6.2.5 Особенности подготовки к расчету моделей, содержащих объемные конечные элементы
При подготовке состоящей из объемных элементов модели к расчету и проведении самого расчета необходимо учитывать следующие обстоятельства:
В МКЭ связующими звеньями между отдельными конечными элементами, обеспечивающими передачу нагрузок на другие конечные элементы, служат узлы. Напомним, что узлы объемных конечных элементов имеют не шесть степеней свободы, как узлы стержневых и пластинчатых элементов, а только три (подробнее см. гл. 1). Фактически это означает, что объемные конечные элементы соединены друг с другом в узлах с помощью шарового шарнира и, следовательно, передают соседним элементам только усилия и перемещения. Поэтому задавать силовые факторы в узлах объемного конечного элемента в виде моментов не имеет смысла, даже если программа позволяет это сделать — при расчете они все равно учитываться не будут. Это же касается и опор — они также будут действовать только по перемещениям, разрешая повороты, несмотря на то, что при их установке пользователь может флажками запретить поворот вокруг какой-либо из осей.
Начиная с версии 9.0 модуля АРМ StructureSD нагрузка, действующая на модель, состоящую из объемных элементов, может быть представлена не только в виде приложенной к узлам силы или в виде узлового перемещения, но и как давление на поверхность объемного элемента (см, п. 8.4). Причем если модель создавалась с использованием трехмерного редактоpa АРМ Studio, а нагрузки прикладывались непосредственно к элементам трехмерной модели (граням или ребрам), то можно задавать не только величину давления или распределенной силы на этот элемент, но и силу, действующую на всю поверхность или ребро (см. п. 7.3).
Если нужно посмотреть результаты расчета напряжений в каком-либо конкретном сечении объемной модели, то, в отличие от стержневой модели, необходимо это сечение подготовить заранее, разместив отсекаемую часть модели в другом слое (слоях). После проведения расчета этот слой (слои) выключаются, и можно посмотреть карту напряжений в интересующем сечении.
Перейдем теперь непосредственно к описанию процесса подготовки объемной модели к расчету. В качестве примера рассмотрим подготовку к расчету мо-
Рис. 6.27. Расчетная модель головки Рис. 6.28. Карта напряжений модели торцевого гаечного ключа головки торцевого ключа
дели головки торцевого гаечного ключа (см. рис. 6.27). Модель имеет верхний четырехгранный хвостовик, к которому присоединяется вороток, с помощью которого к хвостовику прикладывается вращающий момент. Из нижней части подели удален внутренний шестигранник, которым ключ надевается на головку болта или на гайку, грани и ребра которой будут служить опорами.
Для проведения расчета требуется задать действующие на модель нагрузки и поставить опоры. Пусть в качестве нагрузки выступает вращающий момент, действующий на ребра верхнего четырехгранник, а опоры установлены на ребрах внутреннего шестигранника, которым ключ опирается на откручиваемую гайку.
Поскольку к узлам объемных элементов модели нельзя приложить сосредоточенные моменты, то вращающий момент заменяем парой сил, приложенных к узлам противоположных ребер четырехгранника и равных отношению вращающего момента к длине плеча. Под величиной плеча в данном случае будем понимать расстояние между противоположными ребрами четырехугольника.
Опоры установим на ребрах внутреннего шестигранника, причем совершенно неважно, запрещены или разрешены повороты в узлах, поскольку сами узлы имеют три степени свободы. На рис. 6.28 показа карта напряжений этой модели.
Основные принципы просмотра карты результатов изложены в п. 4.4.11 Здесь отметим только, что визуализация результатов расчета объемной модели имеет особенности: на цветовой шкале показывается диапазон результатов выводимого параметра, а при перемещении указателя мыши непосредственно но объемным элементам (с одновременным щелчком на них левой кнопкой) в строке статуса отражается среднее значение данного параметра по соответствующему объемному элементу.