Министерство образования Республики Беларусь Белорусский государственный университет А. С. Кравчук, А. И. Кравчук Электронная библиотека механики и физики. Лекции по ANSYS/LS-DYNA и основам LS-PREPOST с примерами решения задач в 3 частях Часть 2. Ограничения и нагрузки в ANSYS/LS-DYNA. Решение поставленных задач и просмотр результатов решения в ANSYS/LS-DYNA Минск 2013 2 УДК 531/534:004.4(075.8)(076.1) + 539.3:004.4(075.8)(076.1) Решение о депонировании документа вынес совет механико-математического факультета (протокол № 7 от 18.06.2013 г.) Авторы: А. С. Кравчук, А. И. Кравчук Рецензенты: Босяков С. М., канд. физ.-мат. наук, доцент, доцент кафедры теоретической и прикладной механики БГУ. Недзьведь А. М., канд. тех. наук, ведущий научный сотрудник отдела интеллектуальных информационных систем Объединенного института проблем информатики НАН Беларуси. Электронная библиотека механики и физики. Лекции по ANSYS/LS-DYNA и основам LS-PREPOST с примерами решения задач [Электронный ресурс] : курс лекций для студ. мех.-мат. фак. обучающихся по специальности 1-31 03 02 «Механика (по направлениям)». В 3 ч. Ч. 2. Ограничения и нагрузки в ANSYS/LS-DYNA. Решение поставленных задач и просмотр результатов решения в ANSYS/LS-DYNA / А. С. Кравчук, А. И. Кравчук. – Электрон. текстовые дан. – Минск : БГУ, 2013. – 122 с. : ил. – Библиогр.: с. 119–120. – Загл. с тит. экрана. – № 002018062013. Деп. в БГУ 18.06.2013 г. Данный раздел курса лекций посвящен средствам задания динамических нагрузок, решения задач с помощью LS-DYNA Solver, визуализации результатов как средствами ANSYS/LS-DYNA, так и LS- PREPOST. Рассмотрены средства обмена между ANSYS/LS-DYNA и LS- PREPOST. Для иллюстрации материала используется ряд примеров. Они сопровождаются подробными пояснениями использования пунктов меню. Авторы выражают благодарность представительству CAD-FEM GmbH в СНГ за разрешение использовать ANSYS 10 ED при написании данного раздела. 3 Ограничения и нагрузки в ANSYS /LS-DYNA Общие сведения Целью проведения математического моделирования поведения объекта при каких либо внешних воздействиях. Однако, что бы определить реакцию объекта в ходе решения задачи, в начале необходимо определить тип и величину самого воздействия. Обычно внешнее воздействие определяется на границе созданной модели. В примере с балкой внешняя сила приложена на поверхности одного конца балки, а закрепление указывается отсутствием перемещений и вращений (т.е. закреплением) на другом конце балки. Под терминами «ограничение» и «нагрузка» понимаются все разнообразные процессы, которые происходят как на поверхностях твердого тела или объема жидкости, так и внутри его. Например, под «ограничением» в LS-DYNA понимается ограничение перемещений, вращений, скоростей и ускорений, либо ограничение предельно допустимого уровня деформации, за пределами которой происходит разрушение (уничтожение элемента). Последний тип «ограничений» доступен только в LS-PREPOST. Под «нагрузкой» понимается приложение изменяющихся во времени сосредоточенных или распределенных усилий, моментов, линейных и угловых скоростей и ускорений, перемещений и т.д. З а м е ч а н и е! В ANSYS/LS-DYNA основным различием понятия «ограничение» и «нагрузка» является то, что «нагрузка» изменяется во времени, а «ограничение» – нет. Не имеет значения, каким образом были наложены ограничения, т.к. перед решением задачи ANSYS/LS-DYNA преобразует их к компонентам конечно-элементной модели. Отметим, что если ограничения были приложены к геометрическим компонентам твердотельной модели, то они могут быть некорректно переданы в k-файл. Нагрузки в ANSYS/LS-DYNA прикладываются к множествам, состоящим из узлов или элементов конечноэлементного разбиения, созданным по определенным правилам. При этом используются следующие термины: «Составная часть» (component) – рассмотрено в части 1 курса лекций «ANSYS/LS-DYNA. Общая характеристика интерфейса и средств создания твердотельной модели детали. Использование моделей материалов и типов конечных элементов LS-DYNA». 4 «Группа» (part) элементов модели с новым PART ID создается из конечных элементов с уникальной комбинацией (характерной только этой группы) свойств материала (Material number), типа элементов (Element type number), действительных констант (Real constant set number). Создание групп важно для последующего создания «сборки» (assembly), а также при приложении распределенных нагрузок (например, давления) к части элементов конечно-элементной модели. «Сборка» (assembly) состоит из нескольких «групп» (parts). Применение «сборок» особенно удобно, при решении контактных задач. З а м е ч а н и е! Если «группы» (parts) не будут созданы пользователем, то при создании k-файла или решении задачи, это произойдет автоматически. Создание «группы» (part) элементов модели Создание группы можно осуществить с помощью комбинированного использования пункта главного меню Main Menu> Preprocessor> LS- DYNA Options> Parts Options и окон Select Entities, Component Manager. При использовании пункта главного меню Main Menu> Preprocessor> LS-DYNA Options> Parts Options появиться первое окно Parts Data Written for LS-DYNA (Рисунок 1). Необходимо оставить все установки «по умолчанию» (пункт Create all parts) и нажать кнопку OK. З а м е ч а н и е! Использование пункта Create all parts первый раз обязательно. Если созданные «по умолчанию» группы устраивают пользователя, то дальнейшие шаги можно опустить. Рисунок 1. Первое