Электронная библиотека механики и физики - Кравчук А. С., Смалюк А. Ф., Кравчук А. И. - Кравчук А. С.-Лекции по ANSYS с примерами решения задач в пяти частях [2013, PDF, RUS]

Введение ....................................................................................................................... 3
Графический интерфейс и командная строка...................................................... 6
Основные элементы графического интерфейса системы ansys ...................... 7
Меню утилит ..................................................................................................... 8
Главное меню .................................................................................................... 9
Окно ввода ...................................................................................................... 10
Графическое окно ........................................................................................... 10
Окно вывода .................................................................................................... 11
Работа с файлами моделей ................................................................................ 11
Определение рабочего имени файла ............................................................ 11
Сохранение файла модели ............................................................................. 12
Открытие существующего файла с моделью .............................................. 14
Создание новой модели ................................................................................. 16
Выход из ANSYS ............................................................................................ 17
Нумерация компонент модели ...................................................................... 18
Изменение положения модели на экране .................................................... 20
Средства создания геометрической модели детали в ANSYS ......................... 26
Общая характика средств моделирования ....................................................... 26
Построение модели «снизу вверх» ............................................................... 26
Построение модели «сверху вниз» ............................................................... 27
Дополнительные средства создания и редактирования модели ............... 27
Создание ключевых точек ................................................................................. 28
Создание ключевых точек ............................................................................. 29
Дополнительные средства создания ключевых точек ................................ 32
Постоянные точки .......................................................................................... 33
Создание линейных примитивов (прямые линии, дуги, сплайны и др.) ...... 35
Создание линии между двумя точками ....................................................... 35
Создание дуги по трем точкам ...................................................................... 38
Создание окружности или дуги по центру и углу ...................................... 42
Создание сплайна без указания направления ориентации касательной
линии на его концах ....................................................................................... 47
Дополнительные средства сознания сплайнов............................................ 51
Создание линии под углом к существующей линии .................................. 53
Дополнительные средства создания линейных примитивов ......................... 55
Cоздание линии, имеющей общую касательную с существующей линией
.......................................................................................................................... 56
Создание линий вытягиванием из набора ключевых точек ...................... 57
Создание набора окружностей вращением ключевых точек..................... 58
Создание кратчайшей линии между двумя ключевыми точками на
произвольной поверхности ........................................................................... 59
Cоздание линии касательной к двум линиям .............................................. 60
Создание базовых двумерных примитивов (прямоугольник, круг, и т.д.) .. 60
Создание прямоугольников на рабочей плоскости .................................... 61
Создание круга, сектора, сектора кругового кольца .................................. 67
Создание правильных плоских многоугольников с центром в начале
координат ........................................................................................................ 75
Создание поверхности произвольной формы ............................................. 79
Создание поверхности произвольной формы вытягиванием линий ............ 83
Создание объемных примитивов ...................................................................... 87
Создание параллелепипеда ........................................................................... 88
Создание цилиндра, пустотелого цилиндра, сектора пустотелого
цилиндра .......................................................................................................... 94
Создание правильной призмы ..................................................................... 102
Создание шара, шара с шаровой полостью ............................................... 106
Создание конуса, конического сектора ...................................................... 113
Создание тора, тороидального сектора ...................................................... 116
Создание объемов произвольной формы на основе вершин ................... 118
Создание объемов произвольной формы на основе поверхностей ........ 120
Создание объемов вытягиванием ............................................................... 121
Создание объемов с помощью вращения набора поверхностей ............. 123
Создание объема выдавливанием участка поверхности вдоль нормали 125
Создание объемов «выдавливанием» ......................................................... 126
Литература ............................................................................................................... 128

Средства отображения компонентов модели ....................................................... 3
Списки компонент ................................................................................................ 3
Команда и пункты меню утилит для вывода списка всех ключевых точек
............................................................................................................................ 3
Команда и пункт меню для вывода списка всех линий ............................... 5
Команда и пункт меню для вывода списка всех поверхностей................... 6
Команда и пункты меню для вывода списка всех объемов ......................... 7
Средства создания выборочного списка компонент и их необходимых
