соотношение между максимальной и минимальной длиной элементов на ребре, а также количество элементов. Соотношение между длинами задается равным 4, количество элементов 40.

Можно также загрубить сетку по ширине пластины. На экране необходимо выбрать 8 ребер на торцах. Изменить разбиение с помощью элемента меню Seed - Edge By Number или соответствующей кнопки. В окне инструкций задайте количество элементов, равное 4.

Прежде чем приступить непосредственно к генерации сетки, необходимо определить тип элементов, которые будут участвовать в ее создании. Для этого используется команды меню Mesh – Element Type или кнопки Assign Element Type. На экране выберите с помощью мыши подобласти, для которых надо определить тип элементов – обе части балки. А в окне Element Type определите характеристики элементов следующим образом: библиотека Standard, семейство 3Dstress, порядок элементов Linear, тип HEX. Так заданный элемент классифицируется как C3D8I. При этом необходимо обратить внимание, что в задачах контакта с изгибом лучше всего использовать элементы типа Incompatible modes.

Создание сетки для балки следует производить по каждой ее половине отдельно, используя элемент меню Mesh – Region или кнопку Mesh Region.

Создание вычислительного процесса и запуск расчета произведите известным вам способом. Как всегда, имя файла задания и его описание должно быть уникальными. Например, Beam3D&Ball и Roquelle соответственно. Во время расчета можно просмотреть процесс его выполнения (отчет, записываемый в *.sta-файл): записанные шаги и изменение шага, погрешности и так далее. А также, нажав на кнопку Results, можно автоматически загрузить уже рассчитанные результаты для просмотра.

На этом занятии мы рассмотрели особенности представления результатов в контактных задачах. По умолчанию в CAE для контактных задач задается вывод контактных напряжений, а также зазора между контактными поверхностями.

Для вывода поля контактных напряжений необходимо воспользоваться опцией Result – Field Output, в поле переменных Primary Variables выбирается переменная CPRESS Contact pressure at surface nodes. После выбора данной функции необходимо развернуть деталь так чтобы была видна область контакта. Используя элемент меню Animate – Time History можно получить анимированную картину деформирования пластины по шагам интегрирования.

Расстояние между контактирующими поверхностями можно вывести в виде поля, также используя элемент меню Result – Field Output, в котором в качестве Primary Variables, задается COPEN – Contact opening at nodes.

Лекция 6.

Моделирование контактной задачи на примере взаимодействия консольно закрепленной балки и лежащего на ней упругого цилиндра, нагруженного поперечной силой.

Запись результатов анализа в видеоклип.

На этот раз будем решать контактную динамическую задачу. Откройте все тот же файл с балкой и сохраните его, как всегда, под новым именем. Положим на нее цилиндр и посмотрим, что произойдет, когда к нем будет приложена нагрузка. На этот раз цилиндр будет не абсолютно жестким телом, а упругим, но намного более жестким по сравнению с балкой. Итак, имеется модель консольно заделанной упругой балки, на которую действует перерезывающая сила, и статический шаг расчета. До начала действия силы необходимо задать контакт балки с лежащим на ней цилиндром, на который действует поперечная сила. После воздействия силы тип шага расчета надо поменять на динамический, так как необходимо проследить движение цилиндра во времени.

В модуле PART при помощи описанных ранее действий создайте новую деталь путем выдавливания Extrusion из окружности цилиндра. Все действия такие же, как и при создании балки, с тем лишь отличием, что в качестве шаблона для выдавливания надо задать окружность радиусом 5 и с центром в начале координат при помощи команд меню Add – Circle – Center and Radius или кнопки Create Circle: Center and Radius. Для удобства приложения силы задайте окружность так, чтобы нажатие кнопки мыши, задающее ее радиус, приходилось на самую верхнюю точку окружности. Также можно задать окружность путем ввода координат центра (0.0,0.0) и точки на ее периметре (0.0, 5.0). Высота цилиндра (глубина выдавливания Extrusion Depth) равна 10, то есть вдвое шире грани балки.

В модуле PROPERTY задайте новый материал со свойствами Young’s Modulus E = 9.9e+10, Poisson’s Ratio n =0.25, Density r = 7800кг/м³ (легированная сталь), создайте соответствующее сечение и присвойте его цилиндру.

