Т в е р д о т е л ь н о е Т в е р д о т е л ь н о е м о д е л и р о в а н и е м о д е л и р о в а н и е

и и п о с т р о е н и е с е т к ип о с т р о е н и е с е т к и

Версия 5.3

Глава 1.О построении геометрической модели

1.1. Генерация модели -----------------------------------------------------------------1-3

1.2. Последовательность шагов при построении модели ------------------1-3

1.3. Твердотельное моделирование и прямая генерация ------------------1-4

1.3.1. Твердотельное моделирование - преимущества ------------- 1-4

1.3.2. Твердотельное моделирование - недостатки ----------------- 1-5

1.3.3. Прямая генерация - преимущества --------------------------------1-5

1.3.4. Прямая генерация - недостатки ------------------------------------1-5

Глава 2. Планирование способа решения задачи

2.1. Важность планирования --------------------------------------------------------- 2-3

2.2. Определение целей анализа---------------------------------------------------- 2-3

2.3. Выбор типа модели------------------------------------------------------------------ 2-3

2.4. Линейные элементы и элементы высокого порядка--------------------- 2-4

2.4.1. Линейные элементы (без срединных узлов)------------------------2-4

2.4.2. Квадратичные элементы (со срединными узлами)--------------- 2-5

2.5. Ограничения при соединении элементов разных типов---------------- 2-9

2.6. Использование преимуществ симметрии----------------------------------- 2-11

2.6.1. Замечания относительно осесимметричных конструкций------- 2-11

2.7. Подробности описания модели------------------------------------------------- 2-12

2.8. Выбор плотности сетки------------------------------------------------------------ 2-13

2

Глава 3. Координатные системы

3.1. Типы координатных систем---------------------------------------------------------- 3-3

3.2. Глобальные и локальные системы координат-------------------------------- 3-3

3.2.1. Глобальные системы координат----------------------------------------- 3-3

3.2.2. Локальные системы координат------------------------------------------ 3-4

3.2.3. Активная координатная система----------------------------------------- 3-6

3.2.4. Поверхности-------------------------------------------------------------------- 3-7

3.2.5. Замкнутые поверхности и точки разрыва------------------------------ 3-8

3.3. Система координат отображения информации------------------------------- 3-9

3.4. Система узловых координат-------------------------------------------------------- 3-10

3.4.1. Интерпретация данных в системе узловых координат------------ 3-11

3.5. Система координат элемента------------------------------------------------------ 3-11

3.6. Координатная система результатов---------------------------------------------- 3-12

Глава 4. Рабочая плоскость

4.1. Что такое рабочая плоскость-----------------------------------------------------------4-3

4.2. Создание рабочей плоскости-----------------------------------------------------------4-3

4.2.1. Задание новой рабочей плоскости-----------------------------------------4-3

4.2.2. Положение и статус рабочей плоскости----------------------------------4-4

4.2.3. Перемещение рабочей плоскости------------------------------------------4-4

4.2.4. Поворот рабочей плоскости---------------------------------------------------4-5

4.2.5. Предварительно определенная рабочая плоскость------------------4-5

4.3. Дополнительные возможности рабочей плоскости------------------------------4-6

4.3.1. Интервал фиксации------------------------------------------------------------- 4-6

4.3.2. Сетка отображения--------------------------------------------------------------4-7

4.3.3. Погрешность выбора объекта------------------------------------------------4-7

4.3.4. Тип координат----------------------------------------------------------------------4-7

4.3.5. Трассировка рабочей плоскости---------------------------------------------4-8

4.4. Планшет оцифровки-----------------------------------------------------------------------4-9

3

Глава 5. Твердотельное моделирование

5.1. Обзор процедур твердотельного моделирования ----------------------- 5-3

5.2. Создание твердотельной модели “снизу-вверх” ------------------------ 5-75.2.1. Ключевые точки-------------------------------------------------------------- 5-75.2.2. Линии--------------------------------------------------------------------------- 5-105.2.3. Поверхности------------------------------------------------------------------ 5-145.2.4. Объемы------------------------------------------------------------------------ 5-175.2.5. Операции буксировки------------------------------------------------------ 5-22

5.3. Создание твердотельной модели “сверху - вниз”: примитивы----- 5-235.3.1. Геометрический примитив----------------------------------------------- 5-235.3.2. Примитивы поверхностей------------------------------------------------ 5-235.3.3. Построение объемных примитивов----------------------------------- 5-25

5.4. Построение модели с помощью булевых операций-------------------- 5-295.4.1. Сохранение исходного объекта--------------------------------------- 5-295.4.2. Другие полезные установки команды BOPTN-------------------- 5-305.4.3. Нумерация объектов после выполнения булевых операций- 5-315.4.4. Пересечения объектов--------------------------------------------------- 5-315.4.5. Попарное пересечение-------------------------------------------------- 5-345.4.6. Суммирование объектов------------------------------------------------ 5-365.4.7. Вычитание объектов------------------------------------------------------ 5-375.4.8. Процедура вычитания рабочей плоскости------------------------- 5-465.4.9. Классификация объектов------------------------------------------------ 5-485.4.10. Наложение объектов----------------------------------------------------- 5-48

5.4.11. Разделение объектов на части-------------------------------------- 5-505.4.12. “Склеивание” (слияние) объектов--------------------------------- 5-515.4.13. Альтернативы булевым процедурам------------------------------ 5-53

5.5. Коррекция объектов после булевых операций ----------------------- 5-54

5.6. Перемещение и копирование твердотельных объектов------------ 5-565.6.1. Команды xGEN и соответствующие маршруты------------------ 5-575.6.2. Команды xSYM(M) и маршруты меню------------------------------ 5-585.6.3. Команды xTRAN и маршруты меню--------------------------------- 5-585.6.4. Масштабирование твердотельных объектов--------------------- 5-59

5.7. Нагрузки твердотельной модели------------------------------------------- 5-615.7.1. Перенос нагрузок--------------------------------------------------------- 5-615.7.2. Вывод на экран символов нагрузки--------------------------------- 5-625.7.3. Перечень нагрузок твердотельной модели----------------------- 5-62

5.8. Расчеты массовых и инерционных характеристик------------------- 5-63

5.9. Возможные проблемы при моделирования --------------------------- 5-655.9.1. Представление объектов твердотельного моделирования-- 5-655.9.2. Проблемы при использовании булевых процедур------------- 5-655.9.3. Некоторые рекомендации --------------------------------------------- 5-705.9.4. Другие полезные советы------------------------------------------------ 5-72

4

Глава 6. Построение сетки конечных элементов

6.1. Сетка для твердотельной модели------------------------------------------------------6-36.1.1. Произвольная и упорядоченная сетки ---------------------------------- 6-3

6.2. Задание атрибутов для элементов------------------------------------------------------6-46.2.1. Таблицы атрибутов----------------------------------------------------------- 6-46.2.2. Присвоение атрибутов перед построением сетки------------------ 6-5

6.3. Управление построением сетки----------------------------------------------------------6-66.3.1. Форма конечных элементов----------------------------------------------- 6-66.3.2. Размер элемента для произвольной сетки---------------------------- 6-76.3.3. Размеры по умолчанию для упорядоченной сетки----------------- 6-106.3.4. Локальные средства построения сетки--------------------------------- 6-126.3.5. Внутренние средства построения сетки------------------------------- 6-14

6.4. Создание произвольной и упорядоченной сетки-----------------------------------6-166.4.1. Произвольная сетка---------------------------------------------------------- 6-166.4.2. Упорядоченная сетка-------------------------------------------------------- 6-17

6.5. Создание сетки для твердотельной модели-----------------------------------------6-256.5.1. Генерирование сетки-------------------------------------------------------- 6-256.5.2. Приостановка построения сетки------------------------------------------ 6-266.5.3. Проверка формы элементов----------------------------------------------- 6-27

6.6. Изменение сетки------------------------------------------------------------------------------6-286.6.1. Перестроение сеточной модели----------------------------------------- 6-286.6.2. Использование опции "Принять/Отвергнуть"----------------------- 6-286.6.3. Очистка сетки------------------------------------------------------------------- 6-296.6.4. Локальное измельчение сетки-------------------------------------------- 6-29

6.7. Рекомендации и предостережения-----------------------------------------------------6-296.7.1. Предостережения------------------------------------------------------------- 6-296.7.2. Рекомендации------------------------------------------------------------------ 6-30

Глава 7. Преобразование твердотельной модели

7.1. Введение 7-3

7.2. Локальное измельчение сетки элементов 7-37.2.1. Измельчение поверхностной сетки 7-37.2.2. Передача атрибутов и нагрузок при измельчении сетки 7-77.2.3. Выравнивание узлов 7-87.2.4. Существующие ограничения 7-8

7.3. Перемещение и копирование узлов и элементов 7-9

7.4. Отслеживание ориентации элементов и нагрузок 7-12

7.5. Очистка и удаление сетки для модификации геометрии 7-13

7.5.1. Очистка сетки 7-137.5.2. Удаление объектов твердотельной модели 7-157.5.3. Модификация объектов твердотельной модели 7-16

5

Глава 8. Прямое генерирование модели

8.1. Метод прямого генерирования----------------------------------------------------8-3

8.2. Задание узлов модели----------------------------------------------------------------8-3

8.2.1. Способы задания узлов---------------------------------------------------8-3

8.2.2. Генерирование дополнительных узлов из существующих----8-4

8.2.3. Просмотр и удаление узлов--------------------------------------------8-5

8.2.4. Перемещение узлов--------------------------------------------------------8-5

8.2.5. Вращение узловой системы координат------------------------------8-5

8.2.6. Чтение и запись текстовых файлов с узловыми данными-----8-6

8.3. Задание конечных элементов-------------------------------------------------------8-7

8.3.1. Установка атрибутов элемента------------------------------------------8-7

8.3.2. Задание элементов----------------------------------------------------------8-9

8.3.3. Просмотр и удаление элементов----------------------------------------8-9

8.3.4. Генерирование дополнительных элементов из существующих-8-10

8.3.5. Особые приемы генерирования элементов ---------------------------8-11

8.3.6. Чтение и запись текстовых файлов в данными элементами-----8-11

8.3.7. Замечание относительно перекрывающихся элементов----------8-12

8.3.8. Модификация элемента изменением его узлов----------------------8-12

8.3.9. Модификация элемента изменением его атрибутов----------------8-13

8.3.10. Замечание относительно срединных узлов--------------------------8-14

Глава 9. Генерирование контактных элементов

9.1. Применение контактных элементов -----------------------------------------------9-3

9.2. Создание контактных элементов --------------------------------------------------- 9-3

9.2.1. Симметричный и асимметричный контакт поверхностей --------9-3

9.2.2. Дополнительные аспекты моделирования контакта ---------------9-6

6

Глава 10. Модели трубопроводов

10.1. Сведения о пайп-командах ----------------------------------------------------10-3

10.2. Возможности пайп-команд -----------------------------------------------------10-3

10.3. Моделирование трубопроводов с помощью пайп-команд -----------10-3

10.3.1. Шаг 1: указание имени задания и его заголовка -----------10-4

10.3.2. Шаг 2: задание базисных данных -------------------------------10-4

10.3.3. Шаг 3: задание геометрии трубопровода----------------------10-6

10.4. Пример ввода данных --------------------------------------------------10-8

Глава 11. Средства нумерация объектов. Упорядочение элементов.

11.1. Средства нумерации объектов модели -----------------------------11-3

11.1.1. Слияние совпадающих объектов -------------------------11-3

11.1.2. Упорядочение номеров --------------------------------------11-5

11.1.3. Задание стартовых номеров -------------------------------11-6

11.1.4. Сдвиг номеров --------------------------------------------------11-7

11.2. Упорядочение элементов ------------------------------------------------11-8

Глава 12. Связывание степеней свободы, задание условий-ограничений

12.1. Введение ____________________________________________________12-3

12.2. Связывание узлов________________________________________12-3

12.3. Задание связанных степеней свободы_______________________12-3

12.3.1. Создание и модификация набора связанных узлов_____12-3

12.3.2. Связывание совпадающих узлов____________________12-4

12.3.3. Дополнение наборов связанных узлов________________12-4

12.3.4. Получение списка и удаление наборов связанных узлов_12-4

12.4. Дополнительные соображения относительно связывания________12-6

12.5. Условия-ограничения______________________________________12-6

12.6. Задание условий-ограничений ______________________________12-6

12.6.1. Прямой метод____________________________________12-6

12.6.2. Модификация условий-ограничений__________________12-87

12.6.3. Генерация условий-ограничений ____________________12-9

12.6.4. Получение списка и удаление ограничений___________12-10

12.7. Дополнительные сведения относительно ограничений_________12-10

Глава 13. Объединение и сохранение моделей

13.1. Объединение моделей--------------------------------------------------------13-3

13.2. Архивирование моделей------------------------------------------------------13-3

13.2.1. Файл регистрации (file.log)----------------------------------------13-4

13.2.2. Файл базы данных (file.db)----------------------------------------13-4

13.2.3. Файлы, создаваемые командой CDWRITE-------------------13-5

Глава 14. Язык параметрического проектирования (APDL)

14.1. Введение 14-4

14.2. Что такое APDL? 14-4

14.3. Параметры 14-4

14.3.1. Рекомендации по выбору имен параметров 14-5

14.3.2. Задание параметров 14-5

14.3.3. Вывод списка параметров 14-8

14.3.4. Удаление параметров 14-8

14.3.5. Использование символьных параметров 14-9

14.3.6. Подстановка значений числовых параметров 14-10

14.3.7. Подстановка значений символьных параметров 14-10

14.3.8. Динамическая подстановка значений параметров 14-13

14.3.9. Выражения, содержащие параметры 14-14

14.5.10. Функции параметров 14-15

14.3.11. Сохранение, восстановление и запись параметров 14-18

14.4. Макрокоманды 14-18

14.4.1. Создание и исполнение макросов 14-18

14.4.2. Создание собственных команд 14-20

14.4.3. Вызов функций графического интерфейса из макрокоманды14-20

14.4.4. Присвоение значений аргументам макроса 14-21

8

14.4.5. Вложение макрокоманд 14-22

14.4.6. Библиотека файлов макрокоманд 14-22

14.4.7. Вывод на экран сообщений пользователя 14-23

14.4.8. Запись ANSYS-команд 14-23

14.5. Повторение, ветвление и выполнение циклов 14-24

14.5.1. Повторное исполнение команд 14-24

14.5.2. Ветвление: конструкции GO-TO и If-Then-Else 14-24

14.5.3. Циклы с использованием оператора DO 14-26

14.6. Параметры-массивы 14-26

14.6.1. Термины 14-27

14.6.2. Типы параметров-массивов 14-28

14.6.3. Задание и вывод списка параметров-массивов 14-30

14.6.4. Удаление параметров-массивов 14-35

14.6.5. Операции с параметрами-массивами 14-35

Глава 15. Обмен данными с другими программами

15.1. Программные средства обмена данными 15-3

15.2. Обмен данными в формате IGES 15-3

15.2.1. Рекомендации по использованию опции RV53 15-4

15.2.2. Рекомендации по использованию опции RV52 15-5

15.3. Взаимодействие с CAD-программами 15-7

15.4. Обмен данными с программами конечно-элементного анализа 15-7

15.5. Другие программы интерфейса 15-8

9

Глава 1.

О построении геометрической модели

10

Содержание

1. О построении геометрической модели

1.1. Генерация модели -----------------------------------------------------------------1-3

1.2. Последовательность шагов при построении модели ------------------1-3

1.3. Твердотельное моделирование и прямая генерация ------------------1-4

1.3.1. Твердотельное моделирование - преимущества ------------- 1-4

1.3.2. Твердотельное моделирование - недостатки ----------------- 1-5

1.3.3. Прямая генерация - преимущества --------------------------------1-5

1.3.4. Прямая генерация - недостатки ------------------------------------1-5

11

Генерация модели

Конечная цель конечно-элементного анализа состоит в математическом описании поведения реальной технической системы. Другими словами, такой анализ должен быть точной математической моделью некоторого материального прототипа. В широком смысле эта модель включает в себя все узлы, конечные элементы, свойства материала, реальные константы, граничные условия и другие особенности, которые используются для отображения физической системы. В принятой для программы ANSYS терминологии под понятием генерация модели обычно подразумевается создание узлов и элементов, которые отображают пространственную конфигурацию и связи реальной системы. Таким образом, в нашем случае генерация модели означает задание геометрической конфигурации узлов и элементов модели. Программа ANSYS предлагает пользователю несколько различных методов построения модели, допуская при ее создании использование комбинации способов.

1.1. Последовательность шагов при построении модели

В общем случае процесс моделирование можно выполнять в соответствии с изложенной ниже основной схемой (более подробную информацию, относящуюся к выделенным курсивом понятиям, можно найти в других главах этого Руководства). Начинайте с планирования своего подхода к решению задачи. Определите цели

расчета; решите, какую основную форму будет иметь модель; выберите соответствующий тип элемента и необходимую плотность сетки. Такое планирование обычно выполняется до начала работы с программой ANSYS.

Построение модели начинается с обращения к препроцессору (PREP7). Наиболее часто при построении модели используются процедуры твердотельного моделирования.

Задайте рабочую плоскость. При генерировании основных геометрических особенностей модели используйте

геометрические примитивы и булевы операции. Активизируйте соответствующую систему координат. Задайте свойства твердотельной модели по принципу снизу вверх, т.е. сначала

создайте необходимые ключевые точки, затем определите линии, области и объемы модели.

Для соединения отдельных областей модели в одно целое обращайтесь к булевым операциям или управлению номерами.

Создайте таблицы атрибутов элемента (тип элемента, реальные константы, свойства материала и система координат элемента).

Установите указатели атрибутов элементов. Задайте параметры управления качеством сетки, если предполагается получить

сетку желаемой плотности. Этот шаг требуется не всегда, т.к. при запуске программы размеры элемента задаются по умолчанию (см. Главу 6). (Если нужно, чтобы программа измельчала сетку автоматически, следует на этом шаге выйти из препроцессора и активизировать опцию адаптивного построения сетки.)

Создайте узлы и элементы построением сетки для твердотельной модели. После создания узлов и элементов вводятся такие особенности модели, как

контактные элементы типа поверхность-поверхность, связанные степени свободы и условия-ограничения.

Сохраните относящиеся к модели данные в файле Jobname.DB. Выйдите из препроцессора.

12

1.3. Твердотельное моделирование и прямая генерация

Для построения модели можно использовать два различных способа: твердотельное моделирование и прямую генерацию. При твердотельном моделировании указываются геометрические границы модели, устанавливаются параметры управления размером и формой элементов, затем программе предписывается автоматическое построение всех узлов и элементов. При использовании способа прямой генерации созданию объектов модели предшествует задание местоположения каждого узла, а также размера, формы и связей элементов. Хотя возможна некоторая автоматическая генерация задаваемых данных, метод прямой генерации является в основном "ручным", который требует отслеживания всех номеров узлов. Столь подробная "бухгалтерия" может стать утомительной при построении больших моделей, что делает возможным появление ошибок. Твердотельное моделирование, в общем случае, представляет собой более мощное и гибкое средство по сравнению с методом прямой генерации и, как правило, его использование для построения модели более предпочтительно. Несмотря на многие преимущества твердотельного моделирования, при некоторых обстоятельствах может оказаться полезным применение метода прямой генерации. При построении модели можно использовать оба этих метода, легко переключаясь с одного на другой, более подходящий для данной области модели.Подробно твердотельное моделирование и прямая генерация рассмотрены в Главе 5 и 8 соответственно. Чтобы помочь пользователю понять, какой метод более подходит в данной ситуации, приводится сравнение преимуществ и недостатков этих двух подходов.

1.3.1 Твердотельное моделирование - преимущества

В основном подходит для больших или сложных моделей, особенно при построении пространственных моделей.

Позволяет работать с относительно малым числом данных. Допускает геометрические операции (такие как перемещения и вращения),

которые не могут быть выполнены с узлами и элементами. Поддерживает использование "примитивных" поверхностей и объемов (типа

плоских многоугольных поверхностей и цилиндрических объемов) и булевых операций (пересечение, вычитание и т.д.) для построения модели по принципу "снизу- вверх".

Обеспечивает возможность использования средств оптимизации программы ANSYS.

Требуется при адаптивном перестроении сетки. Требуется, если нужно измельчить сетку после приложения к модели

"твердотельных" нагрузок. Позволяет быстро вносить изменения в геометрию модели. Обеспечивает возможность менять расположение элементов (в этом случае

пользователь не ограничен одним типом анализа).

1.3.2. Твердотельное моделирование - недостатки

13

Иногда требует больших затрат времени работы центрального процессора. Для малых и простых моделей может быть более громоздким, требуя больше

данных ввода по сравнению с методом прямой генерации. При некоторых обстоятельствах может оказаться несостоятельным (программа не

сможет создать сетку конечных элементов).

1.3.3. Прямая генерация - преимущества

Удобен для малых или простых моделей. Предоставляет полный контроль над геометрией и нумерацией каждого узла и

каждого элемента.

1.3.4. Прямая генерация - недостатки

Требует много времени едва ли не для самых простых моделей; объем данных, с которыми приходится работать, может оказаться обременительным.

Нельзя использовать при адаптивном перестроении сетки. Делает процесс оптимизации разработки менее удобным. Приводит к трудностям при необходимости модифицировать сетку (не могут быть

использованы такие возможности программы, как рафинирование сетки, средства модуля SmartSizing и т.д.).

Может быть весьма утомительным, требуя уделять больше внимания каждой подробности сетки. Это может служить причиной появления ошибок.

14

Глава 2.

Планирование способа решения задачи

15

Содержание

2. Планирование способа решения задачи

2.1. Важность планирования --------------------------------------------------------- 2-3

2.2. Определение целей анализа---------------------------------------------------- 2-3

2.3. Выбор типа модели------------------------------------------------------------------ 2-3

2.4. Линейные элементы и элементы высокого порядка--------------------- 2-4

2.4.1. Линейные элементы (без срединных узлов)------------------------2-4

2.4.2. Квадратичные элементы (со срединными узлами)--------------- 2-5

2.5. Ограничения при соединении элементов разных типов---------------- 2-9

2.6. Использование преимуществ симметрии----------------------------------- 2-11

2.6.1. Замечания относительно осесимметричных конструкций------- 2-11

2.7. Подробности описания модели------------------------------------------------- 2-12

2.8. Выбор плотности сетки------------------------------------------------------------ 2-13

16

2.1. Важность планирования

Приступив к созданию геометрической модели, пользователь принимает (сознательно или бессознательно) ряд решений, которые определяют, в какой степени его математическая модель отображает данную физическую систему, т.е. он отвечает на следующие вопросы: каковы цели анализа? будет ли создаваться модель всей системы или только ее части? насколько подробной будет модель? какой тип элементов будет использоваться? насколько плотной должна быть сетка элементов? В основном, придется балансировать между затратами времени на этап вычислений (время работы центрального процессора и т.д.) и точностью результатов. Решения, принимаемые на стадии планирования, будут в значительной степени влиять на успех или неудачу затрачиваемых на анализ усилий.

2.2. Определение целей анализа

Этот первый шаг определяется не возможностями программы ANSYS, а образованием, опытом и профессиональным здравым смыслом пользователя. Только пользователь может определить, какими должны быть цели его анализа. Цели, заданные в самом начале анализа, оказывают влияние на последующие действия при генерации модели.

2.3. Выбор типа модели

Конечно-элементная модель может быть двумерной или трехмерной и состоять из точечных, линейных, поверхностных или объемных элементов. При необходимости можно использовать различные типы элементов, обращая внимание на совместимость соответствующих степеней свободы. Например, можно моделировать оболочечную конструкцию, усиленную ребрами жесткости, используя трехмерные оболочечные элементы для самой оболочки и трехмерные балочные элементы для ребер жесткости. Выбор размерности модели и типа элемента зачастую определяет наиболее предпочтительный метод генерации модели для данной задачи.