атрибутов ........................................................................................................... 8
Команды для отрисовки компонент модели ................................................... 10
Команда для отображения на экране выбранных ключевых точек .......... 11
Команда отображения линий ........................................................................ 12
Команда отображения поверхностей ........................................................... 13
Команда отображения объемов .................................................................... 14
Выбор активных компонент модели для просмотра и редактирования ... 15
Средства редактирования ...................................................................................... 24
Операции с ключевыми точками ...................................................................... 24
Средства перемещения ключевых точек ..................................................... 24
Копирование ключевых точек ...................................................................... 26
Средства создания симметричного относительно оси множества
ключевых точек .............................................................................................. 28
Средства для удаления ключевых точек не участвующих в разбиении: . 30
Операции с линиями .......................................................................................... 31
Сгругление между линиями .......................................................................... 31
Копирование или перемещение существующих линий ............................. 34
Симметричное отображение линий .............................................................. 37
Деление линий на меньшие линии ............................................................... 39
Удлинение произвольной линии .................................................................. 42
Удаление линии .............................................................................................. 44
Операции с поверхностями ............................................................................... 46
Создание скругления на пересечении двух поверхностей ........................ 46
Создание поверхностей паралельным переносом ...................................... 47
Копирование или перемещение одной или нескольких поверхностей .... 48
Создание поверхностей при помощи симметрии ....................................... 49
Удаление поверхности ................................................................................... 51
Операции с объемами ........................................................................................ 52
Копирование или перемещение объемов ..................................................... 52
Симметричное отображение объемов .......................................................... 54
Удаление объемов .......................................................................................... 55
Дополнительные средства редактирования компонентов в ANSYS ............ 57
Сжатие нумерации компонентов модели после редактирования ............. 57
Создание модели с помощью булевских операций ........................................ 58
Общие сведения .............................................................................................. 58
Установка опций булевских операций ......................................................... 58
Пересечения геометрических фигур ............................................................ 60
Попарное пересечение геометрических фигур ........................................... 66
Сложение ......................................................................................................... 69
Вычитание ....................................................................................................... 72
Вычитание рабочей плоскости ..................................................................... 81
Наложение (перекрытие) ............................................................................... 83
Склейка ............................................................................................................ 85
Примеры создания твердотельных моделей средствами ANSYS для
решения в последующих лекциях физических задач ....................................... 87
Предварительные действия. Выбор системы физических единиц ........... 87
Пример 1. Распределение напряжений в плоском образце с
концентратором .............................................................................................. 88
Пример 2. Определение напряжений в гребенке с трапецоидальными
зубъями (плоская задача) ............................................................................. 100
Пример 3. Расчет напряженно-деформированного состояния в плоскости
кривошипа коленчатого вала ...................................................................... 115
Пример 4. Распределение температур в поперечном сечении
строительного перекрытия .......................................................................... 123
Пример 5. Изгиб пружины с шагом витка 0,006 m под действием силы
тяжести .......................................................................................................... 136
Литература ............................................................................................................... 14

Определение физических констант материалов участвующих в решении
задач в ANSYS ............................................................................................................. 3
Общая характеристика ......................................................................................... 3
Выбор типа решаемой задачи ......................................................................... 3
Выбор физической модели .............................................................................. 4
Понятие о задачах теплообмена, решаемых в ANSYS................................. 6
Задачи механики твердого тела .................................................................... 10
Дополнительные средства работы со свойствами материалов в ANSYS .... 36
Сохранение созданных моделей материалов в отдельный mp-файл ........ 36
Чтение файла со свойствами материала ...................................................... 37
Сжатие нумерации свойств модели после редактирования ...................... 38
Примеры определения свойств материалов средствами ANSYS для
решения физических задач ................................................................................ 39
Пример 1. Определение свойств изотропных упругих материалов ......... 39
Примеры 2 И 3. Определение упруго-пластических свойств изотропных
материалов (билинейное кинематическое упрочнение) ............................ 45