В модуле ASSEMBLY создайте сборку из балки и цилиндра. Поскольку балка уже включена в сборку, выделите только цилиндр, по умолчанию – Part-2, и нажмите ОК. Альтернативно, можно было создать новую сборку из двух деталей, а затем удалить старую, как это делалось на предыдущем занятии. Обратите внимание на то, что цилиндр должен лежать на балке, для этого его надо повернуть на 90° относительно оси «Y» и сдвинуть по этой оси на 5.5 мм вверх, на 5 мм вперед вдоль оси «Х» и на 20 мм вдоль балки по оси «Z». Делается это при помощи команд меню Part – Instance – Rotate и Part – Instance – Translate соответственно. Также можно использовать кнопки

Rotate Part Instance и Translate Part Instance.

Чтобы повернуть цилиндр, сначала задайте ось вращения – единичный орт «Y» путем ввода координат (0.0,0.0,0.0) и (0.0,1.0,0.0), а затем укажите угол поворота Angle of rotation = 90. Подтвердите новое положение Position of Instance нажатием кнопки ОК. Чтоб переместить его, введите координаты вектора переноса (0.0,0.0,0.0) и (-5.0,5.5,20.0), и также подтвердите новое положение нажатием ОК.

В модуле STEP должен быть изменен шаг расчета – статический (по умолчанию – Step-1, он уже наследован из предыдущей базы данных) удалите кнопкой Delete в соответствующем менеджере Step Manager, и на его месте назначьте новый динамический Dynamic, Implicit шаг расчета, с соответствующим описанием, например, Rolling. Время расчета Time Perriod задайте равным 24 с. Нажмите закладку Incrementation и задайте Type как Fixed, после чего введите Increment Size = 0.1, и Maximum Number of Increments = 400.

Перейдите в модуль INTERACTION. Подобно тому, как это делалось на предыдущем занятии, задайте контакт между балкой и цилиндром, с формулировкой трения Friction Formulation без проскальзывания Frictionless на шаге Initial. Не забудьте, что главной является внешняя поверхность цилиндра! Верхняя поверхность балки – подчиненная, несмотря на ее закрепление, поскольку он менее жесткая.

В модуле LOAD уже имеется одно граничное условие для балки. Теперь добавьте граничное условие Create Boundary Condition на шаге Initial, чтобы ограничить перемещения цилиндра относительно поверхности контакта. Для этого выберите тип Symmetry/Antisymmetry/ Encastre и укажите мышью, удерживая клавишу Shift, две боковых грани цилиндра, потом нажмите кнопку Done и задайте граничное условие как Xsymm. Затем надо задать нагрузки. На динамическом шаге расчета приложите силу к цилиндру при помощи кнопки Create Load или соответствующих команд меню. В окне Create Load укажите тип нагружения Types for Selected Step как Concentrated Force из категории Category механических нагрузок Mechanical, при помощи мыши выберите, удерживая клавишу Shift, две верхних точки цилиндра и подтвердите ввод кнопкой Done, а в окне Edit Load задайте ее величину CF2 = -200 Н, CF3 = 100000 Н.

В модуле MESH надо измельчить верхнюю поверхность балки. Однако, на балке уже имеется старая сетка, ее надо стереть, использовав команд меню Mesh – Delete Instance Mesh или кнопку Delete Instance Mesh. Затем выделите всю балку при помощи мыши и нажмите кнопки Done, а потом ОК. Когда сетка исчезнет, при помощи команд меню Seed – Instance или кнопки Seed Part Instance задайте глобальный размер элемента на всей балке равным 1 мм, а затем используйте команды меню Seed – Edge by Size или соответствующую кнопку, затем, удерживая клавишу Shift, выделите мышью 4 длинных ребра балки. Подтвердив выбор, введите размер элемента вдоль этих ребер равным 5 и снова подтвердите ваш выбор. После команды Mesh Part Instance вы увидите, как изменилась сетка на балке. Теперь аналогично постройте сетку для цилиндра, на этот раз использовав команду Seed – Edge by Number, после чего выделите мышью задающие цилиндр окружности, удерживая клавишу Shift, и задайте количество элементов вдоль них равным 24. Далее сетка достраивается известным уже вам способом.