Линейные модели могут отображать двумерные, трехмерные балки или системы из труб, так же как двумерные модели - трехмерные осесимметричные оболочки. Твердотельное моделирование обычно не дает значительных преимуществ при построении линейных моделей; чаще всего они строятся с помощью методов прямой генерации. Двумерные твердотельные модели используются для анализа тонкостенных плоских объектов (плоские напряжения), "бесконечно длинных" конструкций с постоянным поперечным сечением (плоская деформация) или осесимметричных массивных объектов. Хотя большинство двумерных моделей могут быть относительно просто созданы прямой генерацией, обычно удобнее пользоваться методом твердотельного моделирования. Трехмерные оболочечные модели используются для тонкостенных пространственных структур. Хотя некоторые трехмерные оболочечные модели могут быть относительно просто созданы прямой генерацией, обычно удобнее пользоваться методом твердотельного моделирования. Трехмерные твердотельные модели используются для толстостенных пространственных объектов, которые не имеют ни постоянного поперечного сечения, ни оси симметрии. Создание трехмерной массивной модели методами прямой генерации обычно требует значительных усилий. Использование твердотельного моделирования почти всегда упрощает работу.

17

2.4. Линейные элементы и элементы высокого порядка

Библиотека элементов программы ANSYS включает два основных типа объемных и поверхностных элементов: линейные (с дополнительными формами или без) и квадратичные. Эти основные типы элементов схематично представлены на рис. 2.1.

(a) (b) (c)

Рис. 2.1. Основные типы элементов программы ANSYS

(a) Линейный изопараметрический

(b) Линейный изопараметрический с дополнительными формами

(c) Квадратичный

2.4.1. Линейные элементы (без срединных узлов)

В прочностном анализе элементы с расположенными в углах узлами и с дополнительными функциями формы обычно приводят к точному решению при разумных затратах компьютерного времени. Важно избегать вырожденных форм этих элементов в критических областях, т.е. не допускать появления двумерных линейных элементов треугольной формы и трехмерных линейных элементов клинообразной или пирамидальной формы в областях высокого градиента расчетных величин. Также следует избегать появления линейных элементов с чрезмерными искажениями. При проведении нелинейного анализа лучшая точность решения при меньших затратах времени чаще достигается при использовании мелкой сетки линейных элементов по сравнению с крупной сеткой квадратичных элементов (см. рис. 2.2).

(a) (b)

Рис. 2.2. "Сопоставимые" сетки:

(a) линейных элементов (b) сетки квадратичных элементов

При моделировании искривленных оболочек приходится выбирать между использованием искривленных (т.е. квадратичных) или плоских (т.е. линейных) оболочечных элементов. Каждый выбор имеет свои преимущества и недостатки. В большинстве случаев большинство задач может быть решено с высокой степенью точности за минимальное количество компьютерного времени при использовании плоских элементов. Однако нужно быть уверенным в том, что для моделирования соответствующей искривленной поверхности используется достаточное количество плоских элементов. Очевидно, чем меньше элемент, тем выше точность

18

отображения геометрии. Рекомендуется, чтобы трехмерный плоский оболочечный элемент заменял собой дугу окружности не более 15. Конические оболочечные (осесимметричные линейные) элементы должны быть ограничены дугой в 10 (или 5, если находятся вблизи оси Y). В большинстве других видов анализа (тепловой, магнитный и т.д.) линейные элементы работают почти также хорошо, как элементы более высокого порядка, и требуют меньших затрат времени. При этом даже вырожденные элементы (треугольной и тетраэдной форм) обычно приводят к точным результатам.

2.4.2. Квадратичные элементы (со срединными узлами)

В линейном прочностном анализе при наличии вырожденных форм конечного элемента (т.е. треугольных двумерных элементов и клинообразных или тетраэдных трехмерных элементов) использование квадратичных элементов обычно приводит к лучшим результатам при меньших затратах времени, чем использование линейных. Однако для правильного использования этих элементов необходимо знать их особенности.

Распределенные нагрузки и давление не прикладываются к узлам элементов в соответствии со "здравым смыслом", т.е. так, как это происходит в случае линейных элементов (см. рис. 2.3). Силы реакции в срединных узлах также не соответствуют "интуитивным" представлениям.

Трехмерные тепловые элементы со срединными узлами под действием конвективной нагрузки распределяют тепловой поток таким образом, что в срединном узле он имеет одно направление и обратное - в угловых узлах.

Для элементов прочностного анализа температура, заданная в срединном узле и выпадающая из диапазона значений температуры в двух смежных угловых узлах, переопределяется как средняя температура этих узлов.

Так как значение массы в срединных узлах больше, чем в угловых, то для проведения редуцированного анализа целесообразно выбирать ведущие степени свободы (мастер - степени) в срединных узлах.

Рис. 2.3. Эквивалентное распределение единичной однородной поверхностной нагрузки по узлам:

(a) двумерного элемента; (b) трехмерного элемента;(c) треугольного трехмерного элемента.

19

В динамическом анализе, касающегося процессов распространения волн, срединные узлы не рекомендуется задавать из-за неоднородного распределения масс по узлам.

Не следует присоединять контактные поверхности или элементы зазора к элементам модели со срединными узлами. Подобным же образом в тепловых задачах не рекомендуется прикладывать радиационные связи или нелинейные конвективные поверхности к границам элементов со срединными узлами. (Процедура построения сетки для твердотельных моделей предусматривает возможность исключения определенных срединных узлов.)

(Не рекомендуется) (Рекомендуется)

Рис. 2.4. Задание зазоров и поверхностей контакта

При задании условий-ограничений для степеней свободы на краю или грани элемента должны ограничиваться все узлы, включая срединные.

Угловой узел одного элемента должен быть связан только с угловым узлом другого, но не с его срединным узлом. Смежные элементы должны иметь связанные (или общие) срединные узлы.

(Не рекомендуется) (Рекомендуется)

Рис. 2.5. Соединение смежных элементов

Элементы со срединными узлами должны иметь прямые края за исключением случаев, когда моделируется искривленные области геометрии или когда тонкие слои элементов "отслеживают" искривленную границу модели. Если центральный угол окружности, проходящий через узлы элемента, превышает 15, то возможны локальные погрешности решения. Если угол превышает 45.2, возможны глобальные погрешности. Ни в коем случае этот угол не должен превышать 106.

Предпочтительное положение срединных узлов - это точная середина границы элемента. Если по каким-то причинам нужно изменить положение узла, его следует поместить в пределах /10 от точной середины границы элемента (здесь - расстояние между угловыми узлами; см. рис. 2.6). Исключение составляют задачи с трещиной (см. ниже).

20

Рис. 2.6. Рекомендации по размещению срединных узлов

Срединный узел, расположенный точно на расстоянии /4 на линии, соединяющей два угловых узла, задает сингулярный элемент. Эта особенность, обычно используемая с треугольными элементами, часто оказывается полезной при моделировании трещин в задачах механики разрушения. (Для получения этого результата используется команда KSCON или маршрут меню Main Menu>Preprocessor>Shape Size>Concentration KP.) Если используются совпадающие узлы, они должны быть размещены в вершине трещины.

Если положение срединного узла не задано, программа автоматически поместит его между двумя угловыми узлами, используя линейную интерполяцию в декартовой системе координат. Узлы, размещенные таким способом, будут иметь систему узловых координат, также повернутую на угол, определяемый линейной интерполяцией.

Связанные элементы должны иметь одинаковое число узлов на общей стороне. При смешивании разных типов элементов может оказаться необходимым удалить срединный узел. Например, при соединении четырехузлового элемента с восьмиузловым (рис. 2.7) узел N должен быть удален (или иметь нулевой номер при создании элемента [E]).

(Не рекомендуется) (Рекомендуется)

Рис. 2.7. Объединение элементов с разным числом узлов

21

Замечание - Программа автоматически удаляет срединные узлы на общей стороне линейных и квадратичных элементов в следующей ситуации: поверхность (или объем) имеет сетку из линейных элементов [AMESH, VMESH], затем на смежной поверхности (или объеме) строится сетка из квадратичных элементов. Срединные узлы не будут удалены, если используется опция SmartSizing [SMRTSIZE] или если порядок построения сетки обратный (квадратичные элементы предшествуют линейным).

Удаление срединного узла предполагает, что граница элемента остается прямолинейной, что приводит к увеличению жесткости. Рекомендуется применять элементы с удаленными узлами только в зонах перехода от одного типа сетки к другому и в областях, в которых не используются линейные элементы с дополнительными функциями формы. При необходимости узлы могут быть добавлены или удалены после генерации элементов одним из следующих способов:

Команда: EMID

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Add Mid Nodes Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Remove Mid Nd

Команда: EMODIF

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Modify Nodes

Квадратичный элемент не может иметь больше точек интегрирования, чем линейный. По этой причине в нелинейном анализе предпочтительнее линейные элементы.

Сетки, построенные из квадратичных элементов высшего порядка типа PLANE82 и SHELL93, могут давать сингулярные эффекты из-за нулевой энергии деформации.

При постпроцессорной обработке для графического вывода сечений и невидимых линий используются только угловые узлы. Аналогично, для распечатки и выполнения процедур над результатами доступны только узловые напряжения в углах элемента.

При графическом выводе элементы со срединными узлами, которые фактически имеют искривленные границы, выводятся на экран в виде прямолинейных отрезков (если только не используется модуль PowerGraphics). Модели, следовательно, будут выглядеть более "угловатыми", чем на самом деле.

2.5. Ограничения при соединении элементов разных типов

Следует быть внимательными при соединении элементов, имеющих различные степени свободы, так как на поверхности раздела обязательно появятся несоответствия. Когда элементы несовместимы друг с другом, при решении может оказаться невозможным перенос соответствующих сил или моментов от элемента к элементу.Чтобы быть совместимыми, два элемента должны иметь одинаковые степени свободы; например, они должны иметь одно и то же число и один и тот же тип как поступательных степеней свободы, так и вращательных. Более того, степени свободы должны быть связанными друг с другом, то есть на границе раздела они

22

должны быть непрерывными.Рассмотрим три примера использования несовместимых элементов:

Несовместимы элементы, имеющие различное число степеней свободы. Элементы SHELL63 и BEAM4 имеют три поступательных и три вращательных степени свободы на узел. Элементы SOLID45 имеют три поступательных степени свободы на узел, но не имеют вращательных. Если элемент SOLID45 связан с элементами SHELL63 или BEAM4, то узловые силы, соответствующие поступательным степеням свободы, будут переданы этому твердотельному элементу. Однако узловые моменты, соответствующие вращательным степеням свободы элементов SHELL63 и BEAM4, переданы элементу SOLID45 не будут.

Элементы, имеющие одинаковое число степеней свободы, могут быть, тем не менее, несовместимыми. Элементы BEAM3 (двумерная упругая балка) и SHELL41 (мембранная оболочка) имеют по три степени свободы на узел. Однако оболочечный элемент имеет три поступательных степени (UX, UY и UZ), в то время как балочный элемент имеет только две поступательных степени (UX и UY). Следовательно, перемещение UZ отразит только жесткость оболочечного элемента. Более того, оболочечный элемент не имеет вращательной степени свободы (ROTZ), которая есть у балочного элемента. Момент в узле, соответствующий вращательной степени балочного элемента, не будет передан оболочечному элементу. Граница раздела будет вести себя так, как если бы балка была закреплена шарнирно.

Как трехмерные балочные элементы, так и трехмерные оболочечные элементы имеют по 6 степеней свободы на узел. Однако степень свободы оболочечного элемента ROTZ связана с поворотной жесткостью в плоскости элемента. Обычно это фиктивная жесткость, то есть она не является результатом математического вычисления истинной жесткости. Таким образом, степень свободы оболочечного элемента ROTZ - не истинная степень. (Исключение составляет случай активизации для элементов SHELL43 или SHELL63 опции Allman Rotatinal Stiffness (KEYOPT (3)=2)). Следовательно, при соединении только одного узла трехмерного балочного элемента с трехмерным оболочечным элементом таким образом, что вращательная степень свободы балочного элемента соответствует степени ROTZ оболочечного элемента, достичь совместимости не удается. Таким способом не следует соединять балки и оболочки.

Подобные несовместимости могут существовать и между другими элементами с различающимися числом и/или типом степеней свободы. Дополнительные ограничения существует даже в том случае, когда соединяемые элементы имеют совместимые степени свободы. Существует возможность получить ошибочные результаты, когда элементы SOLID72 или SOLID73 связываются с элементами другого типа, а недостающие ограничения движению как твердого тела переносятся на элементы SOLID72 или SOLID73. Проблемы возможны даже в том случае, когда другие типы элементов имеют по 6 степеней свободы, как и элементы SOLID72 и SOLID73. В Руководстве ELEMENTS приводятся следующие ограничения.

Следует задавать ограничения движению как твердого тела в узлах элементов SОLID72 или SOLID73, так как наложение ограничений на другие элементы вместо них может привести к ошибочным результатам.

Следует задавать ограничения для всех трех вращательных направлений по

23

крайней мере для одного из узлов.

Все эти потенциальные проблемы могут не повлиять на результаты анализа, но, по крайней мере, следует обращать внимание на условия сопряжения двух элементов разного типа.

2.6. Использование преимуществ симметрии

Многие объекты имеют симметрию некоторого рода; это может быть симметрия периодически повторяющейся структуры (например, равномерно расположенные ребра охлаждения на длинной трубе), симметрия отражения (литой пластиковый контейнер) или осесимметричность (электролампа). Если тело симметрично во всех отношениях (геометрия, нагрузка, граничные условия и свойства материала), можно использовать это свойство для уменьшения размеров модели.

(a) симметрия повторения (b) симметрия отражения © осесимметричность (охлаждающая труба) (литой контейнер) (электролампа)

Рис. 2.8. Примеры симметрии

2.6.1. Замечания относительно осесимметричных конструкций

Любая конструкции, геометрия которой симметрична относительно центральной оси (оболочки или тела вращения), называется осесимметричной. Примерами могут служить прямые трубы, конусы, круглые пластины, купола и т.д. Расчетные модели осесимметричных трехмерных конструкций могут быть представлены в эквивалентной двумерной форме. Можно ожидать, что анализ с использованием двумерной осесимметричной модели будет более точным, чем такой же анализ для трехмерной модели. По определению, полностью осесимметричная модель испытывает действие только осесимметричных нагрузок. Однако во многих случаях осесимметричные конструкции могут подвергаться неосесимметричным нагрузкам. Следует использовать специальный тип элемента, известный как осесимметричный гармонический, чтобы создать двумерную осесимметричную модель с неосесимметричными нагрузками (см. Руководство ANSYS Elements Reference).

24

Особые требования к осесимметричным моделям

Ось симметрии должна совпадать с осью Y глобальной декартовой системы координат.

Отрицательные узловые координаты X не разрешаются.

В глобальной декартовой системе координат ось Y совпадает с направлением оси вращения, ось X - с радиальным направлением, а ось Z соответствует кольцевому направлению.

Модель должна быть создана из соответствующих типов элементов:

- Для осесимметричных моделей используются подходящие объемные с опцией KEYOPT(3)=1 и/или осесимметричные оболочечные элементы. Кроме того, в такую модель могут быть включены элементы связи, контактные, комбинированные и поверхностные элементы. (Для программы эти "другие" элементы становятся также осесимметричными, если в модели присутствуют осесимметричное объемные или оболочечные элементы.) Если отдельные типы элементов Руководством ANSYS Elements Reference не рассматривается как осесимметричные, эти элементы в осесимметричном анализе не следует использовать.

- Для осесимметричных гармонических моделей используются только осесимметричные гармонические элементы.

Элементы SHELL51 и SHELL61 не могут находиться на оси Y глобальной декартовой системы координат.

Для моделей, содержащих двумерные твердотельные элементы, следует использоваться, по крайней мере, два элемента по толщине, если нужно учесть сдвиговые эффекты.

Некоторые рекомендации и ограничения

Если рассматриваемая деталь имеет отверстие по оси симметрии, следует предусмотреть надлежащее расстояние между осью Y и двумерной осесимметричной моделью (см. рис. 2.9). Относительно осесимметричных нагрузок см. Главу 2 Руководства Basic Analysis Procedure Guide.

Рис. 2.9. Смещение по оси X соответствует радиусу отверстия

25

2.7. Подробности описания модели

Незначительные детали геометрии не должны учитываться при построении твердотельной модели, так как они без необходимости будут только усложнять задачу. Однако в некоторых случаях "мелкие" подробности, такие как галтели или отверстия, могут стать областью максимальных напряжений и оказаться важными - в зависимости от целей анализа. Следует адекватно представлять себе предполагаемую реакцию конструкции, чтобы компетентно принять решение о включении тех или иных ее подробностей в расчетную модель.В некоторых случаях симметрия конструкции нарушается только несколькими мелкими деталями. Для получения симметричной модели можно игнорировать их (или, наоборот, считать симметричными). При этом следует сопоставлять преимущества за счет упрощения модели с потерями в точности решения.

2.8. Выбор плотности сетки

При выполнении конечно-элементного анализа часто возникает вопрос о том, насколько мелкой должна быть сетка элементов, чтобы получить приемлемые результаты? К сожалению, никто не сможет дать определенный ответ на этот вопрос. Некоторые практические приемы, которые можно использовать для его решения, состоят в следующем.

Для построения сетки используйте опцию адаптивного измельчения, которая использует энергетический критерий допустимой оценки погрешности. (Этот прием доступен только для линейных статических или стационарных тепловых задач. "Допустимый" уровень погрешности зависит от требований, предъявляемых к анализу.) Для использования адаптивного перестроения сетки требуется твердотельное моделирование.

Сравнивайте результаты предварительного анализа с независимо полученными

экспериментальными или известными аналитическими решениями. Измельчайте сетку в тех областях, где расхождение между известными и расчетными результатами слишком велико. (Сетку на поверхности модели можно локально измельчать с помощью команд NREF, EREF, KREF и LREF или используя маршрут меню Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Refine>тип объекта).

Выполняйте предварительный анализ, используя сетку "разумных" размеров. Повторите анализ, увеличив вдвое число элементов в критических областях, и сравните оба решения. Если получены почти одинаковые результаты, то сетку, скорее всего, можно считать адекватной. Если результаты существенно различаются, то, возможно, требуется дальнейшее измельчение сетки. Следует увеличивать число элементов, пока не будут получены почти идентичные результаты.

Если в процессе измельчения сетки сопоставление результатов показывает, что более мелкая сетка требуется только для части модели, следует использовать метод подмоделей, чтобы "увеличить" размеры критических областей.

Плотность сетки является чрезвычайно важным элементом расчета. Если сетка слишком крупная, результаты могут содержать грубые ошибки. При слишком мелкой сетки будут напрасно расходоваться компьютерные ресурсы, приводя к чрезмерным затратам времени, а модель может оказаться слишком громоздкой для используемой

26

компьютерной системы. Чтобы избежать подобных проблем, всегда следует оценивать плотность сетки перед генерацией модели.

27

Глава 3.

Координатные системы

28

Содержание

3. Системы координат

3.1. Типы координатных систем---------------------------------------------------------- 3-3

3.2. Глобальные и локальные системы координат-------------------------------- 3-3

3.2.1. Глобальные системы координат----------------------------------------- 3-3

3.2.2. Локальные системы координат------------------------------------------ 3-4

3.2.3. Активная координатная система----------------------------------------- 3-6

3.2.4. Поверхности-------------------------------------------------------------------- 3-7

3.2.5. Замкнутые поверхности и точки разрыва------------------------------ 3-8

3.3. Система координат отображения информации------------------------------- 3-9

3.4. Система узловых координат-------------------------------------------------------- 3-10

3.4.1. Интерпретация данных в системе узловых координат------------ 3-11

3.5. Система координат элемента------------------------------------------------------ 3-11

3.6. Координатная система результатов---------------------------------------------- 3-12

29

3.1. Типы координатных систем

Программа ANSYS предусматривает использование различных типов координатных систем, каждая из которых предназначена для определенных целей.

Глобальные и локальные системы координат используются для определения местоположения геометрических объектов (узлов, ключевых точек и т.д.) в пространстве.

Система координат отображения информации определяют систему, в которой геометрические объекты отображаются в табличном или графическом виде.

Узловая система координат определяет направления степеней свободы для каждого узла и ориентацию составляющих вектора результатов в узлах.

Система координат элемента определяет ориентацию характеристик материала, зависящих от направления, и компонент вектора результатов для элемента.

Система координат результатов используется для преобразования результатов в узлах или элементах в отдельную систему координат для распечатки листинга, графического вывода на экран или основных операций в постпроцессоре общего назначения (POST1).

3.2. Глобальные и локальные системы координат

Глобальная и локальная системы координат используются для размещения в пространстве объектов геометрической модели. По умолчанию, координаты задаваемых узлов или ключевых точек интерпретируются принадлежащими глобальной декартовой системе координат. Однако для некоторых моделей удобнее задавать координаты в другой системе. Программа ANSYS допускает задание геометрии в одной из трех предопределенных (глобальных) систем координат или в определяемых пользователем (локальных) системах координат.

3.2.1. Глобальные системы координат

Глобальная система координат может рассматриваться в качестве всеобщей, абсолютной системы. В программе ANSYS предусмотрено использование трех предопределенных глобальных систем (C.S.): декартовой, цилиндрической и сферической. Вся три системы правосторонние, имеют одно и то же начало и идентифицируются следующим образом: 0 - декартова, 1 - цилиндрическая и 2 - сферическая (см. рис. 3.1).

30

Декартовая (X, Y, Z) система координат (C.S.0)

Цилиндрическая (R, , Z) система координат (C.S.1)

Сферическая (R, , ) система координат

(C.S.2)

Рис. 3.1. Глобальные системы координат

3.2.2. Локальные системы координат

Во многих случаях у пользователя возникает необходимость установить собственную систему координат, начало которой не совпадает с началом глобальной системы координат или ориентация которой отличается от ориентации предопределенной глобальной системы. (Пример координатной системы, заданной поворотом осей, представлен на рис. 3.2.) Введенные пользователем системы координат известны как локальные и могут быть созданы перечисленными ниже способами.

Задание локальной системы с использованием глобальной декартовой системы координат:

Команда: LOCAL

Маршрут: Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>At Specified Loc

Задание локальной системы с использованием существующих узлов:

Команда: CS

Маршрут: Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>By 3 Nodes

Задание локальной системы с использованием существующих точек:

Команда: CSKP

Маршрут: Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>By 3 Keypoints

Задание локальной системы, начало которой определяется активной рабочей плоскостью:

Команда: CSWPLA

Маршрут: Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>At WP Origin

Задание локальной системы с использованием активной системы координат командой CLOCAL (см. раздел “Активные координатные системы”). (Прямого доступа к этой команде из графического интерфейса нет.)

31

Когда локальная система координат определена, она становится активной. При создании локальной системы ей нужно присвоить идентифицирующий номер (который должен быть равен или больше 11). Локальные системы координат можно создавать (или удалять) в любой момент работы с программой ANSYS. Для удаления локальной системы используется один из следующих способов:

Команда: CSDELE

Маршрут: Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Delete Local CS

Для просмотра статуса состояния всех глобальных и локальных систем координат используется один из следующих способов:

Команда: CSLIST

Маршрут: Utility Menu>List>Other>Local Coord Sys

Локальная система координат может быть декартовой, цилиндрической или сферической. Следует заметить, что локальную цилиндрическую или сферическую системы координат можно задать в круговой или эллиптической конфигурации. Кроме того, может быть задана тороидальная локальная система координат (рис. 3.3).

Рис. 3.2. Эйлеровы углы поворота системы координат (локальной, узловой или рабочей плоскости)

32

(а) декартовая (X, Y, Z)

(b) цилиндрическая (R,, Z)

(с) сферическая (R, , )

(d) тороидальная(R, , )

Рис. 3.3. Типы координатных систем

3.2.3. Активная координатная система

Систем координат может быть задано столько, сколько требуется, но активной в данный момент только может быть одна из них. Изначально активной, по умолчанию, является глобальная декартова система. Каждый раз при задании локальной системы координат вновь введенная система автоматически становится активной. Если нужно активизировать одну из глобальных систем координат или одну из предварительно заданных, используется один из следующих способов:

Команда: CSYS Маршрут: Utility Menu>Change Active CS to> Global Cartesian

Global Cylindrical Global Spherical Specified Coord Sys Working Plane

Активизировать систему координат можно в любой момент работы с программой ANSYS. Такая система координат останется активной до тех пор, пока не будет переопределена явным образом.

Замечание - Когда задается точка или узел, программа маркирует их координаты в виде X, Y и Z - независимо от того, какая система координат активна. Следует мысленно делать соответствующие преобразования в том случае, если активная система координат не является декартовой (R, , Z - для цилиндрической и R, , - для сферической или тороидальной).