Пример 4. Определение коэффициента изотропной теплопроводности . 49
Пример 5. Последовательность действий при использовании ранее
созданной модели линейного изотропного материала ............................... 51
Конечноэлементное разбиение модели ................................................................ 54
Элементы. Общие сведения .............................................................................. 54
Вырожденные элементы ................................................................................ 54
Обычные и квадратичные элементы ............................................................ 55
Выбор используемых элементов .................................................................. 55
Основные элементы ....................................................................................... 59
Общие сведения о MeshTool.............................................................................. 69
Указание размеров элементов ........................................................................... 71
Установка размеров элементов «по умолчанию» ....................................... 71
Установка размеров элементов для отдельных компонентов модели ...... 72
Понятие о свободном и упорядоченном разбиении модели .......................... 78
Общие сведения .............................................................................................. 78
Упорядоченное разбиение ............................................................................. 79
Свободное разбиение ..................................................................................... 83
Дополнительные параметры, используемые при разбиении модели ........... 89
Назначение пользователем атрибутов, используемых «по умолчанию» . 90
Назначение атрибутов отдельным объемам ................................................ 91
Назначение атрибутов отдельным поверхностям ....................................... 92
Назначение атрибутов отдельным линиям .................................................. 94
Назначение атрибутов отдельным ключевым точкам ................................ 95
Построение разбиения модели .......................................................................... 96
Выбор геометрии элементов ......................................................................... 97
Разбиение объемов ......................................................................................... 97
Разбиение поверхностей ................................................................................ 99
Разбиение линий ........................................................................................... 101
Разбиение ключевых точек ......................................................................... 103
Экстренное прерывание операции разбиения ........................................... 104
Проверка формы элементов ........................................................................ 104
Выключение проверки формы элементов, или режима только замечаний
........................................................................................................................ 105
Удаление сетки ................................................................................................. 106
Удаление сетки с объемных компонентов................................................. 106
Удаление сетки с поверхностей .................................................................. 107
Удаление сетки с линий ............................................................................... 108
Удаление элементов с ключевых точек ..................................................... 108
Изменение разбиения модели ......................................................................... 109
Локальное уточнение сетки ......................................................................... 110
Уточнение разбиения в окрестности узлов конечно-элементной сетки 110
Уточнение разбиения в окрестности элементов ....................................... 111
Уточнение разбиения в окрестности ключевых точек ............................. 112
Уточнение разбиения в окрестности линий .............................................. 113
Уточнение разбиения в окрестности поверхностей ................................. 114
Уточнение разбиения в окрестности всех выбранных элементов .......... 115
Дополнительные возможности построения разбиения в ANSYS ............... 115
Создание разбиения на балочные элементы с узлами ориентации ........ 115
Создание объемной сетки вытягиванием .................................................. 119
Примеры создания конечно-элементных разбиений твердотельных моделей
............................................................................................................................ 125
Пример 1. Построение упорядоченного разбиения плоского образца с
концентратором ............................................................................................ 126
Пример 2. Построение разбиения плоской гребенки с трапецоидальными
зубъями .......................................................................................................... 152
Пример 3. Конечно-элементное разбиение модели кривошипа
коленчатого вала .......................................................................................... 170
Пример 4. Распределение температур в поперечном сечении
строительного перекрытия .......................................................................... 174
Пример 5. Изгиб пружины с шагом витка 0,006 m под действием силы
тяжести .......................................................................................................... 178
Литература ............................................................................................................... 190

Ограничения и нагрузки в ANSYS ......................................................................... 3
Общие сведения .................................................................................................... 3
Определение ограничений и нагрузок ............................................................... 5
Наложение ограничений .................................................................................. 5
Сосредоточенные нагрузки в ANSYS .......................................................... 14
Распределенные нагрузки в ANSYS............................................................. 19
Простейшие способы использования объемных нагрузок. Инерционные
нагрузки в ANSYS .......................................................................................... 28
Решение контактных задач ............................................................................ 31
Просмотр списка нагрузок, действующих на модель .................................... 38
Просмотр списка ограничений ..................................................................... 38
