3.4. Порядок проведения работы

Задачу можно решать как в осесимметричной, так и в плоской постановках. В данной работе задача считается плоской. Таким образом, расчетная область — поперечное сечение трубы, точнее — его часть: в силу симметрии задачи достаточно рассмотреть какой-либо сектор сечения. При этом на краях сектора (радиальных линиях) необходимо поставить подходящие граничные условия с учетом того, что все точки перемещаются лишь в радиальном направлении. Узлы, находящиеся на краях сектора, должны свободно смещаться вдоль радиальных краев, но не должны иметь возможности перемещаться в окружном направлении. В системе ANSYS имеется возможность зафиксировать какие-либо степени свободы узлов, то есть перемещения UX и UY вдоль координатных осей X и Y. Таким образом, желаемые граничные условия можно получить, сделав один из краев сектора горизонтальным, а другой — вертикальным (рис. 3.2).

Рис. 3.2: Расчетная область

Шаг 1. Задание свойств материала

При решении задачи необходимо задать те свойства материала, которые используются для выбранного типа расчета. Почти во всех работах рассматривается статическая линейная упругость, поэтому будет необходимо задать упругие модули (в задачах динамики потребуется еще плотность).

Добавление линейно упругого материала в модель

1. Preprocessor  Material Props  Material Models

2. В списке “Material Models Available” выбрать Structural  Linear  Elastic  Isotropic (двойной щелчок мыши на Isotropic)

3. Ввести модуль Юнга в поле EX и коэффициент Пуассона в поле PRXY

4. Нажать кнопку OK

5. Закрыть окно “Define Material Model Behavior”

Добавленный материал будет автоматически присваиваться всем создаваемым областям.

Геометрия модели

Перед созданием плоской области, изображенной на рис. 3.2 создаются ее стороны, а для создания сторон, в свою очередь, требуется задать несколько точек (keypoints). Необходимо создать точки во всех углах и в начале координат (всего 5 точек).

Шаг 2. Создание точек

1. Preprocessor  Modeling  Create  Keypoints  On Working plane.

2. Ввести координаты первой точки (через запятую; в качестве десятичного разделителя использовать точку; пробелов не ставить) и нажать Enter. Ввести координаты второй точки и нажать Enter.

3. Ввести координаты последней точки и нажать Enter

4. Нажать кнопку OK

После создания всех необходимых точек строятся стороны области — две дуги окружности и два отрезка.

Шаг 3. Создание дуги

1. Preprocessor  Modeling  Create  Arcs By End KPs & Rad.

2. Выбрать мышью точки на концах дуги и нажать кнопку OK

3. Выбрать мышью точку в центре дуги и нажать кнопку OK

4. Ввести в поле “Radius of the arc” радиус дуги и нажать кнопку OK

Шаг 4. Создание отрезков прямых линий

1. Preprocessor  Modeling  Create  Lines  Straight Line

2. Выделить мышью концы первого отрезка. Выделить мышью концы второго отрезка.

3. Выделить мышью концы последнего отрезка

4. Нажать кнопку OK

После того, как граница расчетной области создана, создается сама область (четверть сечения трубы).

Шаг 5. Создание плоской области по ее границе

1. Preprocessor  Modeling  Create  Areas  Arbitrary  By Lines

2. По очереди выделить мышью кривые, составляющие границу области или отметить флажок “Loop” и выбрать мышью любую из кривых

3. Нажать кнопку OK

Шаг 6. Задание типов конечных элементов и их свойств

Перед созданием сетки необходимо определить, из каких элементов она будет состоять. Выбранные типы элементов необходимо добавить в модель, выполнив следующие действия:

1. Preprocessor  Element Type  Add/Edit/Delete

2. Нажать кнопку Add

3. В списке слева выбрать категорию, затем справа тип элемента (в данной задаче — категория “Solid”, тип “Quad 4node 42”)

4. Нажать кнопку Apply

5. При необходимости аналогичным образом выбрать другие типы элементов (в данной задаче — “Quad 8node 82”)

6. Нажать кнопку OK

7. Далее может понадобиться настройка элементов в соответствии с постановкой задачи. Например, для двумерных элементов нужно указать, какая постановка (плоское напряженное состояние, плоская деформация или осесимметричная деформация) используется. В данной задаче надо указать, что рассматривается плоская деформация. Для этого выбрать первый добавленный элемент (PLANE42) и нажать кнопку Options. В поле “Element behavior” выбрать “Plane strain”. Нажать кнопку OK Аналогично надо указать тип постановки и для второго элемента (PLANE82)

8. Нажать кнопку Close.