33

3.2.4. Поверхности

Задание постоянного значения для единственной координаты подразумевает задание поверхности. Например, координата X=3 представляет Y-Z плоскость (или поверхность) X=3 в декартовой системе координат. К введенным поверхностям применимы различные операции, такие как выбор (команды xSEL) и перемещение объектов (MOVE, KMOVE и т.д.). Некоторые поверхности постоянного значения (C) показаны на рис. 3.4 и 3-5. Эти поверхности могут быть размещены в глобальной или локальной системе координат для осуществления любой желаемой ориентации поверхности. Следует заметить, что для поверхностей в эллиптической системе координат значение постоянной R=C откладывается вдоль оси X.

Рис. 3.4. Примеры поверхностей постоянных значений

34

Рис. 3.5. Примеры поверхностей постоянных значений

3.2.5. Замкнутые поверхности и точки разрыва

Открытые поверхности предполагаются бесконечными. Цилиндрические круговые поверхности при = ± 180 имеют особенности (рис. 3.6). Таким образом, при генерации узлов или точек с помощью команд заполнения [FILL], [KFILL] осевая линия, соответствующая 180, не пересекается. Операция заполнения, заданная от точки А до точки C, выполняется с участием точки B. Операция заполнения от А до D включает точку E. Операция заполнения от C до D пройдет с участием точек B, A и E.

Для заданной цилиндрической системы координат можно расположить точку разрыва при = 0 (или 360), чтобы операция заполнения от точки C до точки D не включала точек B, A или E. Для смещения точки разрыва используется один из следующих способов:

Команда: CSCIR

Маршрут: Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Move Singularity

35

Рис. 3.6. Точки разрыва

Такие же точки разрыва имеют место в тороидальной системе координат при = ± 180 и в сферической системе при = ± 90, они могут быть перемещены вышеупомянутыми способами.

Следует заметить, что линии твердотельных моделей влиянию таких сингулярных точек не подвергаются. Кривая между двумя ключевыми точками пройдет по самому короткому пути, игнорируя точки разрыва. (Поэтому дуга, охватываемая кривой, не превышает 180.) Таким образом, если обратиться к рис. 3.6, кривые от точки B до точки D или от D до B пройдут через точку C.

3.3. Система координат отображения информации

Перечень выводимых по умолчанию узлов или ключевых точек всегда содержит их координаты в глобальной декартовой системе координат, даже если они были определены в другой системе. Систему координат отображения информации можно изменить одним из следующих способов:

Команда: DSYS

Маршрут: Utility Menu>WorkPlane>Change Display CS to> Global Cartesian Global Cylindrical Global Spherical Specified Coord Sys

Изменение системы координат отображения также влияет на графический вывод. Если нужно избежать проявления нежелательных эффектов, следует переустановить систему координат отображения как C.S.0 (глобальная декартова) с помощью команд NPLOT, EPLOT и т.д. (На команды отрисовки графиков в виде линий [LPLOT], площадей [APLOT] и объемов [VPLOT] команда DSYS не влияет.)

36

3.4. Система узловых координат

Следует иметь в виду, что глобальная и локальная системы координат определяют положение геометрических объектов, а система узловых координат определяет направления степеней свобод каждого узла. Система координат узла по умолчанию параллельна глобальной декартовой системе (независимо от активной системы координат, в которой узел был задан). Имеется возможность повернуть систему координат узла в нужном направлении, используя один из следующих способов.

Повернуть узловую систему координат до совмещения с активной системой координат. При этом ось узла Х становится параллельной оси X или R активной системы, ось узла Y - параллельной оси Y или активной системы, а ось узла Z - параллельной оси Z или активной системы.

Команда: NROTAТ

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes>Rotate Node CS-

To Active CS

Main Menu>Preprocessor>Move/Modify>-Rotate Node CS-

To Active CS

Повернуть систему координат узла на известный угол. (Так как обычно точное значение угла поворота неизвестно, возможно, более удобным окажется использование команды NROTAT.) Углы поворота можно задать при создании узла командой N или указать углы поворота для существующих узлов, используя команду NMODIF.

Команда: N

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create >Nodes> In Active CS

Команда: NMODIF

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes>-Rotate Node CS-By Angles

Main Menu>Preprocessor>Move/Modify>-Rotate Node

CS-By Angles

Повернуть систему координат узла с использованием направляющих косинусов.

Команда: NANG

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes>-Rotate Node CS-By Vectors

Main Menu > Preprocessor > Move/Modify>-Rotate Node CS-By Vectors

Вывести перечень углов поворота узлов в глобальной декартовой системе можно следующим образом:

Команда: NLIST

Маршрута: Utility Menu>List Nodes

Utility Menu>List Picked Entities>Nodes

37

(a) Заданная по умолчанию ориентация параллельна глобальной декартовой

системе (C.S.0)

(b) Система координат параллельна локальной цилиндрической системе

[NROTAT] (C.S.11)

(c) Система координат параллельна глобальной цилиндрической системе

[NROTAT] (C.S.1)

Рис. 3.7. Системы узловых координат

3.4.1. Интерпретация данных в системе узловых координат

Следующие входные данные интерпретируются в узловой системе координат:

ограничения степеней свободы,силы, ведущие степени свободы (мастер-степени), связанные узлы, условия-ограничения.

В узловой системе координат передаются в выходной файл и в постпроцессор POST26 следующие результаты:

вычисленные значения степеней свободы, узловые нагрузки,реакции.

В препроцессор POST1 результаты передаются с использованием координатной системы результатов [RSYS], а не узловой системы координат.

3.5. Система координат элемента

Каждый элемент имеет собственную систему координат - систему координат элемента, которая определяет направление ортотропии свойств материала, приложенные давления и результаты (такие как напряжения и деформации). Все системы координат элемента являются правосторонними ортогональными системами.

По умолчанию большинство координатных систем элемента определяются:

Линейные элементы - ось Х направлена из узла I к узлу J.

Оболочечные элементы - ось Х ориентирована подобным образом: (от узла I к узлу J), ось Z перпендикулярна поверхности оболочки (положительное направление определяется правилом правого винта при круговом движении в направлении узлов I, J, K) и ось Y перпендикулярна осям X и Z.

Для двумерных и трехмерных твердотельных элементов система координат элемента параллельна глобальной декартовой системе координат.

38

Однако не для всех элементов эти правила справедливы; описание ориентации системы координат конкретного типа элемента см. в Руководстве ANSYS Elements Referance.

Многие типы элементов имеют ключевые опции (т.е. опции KEYOPT, которые вводятся во время задания элемента [ET] или командой KEYOPT), позволяющие изменить заданную по умолчанию ориентацию системы координат элемента. Можно изменить ориентацию координатной системы элементов площади и объема с использованием предварительно введенной локальной системой:

Команда: ESYS

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Attributes>Default Attribs Main Menu>Preprocesson>Create>Elements>Elem Attributes

Main Menu>Preprocessor>Operate >Estrude / Sweep>Default

Attributes

Если задаются как опции KEYOPT, так и команда ESYS, то последняя имеет более высокий приоритет. Для некоторых элементов можно задать угол поворота относительно предшествующей ориентации, вводя угол как реальную константу. (Например, реальную константу THETA в описании элемента SHELL63.)

3.6. Координатная система результатов

Массивы результатов включают в себя перемещения (UX, UY, ROTX и т.д.), градиенты (TGX, TGY и т.д.), напряжения (SX, SY, SZ и т.д.), деформации (EPPLX, EPPLXY и т.д.) и т.д. Эти данные сохраняются в базе данных и в результирующем файле либо в системе координат узла (основные или узловые данные), либо в системе координат элемента (производные или элементные данные). Результаты, предназначенные для вывода на экран, для листингов или для сохранения в таблице данных элемента [ETABLE], как правило, приводятся к активной системе координат результатов (которой, по умолчанию, является глобальная декартова система координат модели).

Эту активную систему координат результатов можно изменить на другую систему (например, глобальную цилиндрическую или локальную систему координат) или на систему координат, используемую при получении решения (т.е., узловую и элементную систему координат). При этом выводимая на экран графика, листинг или производимые операции с результатами данных будут привязаны к этой координатной системе. Для изменения системы координат результатов используется один из следующих способов:

Команда: RSYS

Маршрут: Main Menu>General Postproc>Options for Output Utility Menu>List>Results>Options

Подробности, касающиеся приведения результатов к различным координатным системам для постпроцессорной их обработки, см. в Главе 5 Руководства ANSYS Basic Analysis Procedures Guide.

39

Глава 4.

Рабочая плоскость

40

Содержание

4. Рабочая плоскость

4.1. Что такое рабочая плоскость--------------------------------------------------4-3

4.2. Создание рабочей плоскости------------------------------------------------- 4-3

4.2.1. Задание новой рабочей плоскости--------------------------------4-3

4.2.2. Положение и статус рабочей плоскости-------------------------4-4

4.2.3. Перемещение рабочей плоскости---------------------------------4-4

4.2.4. Поворот рабочей плоскости-----------------------------------------4-5

4.2.5. Предварительно определенная рабочая плоскость---------4-5

4.3. Дополнительные возможности рабочей плоскости---------------------4-6

4.3.1. Интервал фиксации---------------------------------------------------- 4-6

4.3.2. Сетка отображения------------------------------------------------------4-7

4.3.3. Погрешность выбора объекта---------------------------------------4-7

4.3.4. Тип координат------------------------------------------------------------4-7

4.3.5. Трассировка рабочей плоскости-----------------------------------4-8

4.4. Планшет оцифровки-------------------------------------------------------------4-9

41

4.1. Что такое рабочая плоскость

Хотя курсор виден на экране в виде точки, фактически он представляет собой линию в пространстве, перпендикулярную к экрану. Чтобы на экране указать курсором точку, сначала следует определить воображаемую плоскость, пересечение которой с нормалью курсора образует единственную точку в пространстве. Эта воображаемая плоскость называется рабочей плоскостью. Можно представлять себе пересечение курсора и рабочей плоскости как некоторую точку, которая перемещается по рабочей плоскости. Таким образом, рабочая плоскость представляет собой “планшет”, на котором Вы “пишите” курсором. (Рабочая плоскость не обязательно должна быть параллельной экрану.)

Рис. 4.1. Экран, курсор, рабочая плоскость и выбранная точка

Рабочая плоскость представляет собой бесконечную плоскость с двумерной системой координат, с интервалом фиксации (обсуждается далее) и сеткой отображения. Одновременно можно задать только одну рабочую плоскость. (Создание новой рабочей плоскости уничтожает существующую.)

4.2. Создание рабочей плоскости

Когда происходит обращение к программе ANSYS, рабочая плоскость уже существует (по умолчанию) на плоскости X-Y в глобальной декартовой системе координат, оси x и y рабочей плоскости коллинеарны с осями X и Y глобальной декартовой системы координат.

42

4.2.1. Задание новой рабочей плоскости

Новую рабочую плоскость можно задать любым из следующих способов:

С помощью трех точек или размещением ее на плоскости, нормальной к вектору взгляда в заданной точке:

Команда: WPLANE

Маршрут: Utility Menu>WorkPIane>Align WP with>XYZ Locations

С помощью трех узлов или размещением ее на плоскости, нормальной к вектору взгляда в заданном узле:

Команда: NWPLAN

Маршрут: Utility Menu>WorkPIane>Align WP with>Nodes

С помощью трех узловых точек или размещением ее на плоскости, нормальной к вектору взгляда в заданной ключевой точке:

Команда: KWPLAN

Маршрут: Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Keypoints

Размещением рабочей плоскости на плоскости, нормальной к вектору взгляда в заданной точке на линии:

Команда: LWPLAN

МаршрутI: Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Plane Normal to Line

Размещением рабочей плоскости на плоскости X-Y (или R-) существующей системы координат:

Команда: WPCSYS

Маршрут: Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Active Coord Sys Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Global Cartesian Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Specified Coord Sys

4.2.2. Положение и статус рабочей плоскости

Чтобы получить характеристики текущего состояния (т.е. положение, ориентацию и наличие дополнительных возможностей) рабочей плоскости, используется один из следующих способов:

Команда: WPSTYL,STAT

Маршрут: Utility Menu>List>Status>Working Plane

Чтобы вернуть рабочую плоскость в заданное по умолчанию положение и состояние, используется команда WPSTYL, DEFA.

4.2.3. Перемещение рабочей плоскости

Рабочую плоскость можно переместить в новое положение (т.е. определить новое начало координат), используя любой из следующих способов (все они переносят рабочую плоскость параллельно первоначальному положению):

Перенос начала координат рабочей плоскости в среднее положение ключевых

43

точек:

Команда: KWPAVE

Маршрут: Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>Keypoints

Перенос начала координат рабочей плоскости в среднее положение узлов:

Команда: NWPAVE

Маршрут: Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>Nodes

Перенос начала координат рабочей плоскости в среднее положение заданных точек:

Команда: WPAVE

Маршрут: Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>Global Origin Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>Origin of Active CS Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>XYZ Locations

Задание смещения рабочей плоскости:

Команда: WPOFFS

Маршрут: Utility Menu>WorkPlane>Offset WP by Increments

4.2.4. Поворот рабочей плоскости

Рабочую плоскость можно повернуть двумя способами: поворотом системы координат x-y в пределах плоскости или поворотом всей плоскости. (Если углы поворота точно не известны, можно задать правильную ориентацию новой рабочей плоскости, используя один из описанных выше способов.) Для поворота рабочей плоскости используется один из следующих способов:

Команда: WPROTA

Маршрут: Utility Menu>WorkPlane>Offset WP by Increments

4.2.5. Предварительно определенная рабочая плоскость

Хотя фактически “сохранить” рабочую плоскость нельзя, можно создать локальную систему координат, начало координат которой совпадает с началом координат рабочей плоскости, и затем использовать эту локальную координатную систему для восстановления ранее заданной рабочей плоскости.

Для создания локальной координатной системы с началом, совпадающим с началом координат рабочей плоскости, используется один из следующих способов:

Команда: CSWPLA

Маршрут: Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems> Create Local CS>At WP Origin

Чтобы использовать эту локальную систему координат для воссоздания предварительно определенной рабочей плоскости, применяется один из следующих способов:

Команда: WPCSYS

44

Маршрут: Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Active Coord Sys Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Global Cartesian Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>Specified Coord Sys

4.3. Дополнительные возможности рабочей плоскости

Используя ранее описанные команду WPSTYL или маршрут меню, можно оснастить рабочую плоскость такими возможностями, как интервал фиксации, сетка отображения, погрешность выбора и тип координат. Кроме того, можно принудить систему координат следовать за рабочей плоскостью по мере перемещения последней, используя один из следующих способов:

Команда: CSYS

Маршрут: Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Global Cartesian Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Global Cylindrical Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Global Spherical

Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Specified Coordinate Sys Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Working Plane Utility Menu>WorkPIane>Offset WP to>Global Origin

4.3.1. Интервал фиксации

Трудно, если это вообще возможно, поместить курсор в определенное место рабочей плоскости. Чтобы выполнять такое действие надежно, имеется возможность с помощью команды WPSTYL или соответствующего маршрута меню установить интервал фиксации (snap). Если такой интервал задан, любая создаваемая с помощью манипулятора “мышь” точка будет иметь на рабочей плоскости координату, кратную целому числу интервалов фиксации. С математической точки зрения это означает, что если курсор находится в диапазоне

N*SNAP – SNAP/2 <= x < N*SNAP + SNAP/2,

то для любого целого N выбранной координате x присваивается значение xр=N*SNAP.

Один и тот же интервал используется для координат x и y рабочей плоскости. Интервалы фиксации можно представить в виде квадратных ячеек (см. ниже рис. 4.2). При попадании курсора в любое место ячейки, заданная точка будет соответствовать центру ячейки.

Рис. 4.2. Интервал фиксации

45

4.3.2. Сетка отображения

Чтобы сделать видимым положение и ориентацию рабочей плоскости, можно создать сетку отображения. Положение сетки, ее вид и границы устанавливаются командой WPSTYL или с помощью соответствующего маршрута меню. (Сетка никоим образом не связана с размером интервала фиксации.) Обращение к команде WPSTYL без аргументов вызывает появление сетки или ее исчезновение.

4.3.3. Погрешность выбора объекта

Существующий геометрический объект, который требуется “выбрать” мышью, может лежать близко к рабочей плоскости, но не точно в ней. С помощью команды WPSTYL или соответствующего маршрута меню программе можно сообщить, что объекты считаются принадлежащими рабочей плоскости, если удовлетворяется погрешность выбора. Объекты, которые попадают в пределы этого поля, предполагаются принадлежащими данной рабочей плоскости. Такая погрешность, в действительности, задает “толщину” рабочей плоскости, обеспечивающую “захват” нужного объекта.

4.3.4. Тип координат

Существует два типа рабочих плоскостей: декартова и полярная. До сих пор изложение относилось к рабочей плоскости в декартовой системе координат, но имеется возможность использовать полярные координаты (R, ), если геометрию модели удобнее описывать в такой системе. На рисунке 4.3 показана сетка рабочей плоскости в полярной системе координат, заданная командой WPSTYL. Выбор объектов с использованием рабочей плоскости в полярных координатах осуществляется таким же образом, как и с помощью плоскости в декартовых координатах. Интервалы фиксации задаются для радиального направления (опция SNAP в команде WPSTYL) и углового направления (опция SNAPANG).

Рис. 4.3. Сетка полярной рабочей плоскости

46

4.3.5. Трассировка рабочей плоскости

Если для задания геометрии была использована рабочая плоскость совместно с системой координат, то, возможно, вскоре обнаружится, что рабочая плоскость совершенно не связана с системой координат. Так, например, при изменении или перемещении рабочей плоскости система координат не отслеживает смену типа или положения рабочей плоскости. Это может иметь деструктивный эффект, если использовалось сочетание действий мышью (т.е. с использование рабочей плоскости) и ввода с помощью клавиатуры таких объектов, как ключевые точки (т.е. с использованием активной координатной системы). Если, например, рабочая плоскость сдвигается из заданного по умолчанию положения, а затем вводом с клавиатуры задается ключевая точка при новом начале координат (т.е. K,1205,0,0,0), то обнаружится, что эта ключевая точка расположена в начале системы координат, а не в начале координат рабочей плоскости (см. рис. 4.4).

Рис. 4.4. Несовпадение рабочей плоскости и системы координаты

Если при моделировании обнаруживается, что приходится уделять много внимания тому, чтобы активная система координат отслеживала положение рабочей плоскости, то можно использовать опцию команды CSYS или соответствующий маршрут меню для автоматической привязки. Команда CSYS,WP или CSYS,4 принуждает активную систему координат быть того же типа (например, декартовой) и находиться в том же положении, что и рабочая плоскость. Теперь до тех пор, пока не будут использованы опции WP или 4 для выхода из активной системы координат, перемещение рабочей плоскости будет сопровождаться перемещением системы координат. Кроме того, при изменении типа рабочей плоскости меняется также и система координат. Например, если тип плоскости меняется с декартовой на полярную, активная система координат сменится на цилиндрическую.

Обратимся вновь к рассмотренному выше примеру и предположим, что нужно поместить ключевую точку в начало координат рабочей плоскости после того, как плоскость была перемещена. Если перед тем, как перенести рабочую плоскость, была активизирована ее трассировка (CSYS,WP), то использование клавиатуры (K, 1205,0,0,0) приведет к появлению ключевой точки в начале координат рабочей плоскости, поскольку положение этой системы координат и рабочей плоскости совпадают (см. рис. 4.5).

47

Рис. 4.5. Совпадение рабочей плоскости и системы координаты (CSYS,WP)

4.4. Планшет оцифровки

Если в распоряжении пользователя имеется планшет оцифровки и электронное перо, с их помощью можно также обращаться к объектам модели. Программа ANSYS располагает следующим набором команд и соответствующих маршрутов меню для использования возможностей планшета оцифровки.

Для цифровой привязки узлов к поверхности:

Команда: DIG

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes>Digitize Nodes> Digitize Nodes

Для цифрового преобразования узлов на поверхностях и на линиях пересечения:

Команда: DMOVE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes>Digitize Nodes> 2-View Digitize

Для установки масштаба и ориентации плоскости цифрового планшета:

Команда: DSET

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes>Digitize Nodes>Set Plane/Device

Для задания поверхности, на которой находятся оцифрованные узлы:

Команда: DSURF

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes>Digitize Nodes> Define Surface

В программе ANSYS планшет оцифровки обладает трехмерными возможностями, при этом двумерное оцифровывание является упрощенным случаем. Узлы, находящиеся на предопределенных поверхностях (плоскость, цилиндр, сфера или тор в любой системе координат) могут быть оцифрованы с использованием единственного вида чертежа модели. Две координаты, определенные из чертежа, преобразуются в поверхностные координаты. Третья координата определяется с помощью константы поверхности. Координаты узла хранятся в виде координат глобальной декартовой системы.

48

Пространственные координаты узлов, принадлежащие математически заданным поверхностям, искривленным поверхностям или линиям пересечения, могут быть получены с использованием двух видов чертежа. Требуется две ортогональные проекции с положением узлов на плоскости каждого вида. Поверхности задавать не требуется. Две координаты определяются из второго вида, а еще одна координата берется из первого.

49

Глава 5.

Твердотельное моделирование

50

Содержание

5. Твердотельное моделирование

5.1. Обзор процедур твердотельного моделирования ----------------------- 5-3

5.2. Создание твердотельной модели “снизу-вверх” ------------------------ 5-75.2.1. Ключевые точки-------------------------------------------------------------- 5-75.2.2. Линии--------------------------------------------------------------------------- 5-105.2.3. Поверхности------------------------------------------------------------------ 5-145.2.4. Объемы------------------------------------------------------------------------ 5-175.2.5. Операции буксировки------------------------------------------------------ 5-22

5.3. Создание твердотельной модели “сверху - вниз”: примитивы----- 5-235.3.1. Геометрический примитив----------------------------------------------- 5-235.3.2. Примитивы поверхностей------------------------------------------------ 5-235.3.3. Построение объемных примитивов----------------------------------- 5-25

5.4. Построение модели с помощью булевых операций-------------------- 5-295.4.1. Сохранение исходного объекта--------------------------------------- 5-295.4.2. Другие полезные установки команды BOPTN-------------------- 5-305.4.3. Нумерация объектов после выполнения булевых операций- 5-315.4.4. Пересечения объектов--------------------------------------------------- 5-315.4.5. Попарное пересечение-------------------------------------------------- 5-345.4.6. Суммирование объектов------------------------------------------------ 5-365.4.7. Вычитание объектов------------------------------------------------------ 5-375.4.8. Процедура вычитания рабочей плоскости------------------------- 5-465.4.9. Классификация объектов------------------------------------------------ 5-485.4.10. Наложение объектов----------------------------------------------------- 5-48

5.4.11. Разделение объектов на части-------------------------------------- 5-505.4.12. “Склеивание” (слияние) объектов--------------------------------- 5-515.4.13. Альтернативы булевым процедурам------------------------------ 5-53

5.5. Коррекция объектов после булевых операций ----------------------- 5-54

5.6. Перемещение и копирование твердотельных объектов------------ 5-565.6.1. Команды xGEN и соответствующие маршруты------------------ 5-575.6.2. Команды xSYM(M) и маршруты меню------------------------------ 5-585.6.3. Команды xTRAN и маршруты меню--------------------------------- 5-585.6.4. Масштабирование твердотельных объектов--------------------- 5-59

5.7. Нагрузки твердотельной модели------------------------------------------- 5-615.7.1. Перенос нагрузок--------------------------------------------------------- 5-615.7.2. Вывод на экран символов нагрузки--------------------------------- 5-625.7.3. Перечень нагрузок твердотельной модели----------------------- 5-62

5.8. Расчеты массовых и инерционных характеристик------------------- 5-63

5.9. Возможные проблемы при моделирования --------------------------- 5-655.9.1. Представление объектов твердотельного моделирования-- 5-655.9.2. Проблемы при использовании булевых процедур------------- 5-655.9.3. Некоторые рекомендации --------------------------------------------- 5-705.9.4. Другие полезные советы------------------------------------------------ 5-72

5.1. Обзор процедур твердотельного моделирования 51

Целью твердотельного моделирования является освобождение пользователя от трудоемкого процесса построения сложной конечно-элементной модели методом прямой генерации. Рассмотрим операции твердотельного моделирования и построения сетки, которые помогают ускорить создание модели.