Просмотр списка сосредоточенных нагрузок ............................................. 44
Просмотр списка нагрузок, распределенных по поверхностям ................ 48
Просмотр созданных пар контактных элементов ....................................... 49
Удаление нагрузок ............................................................................................. 50
Удаление ограничений................................................................................... 50
Удаление сосредоточенных нагрузок .......................................................... 58
Удаление распределенных нагрузок ............................................................ 62
Удаление инерционных нагрузок ................................................................. 66
Примеры задания нагрузок на границах конечно-элементных моделей ..... 70
Пример 1. Осевое растяжение плоского образца с концентратором ........ 70
Пример 2. Построение разбиения плоской гребенки с трапецоидальными
зубъями ............................................................................................................ 76
Пример 3. Расчет напряженно-деформированного состояния кривошипа
коленчатого вала ............................................................................................ 83
Пример 4. Распределение температур в поперечном сечении
строительного перекрытия ............................................................................ 87
Пример 5. Изгиб пружины с шагом витка 0,006 m под действием силы
тяжести ............................................................................................................ 91
Решение поставленных задач и просмотр результатов решения .................. 95
Решение задач в ANSYS .................................................................................... 95
Отключение средств контроля сходимости при решении ......................... 95
Решение ........................................................................................................... 96
Средства просмотра результатов решения задач в ANSYS ........................... 98
Просмотр результатов решения в виде непрерывных цветовых полей
распределения физических параметров ....................................................... 99
Просмотр результатов в векторной форме ................................................ 101
Вывод списка значений физических параметров для компонент
различного типа ............................................................................................ 102
Решения примеров и просмотр результатов в ANSYS ................................ 105
Пример 1. Распределение напряжений при осевом растяжении плоского
образца с концентратором ........................................................................... 106
Пример 2. Распределение давлений в области контакта трапецоидальных
зубъев плоской гребенки ............................................................................. 108
ПРИМЕР 3. Расчет напряженно-деформированного состояния
кривошипа коленчатого вала ...................................................................... 110
Пример 4. Распределение температур в поперечном сечении
строительного перекрытия .......................................................................... 112
Пример 5. Изгиб пружины с шагом витка 0,006 m под действием силы
тяжести .......................................................................................................... 114
Литература ............................................................................................................... 116

Пример 1. Деформирование биметаллических конструкций при
остывании .................................................................................................................... 3
Создания геометрической модели в ANSYS ..................................................... 3
Шаг 1. Создание сечения конструкции с помощью прямоугольников ...... 3
Шаг 2. «Склеивание» прямоугольников ........................................................ 5
Определение физических констант материалов, участвующих в решении
задачи ..................................................................................................................... 5
Шаг 1. Определение типа решаемой задачи .................................................. 5
Шаг 2. Последовательность действий при определении свойств
материала биметаллической пластины .......................................................... 6
Конечноэлементное разбиение модели............................................................ 13
Шаг 1. Выбор типа элементов для конечно-элементного разбиения ....... 13
Шаг 2. Включение нумерации поверхностей .............................................. 15
Шаг 3. Отображение поверхностей .............................................................. 15
Шаг 4. Присвоение атрибутов компонентам модели ................................. 16
Шаг 3. Выключение нумерации поверхностей и включение нумерации
линий ............................................................................................................... 19
Шаг 4. Отображение линий модели ............................................................. 19
Шаг 5. Установление количества элементов на ребрах при
упорядоченном разбиении ............................................................................ 20
Шаг 4. Выполнение явной конкатенации линий......................................... 22
Шаг 5. Построение упорядоченного разбиения области ........................... 23
Ограничения и нагрузки для решения задач теплообмена ............................ 25
Шаг 1. Определение температуры всех узлов биметаллической
конструкции .................................................................................................... 25
Шаг 2. Закрепление узловой точки модели ................................................. 27
Шаг 3. Определение начальных условий..................................................... 29
Решение поставленной задачи и просмотр результатов решения ................ 30
Шаг 1. Выбор Transient-анализа .................................................................. 31
Шаг 2. Определение времени расчета и количества подшагов при расчете
.......................................................................................................................... 31
Шаг 3. Определение параметров хранения результатов ............................ 32
Шаг 4. Решение задачи .................................................................................. 33
Шаг 5. Просмотр полей перемещений ......................................................... 34
Шаг 6. Просмотр пространственного распределения перемещений с
помощью Result Viewer ................................................................................ 35