окно Parts Data Written for LS-DYNA 5 Если необходимо откорректировать созданные по умолчанию группы (перераспределить элементы), то необходимо воспользоваться пунктом меню утилит: Utility Menu> Select> Entities… С использованием меню Select Entities необходимо выбрать тип твердотельных компонент модели (например, Volumes в первом раскрывающемся списке) с одинаковыми атрибутами (By Attributes во втором раскрывающемся списке) (Рисунок 2). Для этого: Во втором разделе окне Select Entities необходимо выбрать пункт Material num. В окне ввода Min, Max, Inc ввести интересующий номер материала. Нажать Apply. Нажать Plot. Во втором разделе окне Select Entities необходимо выбрать пункт Elem Type num. В окне ввода Min, Max, Inc ввести интересующий номер типа элементов. Нажать Apply. Нажать Plot. Во втором разделе окне Select Entities необходимо выбрать пункт Real Set num. В окне ввода Min, Max, Inc ввести интересующий номер вещественных констант. Нажать Apply. Нажать Plot. 6 Рисунок 2. Окно Select Entities с выбранным опциями выделения геометрических компонент по номеру материала После выполнения этих операций на экране останутся отображенными только геометрические компоненты (в данном случае объемы с уникальной комбинацией свойств материала (Material number), типа элементов (Element type number), действительных констант (Real constant set number). Далее необходимо: В окне Select Entities необходимо выбрать во втором раскрывающемся списке пункт By Num/Pick (Рисунок 3), нажать Apply и с помощью окна выбора Select… и «мыши» из оставшегося множества выбрать геометрические компоненты модели, чьи конечные элементы будут объединены в «группу» (part). Нажать кнопку OK в окне выбора Select…. Нажать кнопку Plot в окне Select Entities. 7 Рисунок 3. Окно Select Entities с выбранным опциями выделения геометрических компонент с помощью «мыши» или по ее номеру После выполнения перечисленных выше действий необходимо использовать Component Manager… для создания «составной части» (component) из выбранных элементов: Utility Menu> Select> Component Manager… Необходимо нажать кнопку в окне Component Manager… . Далее в окне Create Component необходимо выбрать пункт Elements в поле ввода написать имя «составной части» (component) и нажать кнопку OK и закрыть окно Component Manager… . Выбирать пункт Pick Entities в окне Create Component не нужно. З а м е ч а н и е! После этого необходимо использовать пункт меню утилит для отмены выбора: Utelity Menu > Select> Everything На заключительном этапе создания «группы» (part) воспользуемся пунктом главного меню: Main Menu> Preprocessor> LS-DYNA Options> Parts Options В этом случае появиться первое окно Parts Data Written for LS-DYNA (Рисунок 1). Для корректировки существующего разделения на «группы» с учетом созданной «составной части» (component) необходимо выбрать пункт Add part и нажать кнопку OK. После этого появиться второе окно Parts Data Written for LS-DYNA (Рисунок 4), в котором в поле ввода Part ID Number необходимо ввести номер новой создаваемой группы, в 8 раскрывающемся списке выбрать уже созданную на предыдущих этапах «составную часть» (component) и нажать кнопку OK или Apply. З а м е ч а н и е! После этого элементы будут перераспределены в созданных ранее группах. Рисунок 4. Второе окно Parts Data Written for LS-DYNA Создание «сборки» (assembly) элементов модели из существующих «групп» (parts) В данном случае следует воспользоваться пунктом главного меню: Main Menu> Preprocessor> LS-DYNA Options> Assembly Options При этом появится окно Assembly Data Written for LS-DYNA (Рисунок 5), в котором следует оставить выбранным первый пункт (Create Assembly) и нажать кнопку OK. После этого появится второе окно Assembly Data Written for LS-DYNA (Рисунок 6), в котором в полях ввода необходимо ввести номер создаваемой «сборки» и имена уже существующих «групп» (parts), объединяемых в «сборку» (assembly), нажать кнопку OK. Рисунок 5. Первое окно Assembly Data Written for LS-DYNA 9 Рисунок 6. Второе окно Assembly Data Written for LS-DYNA Приложение динамических нагрузок Определение изменения нагрузки во времени с помощью массивов Utility Menu> Parameters> Array Parameters> Define/Edit… При использовании данного пункта меню появляется окно Array Parameters (Рисунок 7): В этом окне необходимо нажать Add… . В появившемся окне Add New Array Parameter (Рисунок 8) в поле Par необходимо ввести имя массива, который будет определять характер изменения нагрузки. В первом окне раздела I,J,K No. of row, column, planes необходимо указать, сколько значений изменяющейся во времени нагрузки будет использоваться (размерность массива). Нажимаем Apply. В окне Add New Array Parameter в поле Par необходимо ввести имя нового массива, который будет определять изменение времени. В первом окне раздела I,J,K No. of row, column, planes 10 необходимо указать сколько узловых точек времени использоваться. Нажимаем OK. Рисунок 7. Окно Array Parameters В окне Array Parameters выбираем первый массив (массив значений нагрузки), нажимаем Edit… и в окне Array Parameter … указываем первое значение (начальное значение нагрузки) и далее последующие значения нагрузки (безразмерная величина, значение и размерность которой будет устанавливаться позже с помощью коэффициента пропорциональности). З а м е ч а н и е! Массив значений нагрузки может задаваться в нормированном относительно максимального значения виде. Рисунок 8. Окно Add New Array Parameter