Построение модели по принципу “снизу-вверх”. Ключевые точки, т.е. точки, которые определяют углы модели, являются геометрическими объектами низшего порядка. Если при построении твердотельной модели прежде всего создаются ключевые точки, а затем они используются для задания объектов более высокого порядка (линий, поверхностей и объемов), то модель строится по принципу “снизу- вверх”.

Рис. 5.1. Конструирование “снизу-вверх”

Построение модели по принципу “сверху - вниз”. Программа ANSYS также предоставляет возможность собрать модель, используя геометрические примитивы, представляющие собой полностью заданные линии, поверхности и объемы. Когда задается геометрический примитив, программа автоматически создает связанные с ним объекты “низшего” уровня,. Если моделирование начинается с построения примитивов более высокого порядка, то говорят, что модель строится по принципу “сверху - вниз”. При моделировании можно произвольно сочетать оба рассмотренных способа.

Рис. 5.2. Конструирование “сверху - вниз” (с помощью примитивов)

Использование булевых операций. Можно получить твердотельную модель, используя операции пересечения, вычитания и другие булевы операции. Булевы операции позволяют работать непосредственно с геометрическими объектами высокого порядка. Оба метода моделирования (“сверху-вниз” и “снизу-вверх”) допускают использование булевых операций.

52

Рис. 5.3. Создание сложных форм с помощью булевых операций

Повороты изображения и буксировка мышью. Булевы операции, несмотря на удобство их использовании, иногда требуют значительных ресурсов компьютера. В ряде случаев более эффективным может оказаться построение модели с помощью процедур буксировки или поворота.

Рис. 5.4. “Буксировка” поверхности для создания объема [VDRAG]

Перемещение и копирование объектов твердотельных моделей. Повторяющийся фрагмент поверхности или объема сложного вида требуется строить только один раз; затем его можно перемещать, поворачивать и копировать для создания полной модели. Также может оказаться более удобным перенос геометрических примитивов за счет их перемещения, а не изменением рабочей плоскости.

Рис. 5.5. Копирование поверхности

сложная поверхность (блок) при необходимости может быть многократно скопирована (серым цветом)

53

Построение сетки. Конечная цель при создании твердотельной модели состоит в построении сетки модели вместе с узлами и элементами. Как только построение модели завершено, заданы атрибуты элемента и установлены средства управления качеством сетки, можно предоставить программе ANSYS возможность построить сетку конечных элементов. Выполняя определенные требования, можно задать построение так называемой упорядоченной сетки, которая состоит из четырехугольных элементов или параллелепипедов - “кирпичей”.

Рис. 5.6. Произвольная и упорядоченная сетки

Перемещение и копирование узлов и элементов. Автоматическое построение сетки имеет огромное преимущество перед способом прямой генерации узлов и элементов, но иногда требует чрезмерно много компьютерного времени. Если модель содержит повторяющиеся особенности геометрии, то наиболее эффективным подходом может быть моделирование и построение сетки для области модели и затем создание копий этой области. (Копирование сетки потребует гораздо меньше времени, чем отдельное ее построение для каждого повторяющегося участка.)

Оригинал Копия

Рис. 5.7. Копирование сеточной области

Нагрузки твердотельной модели. В программе ANSYS нагрузки обычно прикладываются к узлам и элементам. Но при использовании твердотельного моделирования это часто оказывается неудобным. Существует, однако, возможность прикладывать нагрузки непосредственно к твердотельной модели; при инициализации решения (командой SOLVE), программа автоматически перенесет эти нагрузки на конечно-элементную модель.

Правка модели (очистка и удаление). Приступая к исправлению модели, следует руководствоваться иерархией твердотельной модели и конечно-элементных объектов

54

модели. Объект более низкого порядка не может быть удален, если он является частью объекта более высокого порядка. Следовательно, объем не может быть удален, если он имеет сетку конечных элементов, а линию нельзя удалить, если она является частью поверхности, и т.д. Если к объекту приложены нагрузки, то удаление или переопределение этого объекта удаляет приложенные нагрузки из базы данных. Ниже приводится иерархия объектов моделирования:

Наивысшая

Самая низкая

Элементы (и нагрузки элементов)

Узлы (и узловые нагрузки)

Объемы (и нагрузки, приложенные к модели)

Поверхности (и поверхностные нагрузки)

Линии (и нагрузки, приложенные по линии)

Ключевые точки (и сосредоточенные нагрузки)

Если необходимо исправить разбитую на сетку твердотельную модель, обычно требуется сначала удалить все узлы и элементы той части модели, которая будет исправляться, с помощью команд xCLEAR (маршрут меню Main Menu>Preprocessor >Clear). Как только твердотельная модель будет очищена, можно вносить изменения, удаляя (сверху вниз) и задавая геометрические объекты вновь. Как альтернативу процедурам очистки, удаления и переопределения можно иногда использовать непосредственную модификацию ключевых точек:

Команда: KMODIF

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Set of KPs Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Single KP

Использование команды KMODIF или соответствующего маршрута меню автоматически очищает и переопределяет присоединенные линии, поверхности и объемы. После внесения изменений в твердотельную модель необходимо снова построить сетку для тех ее областей, которые были очищены.

(а) Исходная сеточная область (b) Сетка удалена

(с) Модифицированная модель (d) Модифицированная модель с сеткой

Рис. 5.8. Перестроение твердотельной модели при наличии сетки

55

5.2. Создание твердотельной модели “снизу - вверх”

Любая твердотельная модель, независимо от способа ее построения (“снизу- вверх” или “сверху - вниз”), состоит из ключевых точек, линий, поверхностей и объемов. Рисунок 5.9 иллюстрирует эти геометрические объекты.

Рис. 5.9. Основные объекты твердотельной модели

Ключевые точки представляют собой вершины твердотельной модели, линии - ребра, поверхности - грани, а объемы - ее внутренние части. Обратите внимание на существование иерархии этих объектов: объем - это объект самого высокого порядка, он ограничен поверхностями, которые в свою очередь ограничены линиями, ограниченными ключевыми точками.

5.2.1. Ключевые точки

Построение модели “снизу-вверх” начинается с задания объектов самого низкого порядка - ключевых точек. Затем можно задать линии, поверхности и объемы, соединяющие эти ключевые точки. При создании объектов более высокого порядка не всегда приходится явно задавать их в порядке возрастания сложности: можно непосредственно построить поверхности и объемы, используя ключевые точки при их вершинах. При этом промежуточные объекты будут созданы автоматически. Например, если некоторый объем определяется восемью угловыми точками, программа автоматически генерирует граничные поверхности и линии.

Задание ключевых точек

В программе ANSYS используются различные способы задания ключевых точек, перечисленные ниже.

Для задания отдельных ключевых точек может использоваться один из

следующих способов:

Команда: K

Маршрут:Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>ln Active CS Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>On Working Plane

Для задания ключевых точек в заданном месте существующей линии:

56

Команда: KL

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>On Line Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>On Line wlRatio

Генерирование точек из существующих

Располагая созданным при построении модели начальным набором ключевых точек, можно генерировать дополнительные точки с помощью перечисленных ниже способов. (При выполнении большинства булевых операций также создаются ключевые точки.)

Создание ключевой точки между двумя уже существующими:

Команда: KBETW

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>KP between KPs

Генерирование нескольких ключевых точек между двумя точками:

Команда: KFILL

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>Fill between KPs

Построение ключевой точки в центре дуги окружности, заданной тремя точками:

Команда: KCENTER

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>KP at Center

Генерация дополнительных ключевых точек по существующему образцу:

Команда: KGEN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Copy>Keypoints

Для масштабирования существующего образца ключевых точек используется команда KSCALE. (Прямого доступа к этой команде из графического интерфейса нет.)

Создание набора ключевых точек отражением:

Команда: KSYMM

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Reflect>Keypoints

Перенос ключевых точек в другую систему координат:

Команда: KTRAN

Маршрут: Main Menu>Preprocessorr Move / Modify> Transfer Coord>Keypoints

Для получения предписанного по умолчанию положения незаданных узлов или ключевых точек используется команда SOURCE. (Прямого доступа к этой команде из графического интерфейса нет.)

Вычисление и перемещение ключевой точки в точку пересечения:

Команда: KMOVE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Move I Modify>To Intersect

Задание ключевой точки в месте расположения существующего узла:

57

Команда: KNODE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints>On Node

Просмотр и удаление точек

Вы можете сохранять точки, используя перечисленные ниже методы:

Распечатка перечня построенных ключевых точек:

Команда: KLIST

Маршрут:Utility Menu>List>Keypoints>Coordinates+Attributes Utility Menu>List>Keypoints>Coordinates only Utility Menu>List Picked Entities>Keypoints>Coordinates Only

Utility Menu>Lish Picked Entities>Keypoints>Coords+Attributes

Вывод на экран заданных ключевых точек:

Команда: KPLOT

Маршрут: Utility Menu>Piot>Keypoints Utility Menu>Plot>Specified Entities>Keypoints

Удаление ключевых точек, не входящих в сетку конечных элементов:

Команда: KDELE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Delete>Keypoints

Если используется команда /PNUM,KP,1 (маршрут меню Utility Menu> PlotCtrls>Numbering), на экран будут выведены номера тех ключевых точек [с помощью команд LPLOT, APLOT и VPLOT], которые связаны с линиями, поверхностями и объемами.

Команды для ключевых точек, связанных с другими объектами модели

Программа ANSYS предоставляет следующие команды для работы с ключевыми

точками.

Вычисление расстояния между точками:

Команда: KDIST

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate>KP Distance

Для изменения координат ключевой точки (т.е. перемещения ее в новое положение), используется один из способов, перечисленных ниже. При этом любая сеточная область, связанная с этой ключевой точкой, автоматически очистится, а связанные с заданной точкой объекты более высокого порядка будут переопределены. (Точку также можно переопределить командой K, но только в том случае, если она “свободна”, т.е. не присоединена к линии и не принадлежит сетке.)

58

Команда: KMODIF

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Move I Modify>Set of KPs Main Menu>Preprocessor>Move I Modify>Single KP

5.2.2. Линии

Линии в основном используются для построения граничных контуров модели. При построении поверхности или объема порой нет необходимости задавать явно все линии, поскольку во многих случаях программа создает их сама. Задание линий необходимо, если требуется создать линейные элементы (типа балок) или ограничить линиями некоторую поверхность.

Задание линий

В тех случаях, когда требуется задать линию явным образом, используется любой из перечисленных ниже способов.

Задание прямой линии или кубической кривой между двумя заданными ключевыми точками:

Команда: L

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>In Active Coord

Задание дуги окружности, проходящей через три ключевые точки (или через две точки, если задан радиус):

Команда: LARC

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Arcs>By End KPs & Rad Main Menu>PreprocessomCreate>Arcs>Through 3 KPs

Задание кубической линии из сплайна для набора ключевых точек:

Команда: BSPLIN

Маршрут: Main Menu>PreprocessomCreate>Splines>Spline thru KPs Main Menu>Preprocessor. Create>Splines>Spline thru Locs

Main Menu>Preprocesson Create>Splines>With Options>Spline thru KPs Main Menu>Preprocesson Create>Splines>With Options>Spline thru Locs

Задание дуги окружности:

Команда: CIRCLE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Arcs>By Cent & Radius Main Menu>Preprocessor>Create>Arcs>Full Circle

Задание линии, состоящей из сегментов сплайна и проходящей через несколько ключевых точек:

Команда: SPLINE

59

Маршрут:Main Menu>Preprocessor>Create>Splines>Segmented Spline MainMenu>Preprocessor>Create>Splines>WithOptions>Segmented Spline

Задание прямой линии, проходящей под некоторым углом к другой линии:

Команда: LANG

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>At Angle to Line Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>Normal to Line

Задание линии, проходящей под некоторым углом к двум другим линиям:

Команда: L2ANG

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>Angle to 2 Lines Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>Norm to 2 Lines

Задание линии, примыкающей к концу существующей линии и являющейся касательной к ней:

Команда: LTAN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>Tangent to Line

Задание линии, касательной к двум линиям:

Команда: L2TAN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>Tan to 2 Lines

Построение кратчайшей линии между двумя точками на поверхности:

Команда: LAREA

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>Overlaid on Area

Построение линий перемещением набора ключевых точек вдоль некоторой траектории:

Команда: LDRAG

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude/ Sweep>Along Lines

Построение дуг окружностей поворотом набора ключевых точек относительно некоторой оси:

Команда: LROTAT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude / Sweep>About Axis

Построение галтели между двумя пересекающимися линиями:

Команда: LFILLT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Line Fillet

Действительная форма линии, даже если она задается как “прямая”, будет определяться активной системой координат. Так, например, если в декартовой системе

60

координат производные dX/dL, dY/dL и dZ/dL постоянны вдоль линии (L), то построенная линия будет действительно прямой. В цилиндрической системе координат постоянные значения dR/dL, d/dL и dZ/dL могут соответствовать винтовой линии (если все три компонента не равны нулю).

Построение прямой в независимости от того, какая система координат активна:

Команда: LSTR

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>Straight Line

Генерация линий из существующих

Дополнительные линии могут быть созданы копированием набора существующих линий любым ниже перечисленным способом.

Генерация дополнительных линий:

Команда: LGEN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Copy>Lines Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Lines

Симметричное отображение набора:

Команда: LSYMM

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Reflect>Lines

Перенос набора линий в другую систему координат:

Команда: LTRAN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Move / Ihodify>Transfer Coord> Lines

Модификация линий

Изменить линию можно, переопределив ее командой L или любым из способов.

Деление линии на более короткие части:

Команда: LDIV

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Line into 2 Ln's Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Line into N Ln's Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Lines wl Options

Объединение двух линий:

Команда: LCOMB

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Add>Lines

Удлинение одного конца линии:

Команда: LEXTND

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Extend Line

Просмотр и удаление линий

61

Для просмотра и удаления линий используются перечисленные ниже способы.

Получение перечня линий:

Команда: LLIST

Маршрут: Utility Menu> List>Lines Utiltiy Menu> List Picked Entities>Lines

Вывод линий на экран:

Команда: LPLOT

Маршрут: Utility Menu>Plot>Lines Utility Menu>Plot>Specified Entities>Lines

Удаление линий:

Команда: LDELE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Delete>Line and Below Main Menu>Preprocessor>Delete>Lines Only

Если используется команда /PNUM,Line,1 (маршрут меню Utility Menu>

PlotCtrls>Numbering), на экран будут выведены площади и объемы (при использовании

команд APLOT и VPLOT) с пронумерованными линиями.

Замечания

При работе с линиями следует иметь в виду следующее:

Переопределены, изменены или удалены могут быть только линии, которые не принадлежат сеточной области и не присоединены к поверхностям модели. (Команды LDIV, LCOMB и LFILLT дают возможность обойти это правило. Их можно использовать для изменения линий, не принадлежащих сеточной области, даже если они присоединены к поверхности. Присоединенные поверхности будут изменяться, даже если они присоединены к объему модели.)

Для генерации или изменения линий можно использовать некоторые геометрические примитивы и булевы операции.

5.2.3. Поверхности

Плоские поверхности используются для представления двумерных твердотельных объектов (таких как пластины или осесимметричные тела). Искривленные поверхности, также как и плоские, используются для отображения трехмерных поверхностей (например, оболочек) и “граней” трехмерных твердотельных объектов. Поверхности требуются, если предполагается использовать конечные элементы поверхности или создать объем из поверхностей. Большинство команд, генерирующих поверхности, автоматически строят необходимые линии и ключевые точки; подобным же образом появляется удобная возможность создавать поверхности при построении объемов.

62

Построение поверхностей

Чтобы задать поверхность явным образом, можно использовать любую из нижеперечисленных команд, исходя из соображений удобства.

Построение поверхности с использованием ее вершин (т.е. ключевых точек):

Команда: A

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Arbitrary>Through KPs

Построение поверхности с использованием ее границ (т.е. с помощью линий, определяющих периметр):

Команда: AL

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Arbitrary>By Lines

Создание поверхности перемещением линии вдоль некоторой траектории:

Команда: ADRAG

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>Along Lines

Построение поверхности поворотом набора линий относительно некоторой оси:

Команда: AROTAT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude/ Sweep>About Axis

Построение галтели в месте пересечения двух поверхностей:

Команда: AFILLT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Area Fillet

Построение поверхности “обтягиванием каркаса” из направляющих линий:

Команда: ASKIN

Маршрут: Main Menu>PreprocessonCreate>Arbitrary>By Skinning

Построение новой поверхности смещением существующей поверхности (как в случае воздушного шарика при понижении или повышении давления в нем):

Команда: AOFFST

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Arbitrary>By Offset

При попытке “уменьшить давление” и изменить размер поверхности на величину, равную или превышающую наименьший радиус кривизны, могут появиться трудности. В этом случае новая поверхность не создается (появится предупреждение). Примеры использования команд AROTAT, ADRAG, AFILLT, ASKIN и AOFFST представлены на рис.5.10.

63

AROTAT ADRAG AFILLT

(а) направляющие (b) поверхность, “натянутая” по

умолчанию

(с) негативы NL1 и NL3 AOFFST (цилиндрическая

поверхность “надутая” и “сплющенная”

ASKIN (поверхность “натягивается” на каркас из линий L1, L2 и L3; при этом создаются краевые линии L4 и L5.)

Рис. 5.10. Примеры использования команд AROTAT, ADRAG, AFILLT и AOFFST

Построение поверхностей из уже существующих

Дополнительные поверхности могут быть получены из уже существующих копированием с помощью

приведенных ниже способов.

Построение дополнительных поверхностей из набора поверхностей:

Команда: AGEN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Copy>Areas Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Areas

Построение поверхности симметричным отражением набора:

Команда: ARSYM

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Reflect Areas

Перенос набора поверхностей в другую систему координат:

Команда: ATRAN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Transfer Coord>Areas

Копирование части поверхности:

64

Команда: ASUB

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Arbitrary>Overlaid on Area

Просмотр и удаление поверхностей

Печать листинга заданных поверхностей:

Команда: ALIST

Маршрут: Utility Menu>List>Areas Utility Menu>List>Picked Entities>Areas

Графическое отображение поверхностей на экране:

Команда: APLOT

Маршрут: Utility Menu>Plot>Areas Utility Menu>Plot>Specified Entities>Areas

Удаление поверхностей, свободных от сеточных областей:

Команда: ADELE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Delete>Area and Below Main Menu>Preprocessor>Oelete>Areas Only

Если используется команда /PNUM,AREA,1 (маршрут меню Utility Menu>

PlotCtrls>Numbering) и [VPLOT], то при выводе на экран объемов будут показаны номера поверхностей, которые связаны с этими объемами.

Две особенности использования команды ALIST для получения сведений о поверхности требуют пояснений. Площадь поверхности (объекта твердотельной модели) будет включена в перечень только в том случае, если предварительно выполнена команда ASUM (маршрут меню Main Menu>Preprocessor>Operate> Calc Geom Items). Кроме того, номера, которые показаны замкнутыми в кольцо, относятся к замкнутым последовательностям линий, которые определяют границы некоторой поверхности, как показано на рисунке.

65

№ loop lines area #nodes #elem mat real typ esys1 1 1 2 3 4 N/A 0 0 0 0 0 0

2 12 13 113 5 10 9 8

7 6

Рис.5.11. “Петли” линий, ограничивающих поверхности

Замечания

При работе с поверхностями модели следует иметь в виду следующее:

переопределены или удалены могут быть только те поверхности, которые не имеют сетки конечных элементов и не присоединены к объему;

для создания или изменения поверхностей могут быть использованы некоторые геометрические примитивы и булевы операции.

5.2.4. Объемы

Объемы используются для отображения трехмерных объектов и требуются только в том случае, если нужно будет использовать объемные конечные элементы. Большинство команд, создающих объемы, автоматически генерируют объекты более низкого порядка.

Задание объемов

Для задания объема используется любой из следующих способов:

Задание объема с использованием вершин (с помощью ключевых точек):

Команда: V

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Arbitrary>Through KPs

Задание объема с использованием границ (т.е. с помощью набора поверхностей модели):

Команда: VA

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Arbitrary>By Areas

Построение объемов перемещением набора поверхностей вдоль некоторой траектории:

Команда: VDRAG

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>Along Lines

Построение объемов поворотом набора поверхностей относительно некоторой оси:

Команда: VROTAT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude/ Sweep >About Axis

Построение объема смещением поверхности в положительном направлении

66

нормали к поверхности (см. рис. 5.12):

Команда: VOFFST

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>Along Normal

Построение объема “выдавливанием” и масштабированием набора поверхностей в активной системе координат (рис. 5.12):

Команда: VEXT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>By XYZ Offset

VOFFST, NAREA, DIST, KING VEXT, NA1, NA2, NINC, DX, DY, DZ, RX, RY, RZ

Рис. 5.12. Действие команд VOFFST и VEXT

Рекомендации по “выдавливанию” объемов

При использовании этого способа построения объемов следует иметь в виду

следующие рекомендации.

Если поверхность, которая используется в качестве шаблона для получения нужного объема с помощью команд VROTAT, VEXT, VOFFST или VDRAG, имеет сетку конечных элементов (или принадлежит объему с построенной сеткой), то эта сетка будет использована в качестве шаблона для сетки создаваемого объема (рис. 5.13). Построение выполняется таким образом:

1. создается сетка конечных элементов для поверхности, которая должна быть “выдавлена”, перемещена, сдвинута или повернута;

2. выбирается соответствующий трехмерный тип конечного элемента (ET) (подходящий по форме и числу узлов для данного оболочечного элемента); активизируется команда отбора (TYPE);

67

3. задается нужное число делений элемента в направлении “выдавливания”, поворота или сдвига (аргумент NDIV команды ESIZE); при использовании команды VDRAG задается число делений элемента (LESIZE или ESIZE,,NDIV) по линии перемещения (“протяжки”);

4. вводятся команды VROTAT, VEXT, VOFFST или VDRAG.

Поверхности, созданные конкатенацией [ACCAT] (в общем случае, это присоединение начала одной последовательности к концу другой), или поверхности, имеющие конкатенированные линии [LCCAT], нельзя использовать для “выдавливания”. Это ограничение можно обойти нанесением сетки элементов на поверхность с последующим удалением линий конкатенации и “выдавливанием” поверхности в объем с готовой сеткой.

Рис. 5.13. “Выдавливание” с масштабированием сеточной области в объем

Построение объемов из существующих

68

Чтобы получить дополнительные объемы из уже существующих, используется любой из описанных ниже способов.

Построение дополнительных объемов из набора существующих объемов:

Команда: VGEN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Copy>Volumes Main Menu>Preprocessor>Move I Modify>Volumes

Построение объемов из набора существующих с помощью приема симметричного отражения:

Команда: VSYMM

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Reflect>Volumes

Перенос набора объемов в другую систему координат:

Команда: VTRAN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Move/Modify>Transfer Coord>Volumes

Просмотр и удаление объемов

Вывод перечня объемов на экран:

Команда: VLIST

Маршрут: Utility Menu>List>Picked Entities>Volumes Utility Menu>List Volumes

Графическое отображение объемов на экране:

Команда: VPLOT

Маршрут: Utility Menu>PlotSpecified Entities>Volumes Utility Menu>Plots Volumes

Удаление объемов:

Команда: VDELE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Delete>Volume and Below Main Menu>Preprocessor>Delete>Volumes Only

Выводимый листинг объемов показывает, что объемы состоят из ряда слоев. Каждый слой представляет собой объемный эквивалент рассмотренных ранее “петель”, т.е. набор объектов, задающих непрерывную замкнутую границу.

Замечания

При работе с объемами следует помнить следующее:

могут быть переопределены или удалены только объемы, которые не имеют сетки

конечных элементов;

69

для построения или модификации объемов могут быть использованы некоторые геометрические примитивы и булевы операции.

70

5.2.5. Операции буксировки

Для получения наилучших результатов при использовании операций буксировки (LDRAG, ADRAG или VDRAG) следует уменьшить до минимума расстояние между перемещаемым объектом и плоскостью буксировки (расстояние "d" на рис. 5.14). Кроме того, плоскость объекта должна быть по возможности параллельной плоскости буксировки. Обе рекомендации могут быть выполнены, если перемещаемые объекты находятся в плоскости буксировки. Плоскость буксировки автоматически задается перпендикулярной к траектории буксировки и расположенной в ее начале.

Рис. 5.14. Условия буксировки

5.3. Создание твердотельной модели “сверху - вниз”: примитивы

5.3.1. Геометрический примитив

Геометрический примитив представляет собой обычно используемую твердотельную форму в виде, например, сферы или правильной призмы, которая создается одной командой программы ANSYS.