Шаг 3. Повторно решаем задачу ................................................................... 37
Шаг 7. Построение графика перемещений узловой точки во времени .... 38
Пример 2. Расширение и контактное взаимодействие твердых тел при
нагревании ................................................................................................................. 40
Создание геометрической модели взаимодействующих деталей ................. 40
Шаг 1. Создание плоской модели с помощью прямоугольников ............. 40
Шаг 2. Включение нумерации линий ........................................................... 42
Шаг 3. Отображение линий модели ............................................................. 42
Шаг 2. Деление линии L8 на три части ....................................................... 43
Определение физических констант материалов участвующих в решении
задач в ANSYS .................................................................................................... 45
Шаг 1. Определение типа решаемой задачи ................................................ 45
Шаг 2. Последовательность действий при определении свойств
материала рельса ............................................................................................ 45
Конечноэлементное разбиение модели............................................................ 50
Шаг 1. Выбор типа элементов для конечно-элементного разбиения ....... 50
Шаг 4. Присвоение атрибутов компонентам модели ................................. 50
Шаг 5. Установление количества элементов на ребрах при
упорядоченном разбиении ............................................................................ 51
Шаг 4. Выполнение явной конкатенации линий......................................... 54
Шаг 5. Построение упорядоченного разбиения области ........................... 54
Шаг 6. Удаление конкатенации линий ......................................................... 56
Ограничения и нагрузки модели ...................................................................... 56
Шаг 1. Определение температуры на границе модели .............................. 56
Шаг 2. Определение теплового потока ........................................................ 58
Шаг 3. Определение конвекции .................................................................... 58
Шаг 4. Определение перемещений по линиям модели .............................. 60
Шаг 5. Создание контактных пар ................................................................. 62
Решение поставленной задачи и просмотр результатов решения ................ 66
Шаг 1. Решение задачи .................................................................................. 66
Шаг 2. Просмотр полей распределения первых главных напряжений .... 67
Шаг 3. Просмотр распределения контактных давлений ............................ 68
Пример 3. Распределение остаточных напряжений в поперечном сечении
рельса при термообработке рабочей поверхности ............................................ 69
Средства создания геометрической модели детали в ANSYS ...................... 69
Шаг 1. Создание ключевых точек, определяющих половину профиля
сечения ............................................................................................................. 69
Шаг 2. Соединение ключевых точек прямыми линиями ........................... 72
Шаг 3. Создание дуг по ключевым точкам концов и радиусу .................. 73
Шаг 4. Удаление вспомогательных ключевых точек
105
................................. 75
Шаг 5. Включение нумерации линий ........................................................... 76
Шаг 6. Отображение линий модели ............................................................. 76
Шаг 7. Создание поверхности по линиям .................................................... 77
Определение физических констант материалов ............................................. 78
Шаг 1. Определение типа решаемой задачи ................................................ 78
Шаг 2. Последовательность действий при определении свойств
материала рельса ............................................................................................ 78
Конечноэлементное разбиение модели............................................................ 83
Шаг 1. Выбор типа элементов для конечно-элементного разбиения ....... 83
Шаг 2. Присвоение атрибутов компонентам модели ................................. 84
Шаг 3. Установление качества свободного разбиения SmartSize ............ 85
Шаг 4. Построение свободного разбиения области ................................... 85
Шаг 5. Проверка качества разбиения ........................................................... 86
Ограничения и нагрузки для решения задач теплообмена ............................ 88
Шаг 1. Определение температуры на нижней границе модели ................ 88
Шаг 2. Определение теплового потока ........................................................ 89
Шаг 3. Определение конвекции .................................................................... 90
Решение поставленных задач и просмотр результатов решения .................. 91
Шаг 1. Решение задачи .................................................................................. 91
Шаг 2. Просмотр полей напряжений ........................................................... 92
Решение задачи структурного анализа с учетом результатов решения
задачи теплообмена ............................................................................................ 94
Шаг 1. Переключение типа конечных элементов ....................................... 94
Шаг 2. Определение перемещений по линии основания и линии
симметрии ....................................................................................................... 94
Шаг 3. Решение структурной задачи с использованием результатов
термоанализа ................................................................................................... 96
Шаг 4. Устанавливаем возможность выполнения рестарта решения ....... 97
Шаг 5. Повторно решаем задачу ................................................................... 97
Шаг 6. Просмотр полей распределения первых главных напряжений .... 98
Просмотр остаточных деформаций .................................................................. 99
Шаг 1. Выполнение рестарта решения ........................................................ 99
Шаг 2. Удаление температурных перемещений ......................................... 99
Шаг 3. Повторно решаем задачу ................................................................. 100
Шаг 4. Просмотр остаточных деформаций ............................................... 100
Литература ............................................................................................................... 102