Поскольку примитивы являются объектами высшего порядка, которые могут быть созданы без предварительного задания ключевых точек, то построение модели с использованием примитивов иногда называется моделированием “сверху - вниз”. (При создании примитива программа автоматически создает все необходимые объекты более низкого порядка, в том числе и ключевые точки.)

71

5.3.2. Примитивы поверхностей

Геометрические примитивы поверхностей задаются на рабочей плоскости с помощью приведенных ниже команд и соответствующих маршрутов интерфейса пользователя.

Построение прямоугольника

Построение прямоугольной области в произвольном месте рабочей плоскости:

Команда: RECTNG

Маршрут: Main Menu>Preprocessorr Create>Rectangle>By Dimensions

Построение прямоугольной области с помощью угловых точек:

Команда: BLC4

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Rectangle>By 2 Corners

Построение прямоугольной области заданием центра и угловыми точками:

Команда: BLC5

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Rectangle>By Centr & Cornr

Построение круга или кругового сегмента

Построение круга с центром в начале координат рабочей плоскости:

Команда: PCIRC

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Circle>By Dimensions

Построение круга в любом месте рабочей плоскости:

Команда: CYL4

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Circle>Annulus Main Menu>Preprocessor>Create>Circle>Partial Annulus Main Menu>Preprocessor>Create>Circle>Solid Circle

Построение поверхности круга с помощью конечных точек:

Команда: CYL5

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Circle>By End Points

Построение правильного многоугольника

Построение правильного многоугольника с центром в начале координат рабочей плоскости:

Команда: RPOLY

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Polygon>By Circumscr Rad

Main Menu>Preprocessor>Create>Polygon>By Inscribed Rad Main Menu>Preprocessor>Create>Polygon>By Side Length

Построение правильного многоугольника в произвольном месте рабочей плоскости:

Команда: RPR4

72

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Polygon>Hexagon Main Menu>Preprocessor>Create>Polygon>Octagon Main Menu>Preprocessor>Create>Polygon>Pentagon Main Menu>Preprocessor>Create>Polygon>Septagon Main Menu>Preprocessor>Create>Polygon>Square Main Menu>Preprocessor>Create>Polygon>Triangle

Кроме правильных многоугольников можно построить произвольную многоугольную область заданием координат точек на рабочей плоскости с помощью команды POLY. Этой команде должна предшествовать команда PTXY. (Прямого доступа к команде POLY из графического интерфейса нет.)

Замечания

При работе с примитивами поверхностей следует иметь в виду следующее:

поверхности, созданные описанными выше способами, будут располагаться на рабочей плоскости и будут ориентированы согласно ее координатной системе; примитивы поверхности должна иметь отличную от нуля площадь (т.е. нельзя определить вырожденную поверхность заданием линии);

область раздела между двумя соприкасающимися примитивами приводит к появлению линии разрыва (“шва”) в конечно-элементной модели, если только не предпринять меры для устранения шва, используя команды NUMMRG, AADD или AGLUE;

при задании дуги кругового геометрического примитива (команды PCIRC и CYL4 или приведенные в следующем разделе команды CONE, CYLIND, SPHERE и TORUS) следует помнить, то построение дуги начинается от наименьшего (алгебраическом смысле) угла, продолжается в положительном направлении угловой координаты и заканчивается при большем угле. (Вводимые в этих командах углы THETA1, THETA2 не означают начальный и конечный углы.) Рис. 5.15 иллюстрирует работу этих команд.

PCIRC,1,2,45,315 PCIRC,1,2,-45,45

PCIRC,1,2,315,45 PCIRC,1,2,45,-45

Рис. 5.15. Построение круговых дуг

73

5.3.3. Построение объемных примитивов

Объемный примитив можно задать, используя команды и соответствующие маршруты графического интерфейса, описанные в этом разделе.

Построение прямоугольного параллелепипеда (“кирпича”)

Построение объема заданием размеров объема на рабочей плоскости:

Команда: BLOCK

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Block>By Dimensions

Построение объема заданием угловых точек:

Команда: BLC4

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Block>By 2 Corners & Z

Построение объема заданием центра и угловых точек:

Команда: BLC5

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create> Block>By Centr,Cornr,Z

Построение цилиндра

Для создания правильного призматического объема с окружностями или круговыми сегментами на торцах (т.е. цилиндра) используются следующие способы.

Построение цилиндра с центром в начале координат рабочей плоскости:

Команда: CYLIND

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Cylinder>By Dimensions

Построение цилиндра в произвольном месте рабочей плоскости:

Команда: CYL4

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Cylinder>Hollow Cylinder Main Menu>Preprocessor>Create>Cylinder>Partial Cylinder Main Menu>Preprocessor>Create>Cylinder>Solid Cylinder

Построение цилиндра заданием точек на торцах:

Команда: CYL5

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Cylinder>By End Pts L Z

74

Построение призмы

Для построения правильного призматического объема используется любой из

приведенных ниже способов.

Построение правильной призмы с центром в начале координат рабочей плоскости:

Команда: RPRISM

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Prism>By Circumscr Rad Main Menu>Preprocessor>Create>Prism>By Inscribed Rad Main Menu>Preprocessor>Create>Prism>By Side Length

Построение объема призмы в произвольном месте рабочей плоскости:

Команда: RPR4

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Prism>Hexagonal Main Menu>Preprocessor>Create>Prism>Octagonal Main Menu>Preprocessor>Create>Prism>Pentagonal Main Menu>Preprocessor>Create>Prism>Septagonal Main Menu>Preprocessor>Create>Prism>Square Main Menu>Preprocessor>Create>Prism>Triangular

Для создания произвольного призматического объема с помощью координат рабочей плоскости используется команда PRISM. Команде PRISM должны предшествовать команды PTXY. (Прямого доступа к команде PRISM из графического интерфейса нет.)

Построение сферы или сферического сегмента

Для построения сферы или сферического сегмента используется любой из

приведенных ниже способов.

Построение сферического объема с центром в начале координат рабочей плоскости:

Команда: SPHERE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Sphere>By Dimensions

Построение сферического объема в произвольном месте рабочей плоскости:

Команда: SPH4

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Sphere>Hollow Sphere Main Menu>Preprocessor>Create>Sphere>Solid Sphere

построение сферического объема заданием точек - концов диаметра:

Команда: SPH5

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Sphere>By End Points

75

Построение конуса или усеченного конуса

Построение конического объема с центром в начале координат рабочей плоскости:

Команда: CONE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Cone>By Dimensions

Построение конического объема в произвольном месте рабочей плоскости:

Команда: CON4

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Cone>By Picking

Построение тора или тороидального сегмента

Для построения тороидального объема используются следующие способы:

Команда: TORUS

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Torus

Замечания

При использовании объемных примитивов следует иметь в виду следующее.

Объемы располагаются относительно рабочей плоскости в соответствии с описанием используемых команд. (Смысл используемого в этих описаниях угла показан на рис. 5.16.)

Область раздела между двумя соприкасающимися примитивами создает линию разрыва в конечно - элементной модели. Для устранения линии разрыва используются команды NUMMRG, VGLUE или VADD.

Рис. 5.16. Примитив в виде тора

76

5.4. Построение модели с помощью булевых операций

Булева алгебра предоставляет средства для комбинирования наборов данных с помощью логических операций (пересечение, объединение, вычитание и т.д.) Программа ANSYS допускает использование булевых операций для построения твердотельной модели.

Булевы операции можно применить почти к любой твердотельной модели независимо от того, создана ли она по принципу “снизу-вверх” или “сверху-вниз”, за исключением случаев, когда объект построен с помощью конкатенации (см. Главу 6 “Построение сетки конечных элементов”) и если объект содержит вырождения разного рода (см. раздел “Краткие комментарии к нагрузкам твердотельной модели” далее в этой главе.)

Кроме того, все нагрузки твердотельной модели и атрибуты элементов должны быть определены после выполнения булевых операций. Если булевы операции используются для изменения существующей модели, то следует соблюдать осторожность при переопределении нагрузок и атрибутов элементов.

В последующих разделах рассматриваются многочисленные способы применения булевых операций. Следует иметь в виду, что для обращения к опциям булевых операций можно использовать любой из приведенных ниже способов:

Команда: BOPTN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Settings

5.4.1. Сохранение исходного объекта

При выполнении булевой операции с двумя (или более) объектами возникает вопрос: сохранять или не сохранять исходный объект? Имеется возможность управлять ситуацией с помощью метки KEEP команды BOPTN,Lab,Value, как схематично показано на рис. 5.17.

Рис. 5.17. Действие опции KEEP

77

В общем случае булевы операции применимы к объектам низшего порядка, которые входят в объект более высокого порядка.

Булевы операции не могут выполняться на объектах, имеющих сеточную область. Перед выполнением булевой операции следует очистить объект от сетки конечных элементов.

5.4.2. Другие полезные установки команды BOPTN

Метка NWARN команды BOPTN позволяет управлять процессом выдачи предупреждающих сообщений. Значение “0” соответствует выдаче предупреждения в отм случае, когда булева операция не выполняется. Значение “1” подавляет все предупреждения или сообщения об ошибках, если булева операция не выполняется. Значение “- 1” разрешает выдачу сообщений об ошибках, если булева операция не выполняется. По умолчанию устанавливается значение “0”.

Метка VERSION используется для контроля за схемой нумерации объектов, созданных булевыми операциями. По умолчанию программа ANSYS будет нумеровать объекты, используя схему нумерации версии 5.2, но можно заставить программу использовать схему нумерации версии 5.1. Обычно при использовании версии 5.2 или 5.3 реализуется схема нумерации, заданная по умолчанию. Однако если считываются данные, созданные версией 5.1, то перед считыванием файла (/INPUT) следует активизировать схему нумерацию версии 5.1 (BOPTN,VERSION,RV51), чтобы ввод прошел нормально.

Замечание - ввод команд, созданных версией 5.1, может приводить к различающейся нумерации объектов при работе с версиями 5.2 и 5.3, если задана нумерация по схеме версии 5.1 (BOPTN,VERSION,RV51).

Метка DEFA возвращает все установки команды BOPTN к значениям по умолчанию. Метка STAT выдаст листинг статуса существующих установок.

5.4.3. Нумерация объектов после выполнения булевых операций

Схема нумерация предписывает номера объектам, образующимся после булевых операций, на основе информации о их топологии и геометрии. Топологическая информация для поверхности, например, содержит число относящихся к ней “петель” (т.е. наборов объектов, задающих непрерывные замкнутые границы поверхности), число образующих поверхность линий (т.е. число граничных линий поверхности), номера первоначальных линий поверхности (линий, существовавших до выполнения булевых операций), номера первоначальных ключевых точек и т.д. Геометрическая информация для поверхности содержит координаты ее центра тяжести, оконечные точки и другие “контрольные точки” в некоторой произвольной системе координат. “Контрольные точки”, определяемые опцией NURBS, используются при параметрическом описании модели. В соответствии со схемой нумерации сначала присваиваются номера (начиная со следующего доступного номера) тем выходным объектам, которые могут быть однозначно идентифицированы топологически. Оставшиеся объекты нумеруются на основе геометрической информации. К сожалению, в последнем случае номера могут оказаться несогласованными в процессе выполнения циклов оптимизации, особенно, если геометрия модели меняется от цикла к циклу. Именно поэтому при нумерации объектов на основе геометрической информации программа выдаст следующее предупреждение:

78

_____________________________________________________________________

*** ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ***

Нумерация объектов, полученных булевыми операциями, была выполнена на основе информации о геометрии объектов. Если предполагается выполнять оптимизацию (или использовать циклы ввода), не полагайтесь на номера для нагрузок и т.д. Для подавления этого предупреждения введите команду “BOPT,NWARN,0”. _____________________________________________________________________

5.4.4. Пересечения объектов

Процедура пересечения задает новый набор объектов, который является общим для каждого участвующего в процедуре исходного объекта. Другими словами, пересечение представляет область перекрытия двух или более объектов. Новый набор может иметь пространственную размерность исходных объектов или более низкую. Так, например, пересечение двух линий может быть точкой (множеством точек) или линией (множеством линий). Имеются следующие булевы команды (и соответствующие маршруты) для процедуры пересечения:

пересечение линий:

Команда: LINL

Маршрут: Main Inenu>Preprocessor>Operate>Intersect>-Common-Lines

пересечение поверхностей:

Команда: AINA

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>lntersect>-Сommon-Areas

пересечение объемов:

Команда: VINV

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>lntersect>-Common-Volumes

пересечение линии с поверхностью:

Команда: LINA

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Intersect>Line with Area

пересечение поверхности с объемом:

Команда: AINV

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Intersect>Area with Volume

пересечение линии с объемом:

Команда: LINY

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>lntersect Line with Volume

Иллюстрации процедур пересечения 79

Приведенные рисунки поясняют действие перечисленных выше команд пересечения.

Рис. 5.18. LINL (пересечение линий)

Рис. 5.19. AINA (пересечение поверхностей)

80

Рис. 5.20. VINV (пересечение объемов)

Рис. 5.21. LINA (пересечение линии с поверхностью)

81

Рис. 5.22. AINV (пересечение поверхности с объемом)

Рис. 5.23. LINV (пересечение линии с объемом)

5.4.5. Попарное пересечение

Процедура попарного пересечения определяет новые объекты, которые представляет собой набор общих областей участвующих в процедуре объектов. Другими словами, попарное пересечение представляет собой область пересечения по крайней мере двух из всех исходных объектов. Новый набор имеет ту же самую или более низкую размерность по сравнению с исходной. Так, например, попарное пересечение множества линий может быть точкой (множеством точек) или линией (множеством линий). Имеются следующие булевы команды (и соответствующие маршруты) для процедуры попарного пересечения:

попарное пересечение линий:

Команда: LINP

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>lntersect>-Pairwise-Lines

попарное пересечение поверхностей:

Команда: AINP

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Intersect>-Pairwise-Areas

попарное пересечение объемов:

Команда: VINP

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>lntersect>-Pairwise-Volumes

82

Иллюстрации процедур попарного пересечения

Рисунки 5.24, 5.25 и 5.26 поясняют перечисленные выше процедуры попарного пересечения:

Рис. 5.24. LINP (попарное пересечение линий)

Рис. 5.25. АINP (попарное пересечение поверхностей)

83

Рис. 5.26. VINP (попарное пересечение объемов)

5.4.6. Суммирование объектов

Процедура суммирования объектов определяет новый объект, который включает все части исходных. (С математической точки зрения эта операция также известна как объединение.) Результирующий объект представляет собой единое целое, не содержащее внутренних делений. (На практике это означает, что обычно не удается построить сетку конечных элементов для “объединенных” объектов, как, впрочем, и для объектов “пересечения”.) Программа ANSYS предусматривает сложение только объемов или компланарных двумерных поверхностей. Объединенные поверхности могут содержать отверстия, т.е. внутренние петли. Существуют следующие команды и соответствующие маршруты для выполнения процедуры суммирования:

создание единой поверхности сложением областей:

Команда: AADD

Маршрут: Nlain Menu>Preprocessor>Operate>Add>Areas

суммирование объемов:

Команда: VADD

Маршрутов: Main Menu>Preprocessor>Operate>Add>Volumes

84

Иллюстрации операций суммирования

Следующие рисунки поясняют перечисленные выше операции суммирования.

Рис. 5.27. AADD (суммирование поверхностей)

Рис. 5.28. VADD (суммирование объемов)

5.4.7. Вычитание объектов

При вычитании одного объекта (E2) из другого (E1) может быть получено одно из двух: будет создан новый объект или несколько объектов (E1 - E2 E3), имеющий размерность E1 и не содержащий областей наложения объекта E2; если такие области имеют более низкую размерность, то объект E1 разделится на два или более объектов (E1 - E2 E3 и E4).

Если в команде вычитания поле SEPO содержит пробел (значение по умолчанию), результатом вычитание объектов могут быть линии с общей точкой, поверхности с общей границей или объемы с совместной поверхностью раздела. Если введено поле команды SEPO, результирующие объекты будут иметь не общую границу раздела, а разные, но совпадающие. Эта последняя операция не имеет места, если общая область объектов не делит один из них по крайней мере на две различные линии, поверхности или объемы. Булевы команды (и соответствующие маршруты) процедуры вычитания следующие:

вычитание линий из линий:

Команда: LSBL

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Subtract>Lines Main Menu>Preprocessor>Operate>Subtracb WithOptions>Lines Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Line by Line

Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>With Options> Line by Line

85

вычитание поверхности из поверхности:

Команда: ASBA

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Subtract>Areas Main Menu>Preprocessor>Operate>Subtract With Options> Areas

Main Menu>Preprocessor>Operate Divide>Area by Area Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>With Options>

Area by Area

вычитание объемов из объемов:

Команда: VSBV

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Subtract Volumes Main Menu>Preprocessor> Operate>Subtract>With Options> Volumes

вычитание поверхностей из линий:

Команда: LSBA

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Line by Area Main Menu>Preprocesson Operate>Divide>With Options>

Line by Area

вычитание объемов из линий:

Команда: LSBV

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Line by Volume Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>With Options>

Line by Volume

вычитание объемов из поверхностей:

Команда: ASBV

Маршрут: Main Menu>Preprocessor Operate>Divide>Area by Volume Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>With Options> Area by Volume

вычитание линий из поверхностей:

Команда: ASBL

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Area by Line Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>WithOptions>

Area by Line

вычитание поверхностей из объемов:

Команда: VSBA

Маршрут: Main Inenu>Preprocessor>Operate>Divide>Volume by Area Main Menu>PreprocessonOperate>Divide>With Options>Volume

by Area

86

Иллюстрации операций вычитания

Простые процедуры вычитания объектов поясняются рисунками 5.29 - 5.36. Описания команд LSBL, ASBA, VSBV, LSBA, LSBV, ASBV, ASBL и VSBA приведены в Руководстве ANSYS Commands Reference.

Рис. 5.29. Команда LSBL (вычитание линии из линии)

Рис. 5.30. Команда ASBA (вычитание поверхности из поверхности)

2 новых поверхности

общая точка

87

Рис. 5.31. Команда VSBV (вычитание объема из объема)

Рис. 5.32. Команда LSBA (вычитание из линии поверхности)

общая точка

2 новых линии

новая линия

новый объем

88

Рис. 5.33. Команда LSBV (вычитание из линии объема)

Рис. 5.34. Команда ASBV (вычитание из поверхности объема)

новая поверхность

общая точка

2 новых линии

2 новых линии

89

Рис. 5.35. Команда ASBL (вычитание поверхности из линии)

Рис. 5.36. Команда VSBA (вычитание из объема поверхности)

Команды вычитания объектов могут иметь несколько входов. Можно вычесть один объект из нескольких других или несколько объектов из одного. Также можно вычесть определенное количество объектов из другого количества. На рисунках 5.37 - 5.44 приведены примеры множественного вычитания.

Рис. 5.37. Команда LSBL (вычитание из линии множества линий)

общие точки

общая линия

2 новых поверхности

общая поверхность

2 новых объема

90

Рис. 5.38. Команда ASBA (вычитание поверхности из множества поверхностей)

Рис. 5.39. Команда VSBV (вычитание объема из множества объемов)

Рис. 5.40. Команда LSBА (вычитание поверхности из множества линий)

общая точка

общая точка

91

Рис. 5.41. Команда LSBV (вычитание объема из множества линий)

Рис. 5.42. Команда ASBV (вычитание объема из множества поверхностей)

Рис. 5.43. Команда АSBL (вычитание линии из множества поверхностей)

Рис. 5.44. Команда VSBA (вычитание множества поверхностей из единичного объема)

общие линии

общие границы для поверхностей

новые поверхности

92

Замечания к операциям вычитания

Как показано на последнем рисунке, можно выполнить процедуру вычитания нескольких объектов из одного. Все команды вычитания имеют вид eSBe, где символ "e" указывает тип объектов, участвующих в процедуре.

Замечание - опция ALL может быть использована в любом поле команды вычитания. Если она используется в поле команды, относящейся к уменьшаемому объекту, то объекты, перечисленные или указанные "мышью" в поле команды для вычитаемого, будут удалены из всех выделенных объектов. Если опция ALL используется в поле вычитаемого объекта, то все выбранные объекты будут вычтены из объектов, перечисленных в поле уменьшаемого. Если ALL используется в поле и уменьшаемого и вычитаемого, ничего не произойдет; т.е. результатом будут заданные объекты.

Поле аргумента KEEP(X) команды вычитания позволяет выборочно сохранять или удалять объекты. Например, аргументы KEEPA и KEEPL команды ASBL дают возможность сохранить или удалить используемые в операции ASBL поверхности и/или линии. Для сравнения, команде BOPTN,KEEP,Value нужно указать, требуется ли сохранение или удаление всех вводимых объектов. Аргументы KEEPL и KEEPA отменяют установки, сделанные командой BOPTN (маршрут меню Main Menu> Preprocessor>Operate>Settings). Если в этих двух полях оставить пробелы, то установки по умолчанию будут контролироваться командой BOPTN. По умолчанию команда BOPTN удаляет все вводимые объекты, используемые в процедуре вычитания.

5.4.8. Процедура вычитания рабочей плоскости

Для разделения объекта на две или более части, можно использовать процедуру вычитания рабочей плоскости из объекта. Рабочая плоскость может быть вычтена из линий, поверхностей и объемов с использованием команд и соответствующих маршрутов меню, описанных ниже. Поле SEPO в командах вычитания используется, чтобы указать, какие границы (общие или раздельные) будут иметь полученные объекты. Поле KEEP используется для сохранения или удаления превоначальных объектов, независимо от установок команды BOPTN (Main Menu> Preprocessor>Operate>Settings).

Используются следующие команды (и соответствующие маршруты меню) для обращения к процедурам булевого вычитания с использованием рабочей плоскости:

вычитание рабочей плоскости из линий:

Команда: LSBW

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Line by WrkPlane

Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>With Options>Line by WrkPlane

вычитание рабочей плоскости из поверхности:

Команда: ASBW

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Area by WrkPlane

Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>WithOptions> Area by WrkPlane

вычитание рабочей плоскости из объемов:

Команда: VSBW

93

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Volu by WrkPlane

Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>With Options> Volu by WrkPlane

Иллюстрации процедуры вычитания рабочей плоскости

Следующие рисунки поясняют описанные выше операции вычитания с помощью рабочей плоскости:

Рис. 5.45. Команда LSBW (вычитание рабочей плоскости из линии)

Рис. 5.46. Команда ASBW (вычитание рабочей плоскости из поверхности)

94

Рис. 5.47. Команда VSBW (вычитание рабочей плоскости из объема)

5.4.9. Классификация объектов

Процедура классификации объектов подобна их вычитанию за исключением того, что оба первоначальных объекта замещаются новыми. В настоящее время в программе ANSYS возможна только классификация типа "линия-линия". Для ее выполнения используется команда LCSL. Прямого доступа к команде LCSL из графического интерфейса нет. Рисунок 5.48 поясняет эту операцию классификации.

Рис. 5.48. Команда LCSL (классификации "линия-линия")

5.4.10. Наложение объектов

Команды (и соответствующие маршруты графического интерфейса) наложения объектов соединяют два или более объекта, при этом создаются три или более новых объектов, которые объединяют все части оригиналов. Процедура наложения объектов подобна операции их сложения за исключением того, что границы создаются вокруг зоны наложения. Таким образом, операция наложения производит ряд относительно простых областей по сравнению с областью, созданной процедурой сложения. По этой причине строить сетку на объектах наложения бывает удобнее, чем на объектах, построенных операцией сложения.

Рабочая плоскость

95

Процедура наложения возможна только в том случае, если перекрывающаяся область имеет размерность исходных объектов. Существуют следующие команды (и соответствующие маршруты меню) для выполнения булевого наложения:

наложение линий:

Команда: LOVLAP

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Overlap>Lines

наложение поверхностей:

Команда: AOVLAP

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Overlap>Areas

наложение объемов:

Команда: VOVLAP

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Overlap>Volumes

Иллюстрации процедур наложения

Перечисленные выше процедуры наложения поясняют следующие рисунки:

Рис. 5.49. Команда LOVLAP (перекрытие линии линией)

Рис. 5.50. Команда AOVLAP (перекрытие поверхности поверхностью)

96

Рис. 5.51. Команда VOVLAP (перекрытие объема объемом)

5.4.11. Разделение объектов на частиКоманды разделения объектов применимы к двум и более объектам и приводят к

появлению трех или более объектов, содержащих все части оригиналов. Конечный результат подобен результату, к которому приводит процедура наложения, если образующийся объект имеет размерность оригинала, Однако в отличие от процедур наложения, неперекрытые исходные объекты не удаляются. Существуют следующие команды (и соответствующие маршруты) для выполнения булевого разбиения:

расчленение линий:

Команда: LPTN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Partition>Lines

разделение поверхностей:

Команда: APTN

Маршрут: Main Menu>Preprocesson Operate>Partition>Areas

разделение объемов:

Команда: VPTN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Partition>Volumes

Иллюстрация операций разбиения

Рисунки 5.52, 5.53 и 5.54 поясняют процедуры разбиения объектов. Описания команд LPTN, APTN и VPTN приводятся в Руководстве ANSYS Commands Reference.

Рис. 5.52. Команда LPTN (разделение линий)

V5 (внутренний цилиндр)

97

Рис. 5.53. Команда APTN (разделение поверхностей)

Рис. 5.54. Команда VPTN (разделение объемов)

5.4.12. "Склеивание" (слияние) объектов

Процедура "склеивания" объектов подобна процедуре наложения за исключением того, что ее использование возможно только в случаях, когда пересечение объектов происходит по некоторой границе, а размерность получаемого объекта ниже размерности оригинала. Объекты сохраняют свои особенности (они не "суммируются"), но в точке пересечения оказываются "связанными" (т.е. "общаются" друг с другом), см. рис. 5.55 - 5.57). Существуют следующие команды (и соответствующие маршруты) для выполнения булевого "склеивания" объектов:

создание новой линии "склеиванием" линий:

Команда: LGLUE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Glue>Lines

создание новых поверхностей "склеиванием" поверхностей:

Команда: AGLUE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Glue>Areas

создание новых объемов "склеиванием" объемов:

Команда: VGLUE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Glue>Volumes

98

Иллюстрации операций "склеивания"

Следующие рисунки поясняют перечисленные выше операции "склеивания":

Рис. 5.55. Команда LGLUE ("склеивание" линий)

Рис. 5.56. Команда AGLUE ("склеивание" поверхностей)

Рис. 5.57. Команда VGLUE ("склеивание" объемов)

5.4.13. Альтернативы булевым процедурам

Иногда использование булевых процедур может замедлить работу. В общем случае можно заменить булеву команду на другую, более удобную, с аналогичным результатом выполнения. Ниже описаны некоторые альтернативные операции, которые могут быть использованы вместо булевых процедур.

Перемещение и повороты

Сложный призматический или цилиндрический объем может быть задан более эффективно при использовании вместо булевых процедур команд VDRAG и VROTAT. В качестве наглядного примера можно использовать построение модели параллелепипеда с рядом сквозных отверстий.

Общие точки и линии

V3 и V4 владеют 4 точками, 4 линиями и поверхностью

99

Генерация объема перемещением шаблона поверхности вдоль заданной траектории:

Команда: VDRAG

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>Along Lines

Генерация цилиндрического объема поворотом шаблона поверхности относительно оси:

Команда: VROTAT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>About Axis

"Выдавливание" и смещение

Двумерное поперечное сечение может быть смещено или "выдавлено" в трехмерный объем командами VEXT и VOFFST (как описано ниже). См. раздел "Создание твердотельной модели "снизу-вверх", в которой рассматриваются операции "выдавливания", смещения, поворота или перемещения поверхности с сеткой конечных элементов для построения объема.

Создание дополнительных объемов "выдавливанием" поверхности:

Команда: VEXT

Марщрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>By XYZOffset

Создание объема смещением заданной поверхности:

Команда: VOFFST

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>Along Normal

Использование команд построения примитивов

Ряд команд, работающих с примитивами, позволяет построение относительно сложной формы одной командой. Например, можно создать полый сферический сегмент определенной толщины командой SPHERE (маршрут Main Menu> Preprocessor>Ctreate>Sphera By>Dimensions):

100

Рис. 5.58. Полый сферический сегмент, созданный одной командой

Как видно из этого примера, использование всего лишь одной команды построения примитива позволяет экономить на затратах, необходимых при выполнении отдельных булевых процедур.

5.5. Коррекция объектов после булевых процедур

Некоторые булевы команды после своего выполнения автоматически обновляют объекты более низкого порядка, составляющие объект высшего порядка. Например, если используется команда AADD для суммирования нескольких поверхностей, входящих в определенный объем (Main Menu>Preprocessor>Operate >Add>Areas), то первоначальные области заменяются обновленными поверхностями. Эта возможность освобождает пользователя от работы по удалению исходного объекта высокого порядка (в данном случае - объема) и перестроению модели по принципу "снизу-вверх". В табл. 5.1 приведены команды, выполняющие автоматическое изменение объектов высшего порядка.

101

Таблица 5.1

Команды, автоматически корректирующие объекты

Команда Объекты, модифицируемые командой

Обновляемые объекты

AADD поверхности объемы

ASBA поверхности и линии поверхности и объемы

ASBV поверхности и линии поверхности и объемы

ASBL поверхности и линии поверхности и объемы

AFILLT N/A поверхности и объемы

LSBL линии поверхности

LSBA линии поверхности

LSBV линии поверхности

LCSL линии поверхности

Обновление может иметь место только в том случае, если в результате булевой операции полученные объекты геометрически равны исходному объекту. Например, если поверхность разделена командой ASBA (маршрут Main Menu>Preprocessor> Operate>Divide>Area by Area и т.д.) на две части, то исходная поверхность будет заменена новыми областями, что приведет к изменению основного объема. Однако если команда ASBA используется для вырезания какой-либо области из исходной поверхности (например, для создания отверстия), то объекты не изменятся.

На рис. 5.59 приведен пример автоматического обновления при построении поверхности галтели между двумя пересекающими объемами командой [AFILLT] (маршрут Main Menu>Preprocessor>Сreate>Area Fillet). Булева процедура создает поверхность галтели, при этом автоматически изменяются поверхности объема (две первоначальные области замещаются на четыре новые), что приводит к обновлению объема.

102

Рис. 5.59. Автоматическое обновление при выполнении команды AFILLT

5.6. Перемещение и копирование твердотельных объектов

Если при построении модели повторяется относительно сложная область или объем, требуется создать повторяющуюся часть всего один раз и затем копировать ее в новых положениях. Например, удлиненные пазы в показанной ниже плите могут быть получены копированием одного паза.

Рис. 5.60. Копирование области

103

При создании геометрических примитивов их локализация и ориентация могут быть определены текущей рабочей плоскостью. Но так как не всегда удобно переопределять рабочую плоскость для каждого создаваемого примитива, Вы можете обнаружить более практичным создание примитива в "ошибочном" положении и затем перемещение примитива в его точное положение. Подобным образом может быть скопирован или перемещен любой объект твердотельного моделирования.

Для перемещения или копирования твердотельных объектов используются команды типа xGEN, xSYM(M) и xTRAN (и соответствующие маршруты меню). Возможно, для перемещения и поворота копии наиболее полезными окажутся команды xGEN и xTRAN. (При копировании объекта высшего порядка автоматически копируются все связанные с ним объекты низшего порядка. Кроме того, если низшие объекты имеют сетку элементов (NOELEM=0), то все элементы также будут скопированы.) С помощью установки IMOVE=1 в соответствующей команде xGEN, xSYM(M) или xTRAN можно перемещать объект в новое положение.

5.6.1. Команды хGEN и соответствующие маршруты

Программа ANSYS предоставляет пользователю следующие виды команд xGEN и маршрутов графического интерфейса:

создание дополнительных ключевых точек из набора существующих:

Команда: KGEN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Copy>Keypoints

построение дополнительных линий из набора существующих:

Команда: LGEN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Copy>Lines

Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Lines

построение дополнительных поверхностей из набора существующих:

Команда: AGEN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Copy>Areas

Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Areas

построение дополнительных объемов из набора существующих:

Команда: VGEN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Copy>Volumes

Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Volumes

5.6.2. Команды xSYM(M) и маршруты меню104

Программа ANSYS предоставляет следующие команды xSYM(M) и маршруты графического интерфейса:

построение набора ключевых точек отражением:

Команда: KSYMM

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Reflect>Keypoints

построение линий из набора линий симметричным отражением:

Команда: LSYMM

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Reflect>Lines

построение поверхностей по образцу поверхности симметричным отражением:

Команда: ARSYM

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Reflect>Areas

построение объемов по образцу объема симметричным отражением:

Команда: VSYMM

Маршрут: Main Nlenu>Preprocessor>Reflect>Volumes

5.6.3. Команды xTRAN и маршруты меню

Программа ANSYS предоставляет следующие команды xSYM(M) и маршруты графического интерфейса:

перенос набора точек в другую систему координат:

Команда: KTRAN

Маршрут: MainMenu>Preprocessor>Move/Modify>Transfer Coord>Keypoints

перенос набора линий в другую систему координат:

Команда: LTRAN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Move/Modify>Transfer Coord>Lines

перенос набора поверхностей в другую систему координат:

Команда: ATRAN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Move I Modify>Transfer Coord>Areas

перенос набора объемов в другую систему координат:

Команда: VTRAN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>MoveIModify>Transfer Coord>Volumes

105

5.6.4. Масштабирование твердотельных объектов

Имеется возможность как увеличивать, так и уменьшать масштаб заданных объектов. Для масштабирования одного объекта или набора объектов в активной системе координат можно использовать команды хSCALE.

В каждой из четырех команд масштабирования коэффициенты изменения размеров применяются для координат X, Y и Z ключевой точки. Если используется цилиндрическая система координат, то при выполнение операции масштабирования координаты X, Y и Z интерпретируются как R, , Z, где - угловое расстояние. В сферических координатах X, Y и Z интерпретируются как R, , , где и - угловые расстояния в соответствующих направлениях.

Построение масштабированного набора ключевых точек (имеющих сетку конечных элементов):

Команда: KPSCALE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Scale>Keypoints

Построение масштабированного набора линий по образцу имеющихся:

Команда: LSSCALE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Scale>Lines

Построение масштабированного набора поверхностей по образцу имеющихся:

Команда: ARSCALE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Scale>Areas

Построение масштабированного набора объемов по образцу имеющихся:

Команда: VLSCALE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Scale>Volumes

Примеры масштабирования объектов показаны на рис. 5.61.

106

Рис. 5.61. Примеры масштабирования объектов

107

5.7. Нагрузки твердотельной модели

Нагрузки можно прикладывать к твердотельной модели в любой момент до начала решения. Таким образом, нагрузки могут быть заданы до или после построения сетки конечных элементов. (Подробно задание нагрузок твердотельной модели рассмотрено в Главе 2 Руководства ANSYS Basic Analysis Procedures Guide.) Данный раздел касается других особенностей процесса приложения нагрузок.

5.7.1 Перенос нагрузок

Нагрузки твердотельной модели автоматически переносятся на конечно-элементную модель при переходе к вычислениям (при вводе команды SOLVE или маршрута Main Menu>Solution>Current LS) или их можно переносить вручную, используя следующие способы:

перенос нагрузок твердотельной модели и граничных условий на конечно- элементную модель:

Команда: SBCTRAN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>All Solid Lds Main Menu>Solution>Operate>All Solid Lds

перенос приложенных к твердотельной модели объемных сил на конечно-элементную модель:

Команда: BFTRAN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>Body Loads Main Menu>Solution>Operate>Body Loads

перенос условий-ограничений твердотельной модели на конечноэлементную модель:

Команда: DTRAN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>Constraints Main Menu>Solution>Operate>Constraints

перенос сил, приложенных к твердотельной модели, на конечно-элементную модель:

Команда: FTRAN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>Forces Main Menu>Solution>Operate>Forces

перенос поверхностных нагрузок, приложенных к твердотельной модели, на конечно-элементную модель:

Команда: SFTRAN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>Surface Loads Main Menu>Solution>Operate>Surface Loads

5.7.2. Вывод на экран символов нагрузки 108

Нагрузки, приложенные к твердотельной модели, можно отобразить в любое время, если задать соответствующий символ нагрузки:

Для отображения символов граничных условий используется команда /PBC.

Для отображения в контурном виде силовых нагрузок, приложенных к телу, используется команда /PBF.

Для отображения символов поверхностных нагрузок, приложенных к модели, используется команда /PSF.

Ко всем этим командам можно обратиться с помощью маршрута графического интерфейса: Utility Menu>PlotCtrls>Symbols.

5.7.3. Перечень нагрузок твердотельной модели

Можно получить перечень всех нагрузок твердотельной модели или отдельных типов нагрузок, используя следующие способы:

перечень всех нагрузок:

Команда: SBCLIST

Маршрут: Utility Menu>List>Loads>Solid Model Loads

перечень сил, приложенных в ключевых точках:

Команда: BFKLIST

Маршрут: Utility Menu>List>Loads>Body Loads>On All Keypoints Utility Menu>Lish Loads>Body Loads>On Picked KPs

перечень ограничений степеней свободы в ключевых точках:

Команда: DKLIST

Маршрут: Utility Menu>Lisb Loads>DOF Constraints>On All Keypoints Utility Menu>List>Loads>DOF Constraints>On Picked KPs

перечень ограничений степеней свободы вдоль некоторой линии:

Команда: DLLIST

Команда: Utility Menu>List Loads>DOF Constraints>On All Lines Utility Menu>List Loads>DOF Constraints>On Picked Lines

перечень ограничений степеней свободы на некоторой поверхности:

Команда: DALIST

Маршрут: Utility Menu>Lish Loads>DOF Constraints>On All Areas Utility Menu>List>Loads>DOF Constraints>On Picked Areas

перечень сил, приложенных к ключевым точкам:

Команда: FKLIST

Маршрут: Utility Menu>Lish Loads>Forces>On All Keypoints Utility Menu>List>Loads>Forces>On Picked KPs

109

перечень поверхностных нагрузок вдоль некоторой линии:

Команда: SFLLIST

Маршрут: Utility Menu>Lish Loads>Surface Loads>On All Lines Utility Menu>List>Loads>Surface Loads>On Picked Lines

перечень поверхностных нагрузок на некоторой поверхности:

Команда: SFALIST

Маршрут: Utility Menu>List>Loads>Surface Loads>On All Areas Utility Menu>List>Loads>Surface Loads>On Picked Areas

5.8. Расчеты массовых и инерционных характеристик

Команды xSUM (и соответствующие маршруты графического интерфейса) используются для вычисления и распечатки геометрических характеристик объектов твердотельной модели:

вычисление и распечатка значений координат центра тяжести, моментов инерции и т.д. для выбранных ключевых точек:

Команда: KSUM

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Gale Geom Items>Of Keypoints

вычисление и распечатка значений длины, координат центра тяжести, моментов инерции и т.д. для выбранных линий:

Команда: LSUM

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Gale Geom Items>Of Lines

вычисление и распечатка значений площади, координат центра тяжести, моментов инерции и т.д. для выбранных поверхностей:

Команда: ASUM

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Gale Geom Items>Of Areas

вычисление и распечатка значений объема, координат центра тяжести, моментов инерции и т. д. для выбранных объемов:

Команда: VSUM

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Gale Geom Items>Of Volumes

вычисление и распечатка значений всех приведенных выше характеристик для выбранных точки, линии, поверхности и объема одновременно:

Команда: GSUM

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Gale Geom Items>Of Geometry

110

5.9. Возможные проблемы при моделировании

5.9.1. Представление объектов твердотельного моделирования

Выполняя твердотельное моделирование, полезно иметь ясное представление об основных математических операциях, используемых в программе ANSYS. Это особенно важно в тех случаях, когда обнаруживаются те или иные отклонения от нормального хода процесса. Так, например, при выполнении некоторой булевой операции может быть выдано предупреждение, что обнаружено вырождение. Знание используемой математической терминологии может помочь устранить возникшую ошибку.

Объекты твердотельной модели имеют внутреннее математическое представление в виде оттененных параметрических поверхностей. Такие поверхности состоят из двух компонентов: топологии и параметрической геометрии. Параметрическая геометрия описывает основную поверхность модели. Термин "параметрический" означает, что геометрическое пространство модели представлено в параметрическом виде. Связь геометрической и параметрической моделей иллюстрируется рисунком 5.62. Для задания параметрической геометрии используются неоднородные рациональные B-сплайны (NURBS). Термин "топология" относится к оттенению поверхностей модели, которые ограничивают ее геометрическое пространство.

5.9.2. Проблемы при использовании булевых процедур

Булевы процедуры представляют собой мощный набор инструментов, помогающий создавать сложные конфигурации при минимальном вводе информации. Однако при выполнении булевых операций могут встретиться трудности. Если это происходит, то иногда приходится затрачивать немало труда для достижения поставленной цели. Рассмотрим причины появления проблем и возможности их преодоления.

Вырождения

Одной из причин невыполнения булевой операции могут быть так называемые вырождения. Понимание того, что представляет собой вырождение, каковы его причины и почему оно может стать причиной, по которой булева процедура не выполняется, может помочь справиться с этой проблемой. Программа ANSYS классифицирует вырождения по параметрическим (геометрическим) и топологическим признакам.

Параметрические вырождения могут быть результатом представления геометрического пространства средствами параметризации. Вырождение происходит в том случае, когда "теневой мир" параметрического представления входит в противоречие с размерностями реального мира геометрической модели. Например, вершина конуса, единственная точка геометрической модели, в параметрическом представлении является ребром (рис. 5.62). Такая точка называется вырожденным ребром или просто вырождением. На рис. 5.64 приведены примеры некоторых общих случаев вырождения.

Вырождение подобного типа само по себе не страшно. Модель, имеющая вырождение, тем не менее может быть подвергнута булевым процедурам, успешно снабжена сеткой конечных элементов и использована для получения превосходных результатов анализа. О существовании вырождения следует знать только в том случае, если оно может породить проблемы при выполнении булевых процедур.

111

Геометрическая модель Параметрическая модель

Рис. 5.62. Параметрическое представление поверхности конуса

Вырождения поверхностей или объемов могут быть графически идентифицированы способами, описанных ниже. Если при вводе команд использовать опцию DEGEN, ключевые точки, соответствующие вырождениям, будут помечены красной звездочкой (рис. 5.63).

Для отображения вырождения поверхности:

Команда: APLOT,,,,DEGE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Show Degeneracy>Plot Degen Areas

Для отображения вырождений выбранных объемов:

Команда: VPLOT,,,,DEGE

Маршрут: Main Menu>PreprocessonOperate>Show Degeneracy>Plot Degen Volus

Можно получить перечень вырожденных ключевых точек:

перечень вырожденных ключевых точек поверхности:

Команда: ADGL

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Show Degeneracy>List Degen Areas

перечень вырожденных точек объема:

Команда: VDGL

точка представлена параметрическим вырождением

112

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Show Degeneracy>List Degen Volus

Рис. 5.63. Представление геометрического вырождения

Еще один тип вырождения обнаруживается, если при выполнении булевой процедуры делается попытка создать вырожденную границу. Вырожденная граница представляет собой незамкнутую петлю внутренних границ или петлю с нулевой поверхностью, а также неполную или с нулевым объемом оболочку. Этот тип вырождения обычно рассматривается как топологическое вырождение. При обнаружении вырождения подобного типа будет выдано сообщение об ошибке. Топологическое вырождение нельзя представить графически, так как до выполнения булевой операции его не существует. Примеры топологических вырождений представлены на рис. 5.65 и 5.66. На рис. 5.64 приведен пример невыполнимой булевой операции: треугольная призма не может быть вычтена [VSBV] из куба, так как на верхней поверхности куба будет сформирована вырожденная петля. Это вырождение будет причиной невыполнения и других булевых операций типа VADD, VOVLAP и т.д.

вырожденный символ

113

(е) VDRAG, в которой протаскиваемая поверхность пересекает центр кривой пути буксировки

Рис. 5.64. Примеры вырождений

Рис. 5.65. Топологическое вырождение при выполнении команд VSBV, VADD, VOVLAP и др.

ребро треугольной призмы лежит на верхней поверхности блока (возможно вырожденная петля)

114

если линии 5 и 6 - часть данной поверхности, то они будут представлять вырожденные петли

если поверхность 7 - часть данного объема, она будет представлять вырожденную оболочку

Рис. 5.66. Примеры топологически вырожденных петель и оболочек

Разрывы

Как правило, разрывы представляют собой резкие “изломы” в объектах твердотельной модели. Разрывы могут возникнуть в результате объединения линий [LCOMB] с различающимися касательными на концах или в результате импорта IGES-файлов. На рис. 5.67 приведены примеры объектов, содержащих разрывы.

Рис. 5.67. Линии и поверхности, содержащие разрывы

Для объектов, содержащих разрывы, возможно выполнение многих команд твердотельного моделирования, кроме булевых процедур. При выполнении булевых операций объекты, содержащие разрывы, будут расщеплены или разделены в точках или по линиям разрыва до выполнения булевой операции. На рис. 5.68 показана поверхность с разрывом, участвующая в булевой процедуры вычитания. До операции вычитания поверхность 1 будет разбита по линиям разрыва 1 и 3.

если точка 5 - часть данной поверхности, то она будет представлять вырожденную петлю

если совпадающие линии 5, 6 и 7 - часть данной поверхности, то они

будут одной из форм петли

разрывы

115

Рис. 5.68. Булевы процедуры с объектом, содержащим разрыв

Замечание - причинами разрывов могут быть как направление, так и величины касательных векторов. При выполнении булевых процедур будут обнаружены оба типа разрывов.

Другие причины невыполнения булевых процедурПричинами невыполнения булевых процедур, кроме вырождений, могут быть и другие обстоятельства. Например, выполнение булевых процедур может быть затруднено наличием пересечения в точке касания, особенно это характерно для моделей, которые построенных без использования примитивов. Возможной причиной неудачи могут быть объекты с общей границей (например, два объема с граничными областями на той же самой поверхности). Проблемы могут возникнуть, если геометрия модели содержит малые области с большой кривизной или области с очень острыми углами или переходами.

5.9.3. Некоторые рекомендации

Если булева операция не выполняется, можно попытаться использовать одну или более из нижеописанных процедур.Не обязательно следовать этим указаниям, если модель строится в первый раз. Очень часто при создании модели можно идти своим собственным путем и ни разу не столкнуться с невыполнением булевой операции. Данные рекомендации нужно рассматривать как предполагаемые способы решения возникающих проблем.

Следует как можно точнее вводить геометрию, ориентируясь на приведенные ниже рекомендации:

там, где возможно, при создании твердотельной модели нужно использовать геометрические примитивы; в противном случае булевы процедуры могут оказаться менее точными и эффективными;

пытайтесь избежать получения геометрии, содержащей вырождения, если эти

116

вырождения находятся на кривой возможного пересечения. Несколько особых примеров подобной геометрии включают следующий перечень:

- примитив является неусеченным конусом (рис. 5.62),

- поверхность с тремя границами, которая не является плоской и не лежит на поверхности с постоянной координатой в активной системе координат (рис. 5.64 a),

- поверхность галтели [AFILLT], сходящаяся в точку (рис. 5.64 b),

- “обтягиваемая” поверхность [ASKIN], в которой пересекаются две или более направляющие линии (рис. 5.64 c),

- созданные поворотом относительно оси поверхность или объем [AROTAT, VROTAT], при этом ось пересекает какой - либо из исходных объектов (рис. 5.64 d),

- поверхность или объем, созданные перемещением вдоль заданной траектории [ADRAG, VDRAG] с центром кривизны, который оказывается на пути перемещения исходного объекта (рис. 5.64 e),

- пытайтесь избегать выполнения булевой процедуры с объектами, соприкасающимися друг с другом или имеющими общие границы,

- если в булевой процедуре участвуют более двух исходных объектов, нужно ее разделить на серию процедур с меньшим числом объектов. Например, заменить AADD, ALL на AADD,1,2, AADD,5,3 и AADD,1,4 (рис. 5.69). При этом нужно обращать внимание на номера, присваиваемые создаваемым объектам.

Рис. 5.69. Разделение одной процедуры на ряд операций

- если отказ происходит при выполнении серии булевых операций, попытайтесь изменить их последовательность. Например, замените ряд действий AADD,1,2, AADD,5,3, AADD,1,4 на переупорядоченный ряд AADD,4,3, AADD,5,2, AADD,3,1 (рис. 5.70),

AADD,1,2, AADD,5,3, AADD,1,4 AADD,4,3, AADD,5,2, AADD,3,1

(отказ выполнить булеву операцию)

117

Рис. 5.70. Изменение последовательности операций

- иногда невыполнение булевой процедуры сопровождается выдачей предупреждения, предлагающего ослабить требования к величине погрешности (увеличить ее значение по умолчанию 1.0x10-4 или 1.0E-4). Эта погрешность влияет на точность выполнения булевых построений. Иногда для успешного выполнения бывает достаточно изменить значение погрешности и повторить процедуру. В других случаях придется повторить шаги создания модели с новой погрешностью, чтобы успешно выполнить нужную булеву процедуру.

Значение погрешности можно изменить, используя команду BTOL,PTOL (или соответствующий маршрут), где PTOL - новый допуск:

Команда BTOL,PTOL

Маршрут: Main Nlenu>Preprocessor>Operate> Settings

Если после изменения погрешности повторная процедура выполнена успешно, следует восстановить значение погрешности, задаваемое по умолчанию. Это гарантирует точность булевых построений, выполняемых далее.

5.9.4. Другие полезные советы

Избегайте самопересекающихся областей

Следует обращать внимание на то, чтобы не создавать самопересекающихся поверхностей или объемов. (Подобный объект, например, может быть создан неосторожно при использовании команд ADRAG или VDRAG). Программа ANSYS не всегда обнаруживает этот дефект перед построением сетки, но существование самопересекающихся областей обычно проявляется при попытке построить сетку.

Используйте ANSYS-параметры

Для ввода размеров модели, которые могут меняться или содержат большое число цифр, следует использовать ANSYS-параметры. Многократный набор чисел вроде 2.8574639 весьма утомителен и часто приводит к ошибкам. Рассматривайте альтернативы булевым командам

Там, где возможно, используйте альтернативы булевым командам для устранения возникающих ошибок или снижения затрат времени. (Например, операции перемещения или вращения могут оказаться предпочтительнее некоторых булевых операций моделирования.)

Используйте модели низкой размерности

Иногда эффективность моделирования, определяемую затратами времени и ресурсов компьютера, можно повысить за счет использования в булевых процедурах объектов с низкой пространственной размерностью. Например, замена процедуры вычитания “линия-объем” [LSBV] несколькими вычитаниями “линия-поверхность” [LSBA] и

118

удалением [LDELE] может дать те же самые результаты при меньших затратах (рис. 5.71). При этом, конечно, нужно сопоставлять потерю удобств с получаемым выигрышем. Наверное, нет смысла переходить к объектам низкой размерности, если пользователь не испытывает недостатка в памяти, не ограничен временем и т.п.

Рис. 5.71. Объекты с низкой размерностью экономят время и ресурсы

Создавайте сложные модели по частям Рассматривайте возможность создания сложных твердотельных моделей по частям

и их объединения в препроцессоре (PREP7) с помощью команды RESUME (маршрут Utility Menu>File>Resume from) и команды CDREAD (маршрут Main Menu> Preprocessor>Archive Model>Read). Следующий пример иллюстрирует такой подход.

PREP7RESUME,MODEL1,DBCDWRITE,SOLID Сохранение модели (в IGES-файле) RESUME,MODEL2,DB Обратите внимание: новая команда RESUME удаляет объект MODEL1 из

базы данных и считывает объект MODEL2CDREAD,SOLID Считывание модели (из IGES-файла) Модели объектов MODEL1 и MODEL2

находятся в текущей базе данныхSAVE,MODEL3,DB Сохранение объединенной модели в отдельном файлеFINISH

Команда CDREAD автоматически перенумеровывает вновь создаваемые объекты, чтобы избежать конфликта номеров уже существующими в базе данных объектов твердотельной модели. Кроме того, при этом автоматически выполняется команда NUMMRG,KP, которая сливает объекты-дубликаты модели.

Не забывайте о команде SAVE

Возьмите за правило сохранять свою базу данных [SAVE] (маршрут Utility Menu>File>Save As) перед незнакомой или потенциально опасной операцией. Это поможет восстановить результаты при “зависании” компьютера, системном аварийном сбое или другом нежелательном исходе такой процедуры.

119

Ошибки мозаичного отображения Возможно, хотя и маловероятно, что во время построения твердотельной модели

будет выдано следующее сообщение:

*** ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ***

Ошибка: область N представлена в мозаичном виде. Эта область может быть выведена на экран только командой /FACET, WIRE и не может участвовать в операциях V, VA, VSUM или ASUM.

Мозаичное отображение является средством придания поверхности объемного вида (иначе, оттенение поверхности с помощью мелких граней) для графического вывода на экран, расчета площади (выполняемого по команде ASUM) и интегрирования по объему (аналогично командам V, VA или VSUM). При подобной ошибке вместо сообщения об ошибке выдается предупреждение, так как для поверхности в мозаичном виде может быть успешно построена сетка конечных элементов.

Ситуации, в которых могут возникнуть ошибки мозаичного изображения, включают случаи, когда поверхности имеют острые (ножевидные) грани, чрезмерное число отверстий или когда отверстия расположены на сильно искривленных поверхностях.

120

Глава 6.

Построение сетки конечных элементов

121

Содержание

6. Построение сетки конечных элементов

6.1. Сетка для твердотельной модели---------------------------------------------6-36.1.1. Произвольная и упорядоченная сетки --------------------------------- 6-3

6.2. Задание атрибутов для элементов--------------------------------------------6-46.2.1. Таблицы атрибутов----------------------------------------------------------- 6-46.2.2. Присвоение атрибутов перед построением сетки------------------ 6-5

6.3. Управление построением сетки------------------------------------------------6-66.3.1. Форма конечных элементов----------------------------------------------- 6-66.3.2. Размер элемента для произвольной сетки---------------------------- 6-76.3.3. Размеры по умолчанию для упорядоченной сетки----------------- 6-106.3.4. Локальные средства построения сетки--------------------------------- 6-126.3.5. Внутренние средства построения сетки------------------------------- 6-14

6.4. Создание произвольной и упорядоченной сетки--------------------------6-166.4.1. Произвольная сетка---------------------------------------------------------- 6-166.4.2. Упорядоченная сетка-------------------------------------------------------- 6-17

6.5. Создание сетки для твердотельной модели-------------------------------6-256.5.1. Генерирование сетки-------------------------------------------------------- 6-256.5.2. Приостановка построения сетки------------------------------------------ 6-266.5.3. Проверка формы элементов----------------------------------------------- 6-27

6.6. Изменение сетки---------------------------------------------------------------------6-286.6.1. Перестроение сеточной модели----------------------------------------- 6-286.6.2. Использование опции "Принять/Отвергнуть"----------------------- 6-286.6.3. Очистка сетки------------------------------------------------------------------- 6-296.6.4. Локальное измельчение сетки-------------------------------------------- 6-29

6.7. Рекомендации и предостережения--------------------------------------------6-296.7.1. Предостережения------------------------------------------------------------- 6-296.7.2. Рекомендации------------------------------------------------------------------ 6-30

122

6.1. Сетка для твердотельной модели

Процедура создания узлов и конечных элементов сетки состоит из трех основных этапов:

задание атрибутов для элементов сетки;

установка средств управления качеством сетки (по выбору);

генерирование сетки.

Второй этап используется не всегда, поскольку в большинстве случаев управление качеством сетки используется по умолчанию. Если такой контроль не задается явно, то программа использует задаваемые по умолчанию установки команды DESIZE для создания так называемой произвольной сетки. В качестве альтернативы можно использовать программное средство разумного выбора размеров сетки, так называемую процедуру SmartSize (см. раздел 6.3.2 этой Главы).

6.1.1. Произвольная и упорядоченная сетки

Перед построением сетки и даже до создания геометрической модели имеет смысл подумать о том, какая сетка элементов - произвольная или упорядоченная - пригодна для данного вида анализа. Произвольная сетка представляет собой сетку без ограничений на форму элементов и без специальной структуры их расположения.

Упорядоченная сетка, в отличие от произвольной, накладывает ограничения на форму элементов и структуру их размещения. Такая сетка состоит только из четырехугольных (плоских) или только шестигранных (объемных) элементов. Кроме того, упорядоченная сетка имеет, как правило, регулярную структуру с явными рядами элементов. Если желательно получить именно такой тип сетки, то пользователь должен строить геометрическую модель как совокупность достаточно правильных объемов и/или поверхностей, для которых приемлема упорядоченная сетка элементов.

Рис. 6.1. Произвольная и упорядоченная сетки

123

6.2. Задание атрибутов для элементов

Перед генерацией сетки узлов и конечных элементов следует задать соответствующие атрибуты элементов. Это означает, что нужно задать следующее:

тип элемента (т.е. BEAM3, SHELL61 и т.п.);

набор реальных констант (обычно относящихся к геометрии элемента: толщина, площадь поперечного сечения и др.);

свойства материала (модуль упругости, теплопроводность и т.д.);

систему координат элемента.

6.2.1. Таблицы атрибутов

Чтобы присвоить атрибуты элементам, требуется создать таблицы атрибутов. К таким таблицам обычно относятся перечни типов конечных элементов (команда ET или маршрут меню Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete), значений реальных констант (команда R или маршрут меню Main Menu>Preprocessor> RealConst) и свойств материала (команда MP или маршрут меню Main Menu> Preprocessor> MaterialProps>опция).

Также может быть создана таблица координатных систем с помощью таких команд, как LOCAL, CLOCAL и т.д. (маршрут меню Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>опция). Эта таблица может быть использована для "привязки" системы координат к элементам. (Подобным образом можно связать координатную систему не с каждым типом элемента, см. описание элементов в пособии ANSYS Elements Reference.)

Таблицы атрибутов можно представить в виде, показанном на рис. 6.2. Более подробная информация, касающаяся создания таблиц атрибутов, содержится в руководстве по основным процедурам анализа ANSYS Basic Analysis Procedures Guide.

Type RealMat ESYS

1 STIF3 1 A1, I1, H1 1 EX1, ALPX1, ... 0 Global Cartesian2 2 A2, I2, H2 2 EX2, ALPX2, ... 1 Global Cylind.3 3 A3, I3, H3 3 2 Global Sphere

11 (Local) 12

m n p q

Числа m, n, p, q - номера ссылок.

Рис. 6.2. Таблицы атрибутов конечных элементов

124

Содержимое таблиц можно просмотреть, используя команды ETLIST (таблица типов), RLIST (таблица констант), MPLIST (таблица свойств) или выбрав эквивалентный маршрут меню Utility Menu>List>Properties>тип свойства. К таблице координатных систем можно обратиться с помощью команды CSLIST (маршрут Utility Menu>List>Other>Local Coord Sys).

6.2.2. Присвоение атрибутов перед построением сеткиПосле создания таблиц атрибутов пользователь может присвоить атрибуты

конечных элементов различным частям своей геометрической модели, используя в качестве указателей соответствующие номера ссылок этих таблиц. В результате такими указателями оказываются номера материалов (MAT), номера наборов реальных констант (REAL), номера типов конечных элементов (TYPE) и номера координатных систем (ESYS). Атрибуты можно присвоить выбранным объектам твердотельной модели или задать набор атрибутов по умолчанию (последний будет использоваться для конечных элементов, создаваемых при последующих операциях построения сетки).

Присвоение атрибутов объектам твердотельной модели

Возможность присвоения атрибутов объектам твердотельной модели позволяет предварительно задавать атрибуты для каждой области модели. Этим самым можно избежать необходимости переустанавливать атрибуты в процессе построения сетки. (Очистка твердотельных объектов от узлов и конечных элементов не отменяет атрибутов, непосредственно присвоенных этим объектам.)

Для прямого присвоения атрибутов объектам твердотельной модели используется один из следующих способов.

Присвоение атрибутов ключевым точкам.

Команда: KATT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Attributes>All Keypoints Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Attributes>Picked KPs

Присвоение атрибутов линиям.

Команда: LATT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Attributes>All LinesMain Menu>Preprocessor>-Meshing-Attributes>Picked Lines

Присвоение атрибутов поверхностям.

Команда: AATT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Attributes>All AreasMain Menu>Preprocessor>-Meshing-Attributes>Picked Areas

Присвоение атрибутов объемам.

Команда: VATT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Attributes>All VolumesMain Menu>Preprocessor>-Meshing-Attributes>Picked Volumes

Присвоение атрибутов по умолчанию

125

Можно присвоить атрибуты по умолчанию, обратившись к нужным записям таблицы атрибутов. Те указатели, которые действуют во время создания конечных элементов модели (т.е. при инициировании процедуры построения сетки), используются программой для присвоения атрибутов из таблиц объектам твердотельной модели и данным конечным элементам. Атрибуты, присвоенные непосредственно объектам твердотельной модели (как описано выше), подавляют атрибуты по умолчанию. Если объекты твердотельной модели очистить от узлов и элементов, то атрибуты по умолчанию сохраняются.

Для присвоения атрибутов по умолчанию используется один из следующих способов:

Команды: TYPE, REAL, MAT и ESYS

Маршруты: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Attributes>Default AttribsMain Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Elements>Elem Attributes

Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate>Extrude/Sweep>Default Attribs

6.3. Управление построением сеткиСредства управления построением сетки, используемые программой ANSYS по

умолчанию, могут дать сетку, вполне адекватную для анализируемой модели. В этом случае нет необходимости задавать такие средства явным образом. Однако если такие средства предполагается использовать, их следует определить до построения сетки.

Средства управления дают возможность устанавливать форму конечных элементов, расположение срединных узлов и размеров элементов при построении сетки конечных элементов на твердотельной модели. Этот этап является одним из наиболее важных для всего выполняемого анализа, поскольку принимаемые на этой стадии решения могут существенным образом сказаться на точности результатов и затратах на проведение расчета. (См. Главу 2 для более подробного знакомства с теми факторами, которые следует учитывать при использовании средств контроля.)

6.3.1. Форма конечных элементов

Как минимум следует задать перечень допустимых форм конечных элементов, если планируется строить сетку из элементов, которые могут иметь более одной формы. Например, многие поверхностные элементы могут быть как треугольными, так и четырехугольными в пределах одной и той же области модели. Объемные элементы часто бывают шестигранными ("кирпич") или четырехгранными, но в одной модели одновременно использовать обе формы не рекомендуется. Для указания форм элемента используется один из следующих способов:

Команда: ESHAPE

Маршрут:Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size>Element Shape

Команда ESHAPE также контролирует размещение срединных узлов при использовании квадратных элементов.

В некоторых случаях для создания сеточной модели оказывается достаточно команды ESHAPE и соответствующих команд построения сетки (LMESH, AMESH, VMESH или Main Menu>Preprocessor>Meshing-Mesh>опция сетки). Размер каждого элемента будет определяться по умолчанию спецификациями команд SMRTSIZE или DESIZE. Так,

126

например, для показанной на рис. 6.3 слева твердотельной модели одной командой VMESH создается сеточная модель, приведенная справа.

Рис. 6.3. Сетка из элементов по умолчанию

Для приведенной выше модели выбираемые программой размеры элементов не обязательно окажутся адекватными для данного вида анализа. Одним из способов перестроения сетки является изменение размера элемента, установленного по умолчанию в команде SMRTSIZE, и повторное генерирование сетки.

6.3.2. Размер элемента для произвольной сетки

С помощью программного средства разумного выбора размеров конечных элемента (SmartSizing) выбираются исходные значения для операций построения произвольной сетки. Это средство дает сеточному генератору наилучшие возможности построить элементы приемлемых размеров. Управляемое командой SMRTSIZE, оно обеспечивает построение как грубой, так и мелкой сетки для элементов h- и p-методов.

При построении произвольной сетки по умолчанию используется команда DESIZE (см. следующий пункт 6.3.3). Однако в таких случаях целесообразно обратиться к процедуре SmartSizing, для этого достаточно указать уровень размеров элемента в команде SMRTSIZE (см. ниже).

Замечание - Процедура SmartSizing не поддерживается для геометрических моделей, импортируемых с помощью функции [IOPTN,IGES,RV53] версии 5.3.

Преимущества процедуры SmartSizing

127

Алгоритмом этой процедуры предусмотрено определение прежде всего размеров ребер элементов для всех граничных линий модели, т.е. линий, ограничивающих те поверхности и объемы модели, для которых будет строиться сетка. Затем эти размеры уточняются для моделирования закруглений и других подробностей геометрии. Поскольку размеры всех объектов определяются до нанесения сетки, ее качество не зависит от порядка, в котором она строится для отдельных поверхностей и объемов модели. (Для получения сетки наилучшего качества ее следует строить сразу для всей геометрической модели.)

Если для создания сетки на поверхности используются четырехсторонние элементы, процедура SmartSizing пытается выбрать равное число разбиений на границах этой поверхности для того, чтобы обеспечить построение сетки из четырехугольников. Треугольные элементы будут присутствовать в такой сетке только вынужденно.

Средства контроля, используемые процедурой SmartSizing

Процедура выбора размеров конечных элементов располагает двумя категориями средств контроля качества сетки: основной и расширенной.

Основная категория

Чтобы использовать возможности этой категории, достаточно задать признак размера сетки от 1 (мелкая) до 10 (крупная). Программа автоматически устанавливает ряд управляющих параметров, обеспечивающих построение сетки требуемого размера. Для задания размера сетки используется один из следующих способов:

Команда: SMRTSIZE,SIZLVL

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>SmartSize Levels

На рис. 6.4 показаны конечно-элементные модели при различных установках размера сетки, включая значение 6 по умолчанию.

128

размер = 8 (грубая) размер = 4 (точная)

Рис. 6.4. Сетка при различных значениях параметра SIZLVL

Расширенная категорияПользователь может предпочесть эту категорию средств контроля, требующую

ручной установки управляющих параметров. Это дает возможность "причесать" сетку в соответствии с потребностями. Можно устранить наличие слишком мелких ячеек сетки и малых углов между сторонами элемента с помощью управляющих ключей, а также осуществить укрупнение и модификацию сетки (см. полный перечень параметров команды SMRTSIZE). Кроме того, можно задать начальный размер элемента для процедуры SmartSizing с помощью команды ESIZE.

Для обращения к расширенной категории средств управления используется один из следующих способов:

Команды: SMRTSIZE и ESIZE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size> -SmartSize-Adv Opts

Пересечение с другими средствами контроля

размер по умолчанию = 6

129

Локальные средства контроля, рассматриваемые в следующем пункте раздела, могут использоваться в сочетании с возможностями процедуры SmartSizing. В том случае, если установлены конфликтующие размеры элементов, алгоритмом процедуры предусмотрены следующие действия.

Используется размер элемента, установленный по длине стороны (команда LESIZE или маршрут Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size>-Line-опция).

Предписывается размер элемента, установленный по ключевым точкам (команда KESIZE или маршрут Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size>-Keypoints-опция), но он может быть изменен для отображения скруглений или других мелких подробностей геометрии.

Если установлен глобальный размер элемента (команда ESIZE или маршрут Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size>-Global-Size), то он будет изменен для отображения скруглений или других мелких подробностей геометрии. Если желательно иметь непротиворечивые размеры, следует использовать глобальный способ задания и отключить процедуру SmartSizing (команда SMRTSIZE,OFF или маршрут Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size>-SmartSize-Basic).

Размеры, установленные по умолчанию командой DESIZE (маршрут Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size>-Global-Map Mesh Def) игнорируются при включении процедуры SmartSizing.

6.3.3. Размеры по умолчанию для упорядоченной сетки

Команда DESIZE позволяет изменить следующие установки, задаваемые по умолчанию: минимальное и максимальное число элементов, добавляемых к линии модели, не разделенной на элементы; максимальный угол между сторонами элемента; минимальная и максимальная длина ребра. Команда DESIZE (маршрут Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size>-Global-Other) всегда используется для контроля размеров элементов при построении упорядоченной сетки. Установки этой команды используются также по умолчанию для произвольной сетки. Рекомендуется, однако, вместо операций построения произвольной сетки использовать процедуру SmartSizing [SMRTSIZE].

В качестве примера на рис. 6.5 слева представлена упорядоченная сетка, построенная с использованием настроек по умолчанию, сохраненными без изменения при входе в программу. Сетка в правой части рисунка создана путем модификации значений минимального числа элементов (MINL) и максимума угла между сторонами (ANGL) в команде DESIZE.

130

Рис. 6.5. Влияние изменений установок по умолчанию

Для больших моделей разумно обращаться к результатам использования команды DESIZE. Это можно сделать, вызвав на экран графическую информацию, касающуюся разбивки контурных линий модели. Выполняются следующие шаги:

1. Строится твердотельная модель.

2. Задается тип конечного элемента.

3. Задаются допускаемые формы элемента.

4. Вводится команда LESIZE,ALL (используется разбиение линий модели в соответствии со спецификациями команды DESIZE).

5. Запрашивается график линий [LPLOT].

Например:ET,1,45 ! Восьмиузловой четырехсторонний элементESHAPE,2 ! Разрешена только форма "кирпич"LESIZE,ALL ! Установки команды DESIZELPLOT

Рис. 6.6. Результат использования установок по умолчанию

131

Если полученная сетка представляется слишком грубой, ее можно изменить модификацией установок по умолчанию:

DESIZE,5,,30,15 Изменение размеров, установленных по умолчаниюLESIZE,ALL,,,,,1 ! Принудительное деление линий LPLOT

Рис. 6.7. Результат модифицирования

6.3.4. Локальные средства построения сеткиВо многих случаях сетка, созданная с применением задаваемых по умолчанию

параметров, не соответствует физической сути проводимого анализа. Примерами могут служить сингулярные задачи или задачи расчета концентрации напряжений. При решении такого рода проблем пользователь вынужден уделять построению сетки более пристальное внимание. В его распоряжении имеются следующие средства управления размерами конечных элементов.

Глобальные размеры элемента в виде длины ребра элемента, которые задаются на линиях, ограничивающих поверхности модели, или определяются числом деления этих линий.

Команда: ESIZE

Маршруты: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size>-Global-Size MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Operate>Extrude/Sweep>Size

Размеры элемента вблизи указанных ключевых точек.

Команда: KESIZE

Маршруты: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size>-Keypoints-All KPs MainMenu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size>-Keypoints-Picked KPs

MainMenu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size>-Keypoints-Cir Size

132

Число элементов на указанных линиях.

Команда: LESIZE

Маршруты: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size>-Lines-All LinesMain Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size>-Lines-Picked KLines

Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size>-Lines-Cir Size

Все эти спецификации размеров можно использовать вместе. В случае конфликта команд действуют иерархические соглашения. Приоритеты в некоторой степени зависят от того, в соответствии с какой командой, DESIZE или SMRTSIZE, устанавливаются размеры по умолчанию.

Иерархия при использовании команды DESIZE. Вдоль любой контурной линии модели размеры элементов определяются следующим образом:

предпочтение отдается делению контурных линий модели, заданному командой LESIZE;

если деление линий отсутствует, то используется спецификация команды KESIZE для ключевых точек (если они заданы);

если размер не задан делением линии или указанием ключевых точек, то используется спецификация команды ESIZE;

если не используется ни одна из перечисленных возможностей, то размеры элементов контролируются установками команды DESIZE.

Иерархия при использовании команды SMRTSIZE. Вдоль любой контурной линии модели размеры элементов определяются следующим образом:

предпочтение отдается делению контурных линий модели, заданному командой LESIZE;

если деление линий отсутствует, то используется спецификация команды KESIZE для ключевых точек (если они заданы), но размеры элемента могут быть изменены для моделирования закруглений и других мелких подробностей геометрии;

если размер элемента не задан делением линии или указанием ключевых точек, то для выбора его начальной величины используется спецификация команды ESIZE, но размер может быть изменен для моделирования закруглений и других мелких подробностей геометрии;

если не используется ни одна из перечисленных возможностей, то размеры элементов контролируются установками команды SMRTSIZE.

Замечание - Результаты операций деления контурных линий, задаваемые командами KESIZE или ESIZE, а также результаты, относящиеся к построению сетки, в листинге линии [LLIST] представляются отрицательными числами. Такое деление можно удалить с помощью команд ACLEAR, VCLEAR и им подобных или используя маршрут меню Main Menu> Preprocessor>-Meshing-Clear>объект.

Для четырехгранных элементов, в дополнение ко всем доступным локальным средствам управления качеством сетки, можно использовать двумерное рафинирование

133

(облагораживание). Достаточно на поверхности нужного объема построить сетку из треугольных элементов, измельчить ее в нужных местах, а затем сгенерировать объемную сетку. Эти объемные конечные элементы будут соответствовать сетке на поверхности модели. Разумеется, перед получением решения следует удалить поверхностные элементы.

Если выполняется линейный прочностной или линейный стационарный тепловой анализы, то можно позволить программе самой управлять размером сетки конечных элементов и адаптировать ее таким образом, чтобы получить погрешность решения меньше заданной величины. Эта процедура, известная как адаптивное построение сетки, описана в Главе 2 пособия ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide.

6.3.5. Внутренние средства построения сетки

Рассмотренные до сих пор средств построения сетки ограничивались заданием размера элемента на контурах твердотельной модели команды (LESIZE, ESIZE и др.). Вместе с тем, имеется возможность управлять процессом создания сетки внутри областей модели, не имеющих линий, с помощью которых задается размер элемента. Для этого можно использовать один из следующих способов:

Команда: MOPT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size>-Global-Area Cntris

Для перехода от мелкой сетки на границах модели к более крупной во внутренних ее областях используйте опцию Lab=EXPAND команды MOPT (см. рис.6.8).

а) Без укрупнения сетки б) Результат MOPT,EXPAND,2.51782 элементов 614 элементов

Рис. 6.8. Конечно-элементная модель без укрупнения и с укрупнением сетки

Конечно-элементная сетка на рис. 6.8 а построена целиком с помощью команды ESIZE (маршрут Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size>-Global-Size) и имеет хорошую структуру, но для заполнения всей области потребовалось 1782 элемента. (Данная модель состоит из одной поверхности). Модель на рис. 6.8. б построена с

134

помощью опции укрупнения сетки (Lab=EXPAND) в команде MOPT; меньшее число элементов получено за счет увеличения размера сетки от мелкой на границах модели до более крупной во внутренней области. Однако некоторые элементы этой сетки имеют неудовлетворительное отношение сторон (например, элементы вокруг отверстий малого радиуса). Еще одним недостатком сетки б является то, что переход от мелких элементов к крупным происходит слишком быстро.

Для улучшения сетки б требуется выполнить постепенный переход от элементов малого размера к крупным. Опция Lab=EXPAND команды MOPT может использоваться для управления процессом изменения размера сетки. На рис. 6.9 показана сетка для этой же модели, полученная в результате применения команды MOPT, TRANS,1.3 в дополнение к установкам команды MOPT, которые использовались на предыдущем этапе. Эта сетка, по сравнению с приведенной на рис. 6.8.а, имеет намного меньше элементов, а изменение размеров ячеек происходит достаточно плавно. Кроме того, отношение сторон конечных элементов значительно лучше, чем для сетки на рис. 6.8 б.

Рис. 6.9. Использование укрупнения и переходов

6.4. Создание произвольной и упорядоченной сеткиДо сих пор рассматривались все доступные пользователю средства,

предназначенные для построения конечно-элементной сетки. Далее обсуждается, какие из них используются для произвольных сеток, а какие - для упорядоченных.

952 элемента

135

6.4.1. Произвольная сетка

При построении произвольной сетки никакие особые ограничения к твердотельной модели не предъявляются. Сетку можно построить для любой, даже нерегулярной, геометрии.

Форма используемых элементов зависит от того, создается ли сетка для поверхностей или для объемов. Произвольная конечно-элементная модель для поверхности может одновременно состоять как из четырехугольных, так и треугольных элементов (смешанная сетка), или только из одних треугольных. Для объемной модели использование смешанной сетки не допускается, применяются только четырехгранные элементы.

Если выбран элемент однозначной формы, т.е. только треугольный или тетраэдный (например, PLANE2 и SOLID92), программа при построении сетки будет использовать только эту форму. Для элемента с более чем одной формой (например, PLANE82 или SOLID95), требуется указать, какие формы (одну или несколько) следует использовать, применяя один из следующих способов:

Команды: ESHAPE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size>Element Shape

Для поверхностных элементов, имеющих более одной формы, смешанная сетка (с преобладанием четырехугольных элементов) строится по умолчанию. Возможна сетка, целиком состоящая из треугольных элементов [ESHAPE,1], но применять ее не рекомендуется для конечных элементов низшего порядка.

Объемная произвольная сетка может состоять только из тетраэдров, поэтому следует выбирать соответствующий тип элемента: четырехгранной формы или допускающий опцию тетрагональной формы [ESHAPE,1].

Замечание - С помощью тетраэдного сеточного генератора программы ANSYS можно обработать до трех внутренних полостей модели.

При построении произвольной сетки размеры ячейки выбираются на основе текущих установок команды DESIZE, которая используется в сочетании с командами ESIZE, KESIZE и LESIZE. Если задействована процедура SmartSize, размеры элементов будут определяться установками команды SMRTSIZE и спецификациями команд ESIZE, KESIZE и LESIZE. (Для произвольной сетки использование этой процедуры желательно.) Все эти средства построения сетки доступны через меню с помощью маршрута Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size.

6.4.2. Упорядоченная сетка

Для построения упорядоченной сетки конечных элементов программе сообщается, что все поверхностные элементы являются четырехугольными, а все объемные элементы - шестигранными. Построение упорядоченной сетки предполагает, что поверхности и объемы модели "регулярны", т.е. удовлетворяют определенным критериям.

Размеры элементов выбираются на основе текущих установок команды DESIZE, которая используется в сочетании с командами ESIZE, KESIZE и LESIZE (маршрут Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size>-Manual Size-опция. Для упорядоченной сетки процедура SmartSize [SMRTSIZE] не используется.

136

Поверхностная сетка

Чтобы можно было построить упорядоченную сетку на поверхности модели, должны выполняться следующие условия.

1. Область должна быть ограничена тремя или четырьмя линиями (с учетом конкатенации ("объединения") или без нее).

2. Противоположные стороны области должны иметь равное число делений на отрезки или иметь разбиение, соответствующее одному из шаблонов укрупнения сетки (см. далее).

3. Если поверхность ограничена тремя линиями, число делений линий на отрезки должно быть одинаковым и четным.

4. Заданный тип конечного элемента должен иметь среди возможных своих форм четырехстороннюю.

5. Спецификация формы элемента должна допускать задание четырехсторонних форм (команда ESHAPE или маршрут Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Shape & Size>-Element Shape). Если требуется упорядоченная сетка элементов, следует использовать соответствующую опцию [ESHAPE,2]. (Можно также, но не во всех случаях, использовать опции ESHAPE,0 и ESHAPE,3,

Если область ограничена более чем четырьмя линиями, построение упорядоченной сетки невозможно. Однако для некоторых из граничных линий можно выполнить "объединение", т.е. конкатенацию, чтобы уменьшить общее число линий до четырех.

В качестве альтернативы конкатенации можно использовать команду AMAP для упорядочения сетки, указав курсором мыши три или четыре угла области. Этим способом достигается объединение нескольких линий, расположенных между указанными ключевыми точками, в одну.

Разбиение линии для нанесения упорядоченной сетки

Для того чтобы получить упорядоченную сетку конечных элементов, необходимо задать равное число отрезков деления на противоположных краях области (или указать такое разбиение линии, которое соответствует одному из шаблонов укрупнения сетки). Не обязательно задавать разбиение на отрезки для всех линий области. До тех пор, пока строится упорядоченная сетка [ESHAPE], программа переносит разбиение с одной линии на противоположную и на соседние области [AMESH]. Кроме того, там, где возможно, программа использует подходящее разбиений линий на основе спецификаций команд KESIZE или ESIZE.

При переносе разбиения используются такие же приоритеты, что и для команд LESIZE, ESIZE. Так, например, для примера, показанного на рис. 6.10, разбиение линии, соответствующее команде LESIZE, переносится с линии 1 на линию 3, подавляя разбиение, заданное явно командой ESIZE.

137

Рис. 6.10. Подавление установок команды ESIZE установками команды LESIZE

ESHAPE,2 ! Упорядоченная сеткаESIZE,,10 ! Задание 10-ти отрезков деленияLESIZE,1,,,20 ! 20 отрезков деления для линии 1AMESH,1 ! Перенос предыдущего разбиения на линию 3

Для получения четкого понимания выполняемых действий следует обратиться к описанию команд ESHAPE, ESIZE, LESIZE и AMESH.

Конкатенация линийЕсли область ограничена более чем четырьмя линиями, можно выполнить

объединение [LCOMB] или конкатенацию [LCCAT] некоторых линий, чтобы уменьшить общее число линий до четырех. В случаях, когда допустимо использовать команду LCOMB (т.е. когда линии имеют общую касательную и ограничивают ту же самую область модели), ее применение более предпочтительно, чем команды LCCAT. Объединение линий можно также использовать и для линий без общей касательной, но при этом узел не обязательно будет помещен на стыке линий.

Для конкатенации линий используется один из следующих способов:

Команда: LCCAT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Mapped>-Concatenate-Lines

Для объединения линий используется один из следующих способов:

Команда: LCOMB

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate>-Booleans-Add>Lines

Рассмотрим пример на рис. 6.11, в котором область ограничена шестью линиями. Чтобы получить область, пригодную для построения упорядоченной сетки, т.е. область с четырьмя граничными линиями, две из них можно объединить, а еще к двум применить конкатенацию.

138

Рис. 6.11. Средства получить упорядоченную сетку

Узел сетки будет генерироваться независимо от того, относится ли ключевая точка к линии, поверхности или объему. Поэтому линия, полученная конкатенацией, будет иметь по крайней мере столько отрезков деления, сколько подразумевается заданием ключевых точек этой линии. Программа не позволит перенести меньшее число отрезков деления на такую линию. Кроме того, если задан глобальный размер элемента [ESIZE], он относится к исходным линиям модели, а не к линиям, полученным конкатенацией.

4 деления на каждую первоначальную линию

Рис. 6.12. Число отрезков деления относится к исходным линиям

Разбиение линии нельзя непосредственно отнести к конкатенированным линиям. Однако это выполнимо для линий, полученных с помощью процедуры объединения [LCOMB]. Таким образом, в использовании объединения вместо конкатенации есть определенные преимущества.Упрощенный способ

Наиболее простой способ получения упорядоченной сетки состоит в применении команды AMAP (маршрут Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Mapped >By Corners). Эта команда использует выбранные курсором ключевые точки как угловые и выполняет внутреннюю конкатенацию линий, расположенных между этими ключевыми точками. Область автоматически покрывается сеткой из одних только четырехугольных элементов (спецификации команды ESHAPE не требуется). Для команды AMAP приложимы те же правила управления построением сетки, что и для упорядоченной сетки при конкатенации граничных линий области.

Обратимся к примеру, рассмотренному ранее для пояснения процедуры конкатенации, и построим сетку элементов для этой области с помощью команды AMAP. Следует заметить, что между выбранными ключевыми точками области имеется более одной граничной линии. После выделения области манипулятором "мышь" ключевые точки 1, 3, 4 и 6 выбираются курсором в любом порядке, и упорядоченная сетка создается автоматически.

139

Рис. 6.13. Упрощенное построение упорядоченной сетки командой AMAP

До применения команды AMAP выполнение процедуры конкатенации не требуется; приведение нескольких граничных линий области к одной делается только на время выполнения команды, т.е. внутренне, без внешних проявлений. Перечень линий области остается без изменений.

Укрупнение упорядоченной сеткиЕще одним способом создать упорядоченную сетку на поверхности модели

является такое деление противоположных граничный линий, при котором становится возможным укрупнение сетки. Укрупнение сетки применимо для четырехсторонних областей (с конкатенацией или без конкатенации линий). Некоторые примеры представлены на рис. 6.14.

Рис. 6.14. Примеры укрупнения сетки

Чтобы применить эту процедуру, следует использовать такие элементы, которые могут принимать четырехугольную форму, и задать подходящую спецификацию (ESHAPE,0, ESHAPE,2 или ESHAPE,3). Кроме того, заданное разбиение линии должно соответствовать одному из шаблонов, показанных на рис. 6.15.

140

Рис. 6.15. Разрешенные шаблоны сетки

При генерации сетки с преобладанием четырехугольных конечных элементов [ESHAPE,0] происходит автоматический выбор четырехсторонних областей модели, которые соответствуют указанным шаблонам укрупнения сетки. Если соответствие найдено, выполняется построение упорядоченной сетки до тех пор, пока не появятся "плохие" элементы (в таком случае следует перейти к произвольной сетке).

Объемная сетка

Чтобы построить упорядоченную объемную сетку, состоящую целиком из гексаэдров, должны быть выполнены следующие условия.

1. Объем модели должен иметь форму параллелепипеда (т.е. объем ограничен шестью поверхностями), клина или призмы (пять поверхностей) или тетраэдра (четыре поверхности).

2. Объем должен иметь равное число делений на противоположных ребрах. Примеры разбиения объемов различной формы для получения упорядоченной сетки приведены на рис.6.16.

3. Число отрезков деления на границах треугольных областей должно быть четным, если объем представляет собой призму или тетраэдр.

141

б) Объем в форме призмы в) Объем в форме тетраэдра

Рис. 6.16. Примеры деления для получения упорядоченной сетки

Конкатенация поверхностей

По аналогии с граничными линиями области можно суммировать [AADD] или конкатенировать [ACCAT] поверхности, ограничивающие некоторый объем модели, если требуется уменьшить их число для получения упорядоченной сетки конечных элементов. Если нужно применить конкатенацию к линиям, ограничивающим поверхности, которые предстоит конкатенировать, то следует сначала конкатенировать поверхности, а уже затем линии (если сохранится необходимость в этом). В случае, когда применима процедура AADD (т.е. поверхности являются плоскими и компланарными), то ее следует предпочитать команде ACCAT. (При использовании команды ESHAPE,2 разбиение линии на отрезки будет передаваться с одного ребра на другое, как описано ранее.)

Для конкатенации поверхностей используется один из следующих способов:

Команда: ACCAT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Volumes-Mapped>-Concatenate-Areas

Для суммирования поверхностей используется один из следующих способов:

Команда: AADD

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate>-Booleans-Add>Areas

Противоположные грани должны иметь равное число делений

а) объём в форме параллелепипеда

Ребра сторон должны иметь одинаковое и четное число делений

Ребра поверхностей должны иметь одинаковое и четное число делений

Число делений должно быть равным и четным

142

Рассмотрим следующий пример:

! Прежде всего конкатенируются поверхности для получения объемной сетки:ACCAT,...! Затем конкатенируются линии для построения сетки на поверхности:LCCAT,...LCCAT,...VMESH,...

Для получения четкого понимания выполняемых действий обращайтесь к описанию команд ACCAT, LCCAT и VMESH.

Рис. 6.17. Использование конкатенации поверхностей для получения объемной сетки

Замечание - Как показывает приведенный выше пример, конкатенация линий (LCCAT) обычно требуется после применения процедуры конкатенации к поверхностям (ACCAT). Однако если обе конкатенируемые поверхности ограничены четырьмя обычными (не конкатенированными) линиями, то они автоматически конкатенируют. Так как в рассмотренном примере обе поверхности ограничены четырьмя линиями, выполнения процедуры LCCAT не требуется. Следует заметить, что отмена конкатенированных поверхностей не приводит к автоматической отмене соответствующих конкатенированных линий.

Некоторые замечания о конкатенации линий и поверхностей

Единственное предназначение конкатенации состоит в облегчении процесса создания упорядоченной сетки конечных элементов, она не является булевой операции сложения. Конкатенация должна быть самым последним шагом перед построением упорядоченной сетки для твердотельной модели, поскольку объекты, полученные в результате конкатенации, не могут быть использованы ни при каких последующих операциях создания модели, кроме получения сетки, очистки или удаления. Так, например, линия, созданная путем операции LCCAT, не допускает приложения никаких твердотельных нагрузок, она не может быть частью ни одной булевой операции, ее нельзя копировать, переносить, поворачивать и т.д. Операции [xGEN, xDRAG, xROTAT] и т.п. нельзя применить к более чем одному объекту конкатенации. Действие конкатенации легко отменить, прибегнув к удалению линии или поверхности, получившихся в результате конкатенации (команды LDELE, ADELE или маршрут Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Delete>-Lines Only или Areas Only). В графическом представлении линии, полученные конкатенацией, выглядят пунктиром.

143

На исходные объекты конкатенации подобные ограничения не действуют. Однако эти исходные объекты становятся "потерянными" или "отсоединенными", пока рассматриваются объекты более высокого порядка. Так, если поверхность ограничена пятью линиями (L1-L5) и две из них слиты в одну (LCCAT,1,2 => L6), программа более не будет различать линии L1 и L2 как принадлежащие данной поверхности. Однако эти линии вновь можно присоединить к поверхности, удалив линию L6 и отменив тем самым конкатенацию исходных линий (см. рис. 6.18).

Рис. 6.18. Исходные линии при их конкатенации "отсоединяются"

Если пользователь придет к выводу, что применение конкатенации становится слишком обременительным, можно получить упорядоченную сетку элементов с помощью некоторых других средств, таких как разделение поверхностей и объемов на объекты с более подходящими для такой сетки границами. С этой целью очень часто оказывается полезным использование булевых операций.

6.5. Создание сетки для твердотельной модели

После создания твердотельной модели, задания атрибутов конечных элементов и средств управления сеткой пользователь готов получить конечно-элементную модель. Однако хорошим стилем является сохранение имеющейся к этому моменту модели перед генерацией сетки:

Команда: SAVE

Маршрут:Utility Menu>File>Save as Jobname.db

Возможно, у пользователя появится также желание включить появление приглашение "Принять/Отвергнуть" заданием такой последовательности директив: Main Menu>Preproccesor>-Meshing-Mesh>Mesher Options. Это средство, доступное только через графический интерфейс, позволяет легко отказаться от неприемлемой сетки. (Более подробно об этом см. в разделе "6.6. Изменение сетки" данной главы.)

6.5.1. Генерирование сетки

Для получения конечно-элементной модели требуется использовать операции, которые соответствуют типу объекта, для которого создается сетка. Можно задавать сетку для ключевых точек, линий, поверхностей и объемов модели, используя следующие способы.

144

Генерирование точечных конечных элементов (типа MASS21) при ключевых точках модели.

Команда: KMESH

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>Keypoints

Генерирование линейных конечных элементов (типа LINK21) на линиях модели.

Команда: LMESH

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>Lines

Генерирование поверхностных конечных элементов (типа PLANE82) на поверхностях.

Команда: AMESH

Маршруты: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>Areas-Mapped>3 or 4 sided

Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>Areas-Free

Генерирование объемных конечных элементов (типа SOLID90) для объемов.

Команда: VMESH

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>Volumes-Mapped>4 to 6 sided

Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>Volumes-Free

Иногда может возникнуть необходимость построить сетку для твердотельной модели из конечных элементов разной размерности. Например, требуется "усилить" оболочечную модель (совокупность поверхностных элементов) балками (линейными элементами) или расположить поверх объемных элементов расчетной модели элементы с поверхностным эффектом, т.е. двумерные элементы. Это можно сделать в любом порядке с помощью соответствующих процедур построения сетки [KMESH, LMESH, AMESH или VMESH]. Следует, однако, перед генерированием сетки убедиться, что нужные атрибуты элементов заданы.

Замечание - Генератор объемных элементов [VMESH] при заполнении объемов тетраэдрами может давать различающиеся сетки на разных аппаратных средствах. Поэтому следует быть осторожным при оценке результатов в отдельных узлах или элементах. Расположение этих объектов может измениться, если расчетная модель создавалась на одной платформе, а решение задачи получено на другой.Использование макрокоманды адаптивного построения сетки [ADAPT] представляет собой альтернативный способ, основанный на автоматическом изменении размеров сетки в зависимости от ошибки дискретизации. Подробности см. в Главе 2 пособия ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide.

145

6.5.2. Приостановка построения сетки

В тот момент, когда начинается генерирование сетки, на дисплее появляется статусное окно программы ANSYS. Это окно содержит информацию, касающуюся текущего статуса процесса построения сетки, а также показывает долю выполненной работы (в процентах). Содержание сообщений и индикация готовности сетки периодически меняются в соответствии с выполняемыми процедурами.

Внизу статусного окна расположена кнопка STOP. Щелчок мышью по этой кнопке прекращает создание сетки и отменяет недостроенную сетку. Сетка поверхностных и объемных элементов, построенная до нажатия кнопки STOP, сохраняется. Твердотельная и конечно-элементная модели остаются в том виде, который они имели до генерирования сетки.

Статусное окно появляется при работе в режиме графического интерфейса пользователя. (Оно появляется по умолчанию, но может быть отключено командой /UIS,ABORT,OFF.) При работе без графического интерфейса прекратить построение сетки можно с помощью системной Break-функции (клавиши CTRL-C или CTRL-P для большинства операционных систем).

Замечание - Если файл регистрации (Jobname.LOG) для интерактивного режима работы, который содержит преднамеренный отказ от построения сетки, используется в другом сеансе, то, скорее всего, результаты будут отличаться.

6.5.3. Проверка формы элементов

Обычно плохая форма конечных элементов приводит к плохим численным результатам. По этой причине программа ANSYS выполняет проверку формы элементов (по величине отношения сторон, угла формы и угла конусности) для выдачи предупреждения о том, появятся ли построении сетки элементы с плохой формой. К сожалению, не существует универсального критерия, который можно использовать для идентификации элементов с плохой формой. Другими словами, форма элемента, приводящая к неудовлетворительным результатам для одного вида анализа, может дать превосходные результаты для другого. Итак, пользователь должен отдавать себе отчет в том, что в программе ANSYS для выявления элементов с плохой формой применяется достаточно произвольные критерии. Факт выдачи предупреждения о наличии плохих элементов не обязательно означает, что такие элементы действительно присутствуют в модели.

Предупреждение - Отсутствие сообщения о наличии элементов с плохой формой не гарантирует, что будут получены хорошие результаты. Как и во многих подобных ситуациях, касающихся применения метода конечных элементов, окончательное суждение о качестве сетки остается за пользователем.

Ниже приводятся некоторые рекомендации, которые могут помочь решить, приемлема ли данная форма элемента.

Никогда не следует игнорировать предупреждение программы; требуется всегда отслеживать, какое влияние оказывают элементы плохой формы на результаты анализа.

146

Установлено, что наиболее сильно влиянию плохих элементов подвержен анализ напряженного состояния - по сравнению с другими видами анализа (модальный, тепловой, магнитный и т.д.).

Если "плохие" конечные элементы находятся в критических областях модели (например, в зонах высокого градиента напряжений), их влияние, скорее всего, будет весьма вредным.

"Плохие" элементы высокого порядка (с узлами в середине сторон) в общем случае дают лучшие результаты, чем столь же плохие элементы первого порядка.

Одним из лучших количественных показателей приемлемости конечных элементов является процент погрешности вычисления нормы энергии, связанной с данным элементом. (Подробнее см. Главу 5 пособия ANSYS Basic Analysis Procedures Guide.) Но в любом случае только пользователь принимает решение, какой уровень погрешности считать допустимым.

По умолчанию построение сетки прекращается после обнаружения элементов плохой формы. Если по каким-то причинам нужно отключить процедур проверки формы элементов, то это можно сделать с помощью команды SHPP (маршрут Main Menu>Preprocessor>-Checking Ctrls).

Для проверки формы элементов уже существующей сетки (как построенной программой ANSYS, так и импортированной из CAD-программ) используется команда CHECK (маршрут Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Check Elems).

6.6. Изменение сетки

Если построенная сетка оказывается неприемлемой, ее несложно изменить одним из приведенных ниже способов.

Перестроить сетку, задав другие спецификации размеров.

Использовать опцию "Принять/Отвергнуть" для отказа от сетки, затем перестроить ее.

Очистить сетку, переопределить заново и повторить генерацию сетки.

Исправить сетку в отдельных областях модели.

Подробности изменения сетки приводятся ниже.

6.6.1. Перестроение сеточной модели

Перестроить сетку можно повторной установкой размеров элементов и обращением к процедурам создания сетки [AMESH или VMESH]. Это самый простой способ изменить сетку: не требуется обращаться к опции "Принять/Отвергнуть" и не нужно очищать сетку перед ее перестроением.

Существуют, однако, некоторые ограничения в использовании этого способа. Можно изменить спецификации, задаваемые командами KESIZE, ESIZE, SMRTSIZE и DESIZE, но нельзя изменить те из них, которые присваиваются непосредственно линиям [LESIZE]. Если перед перестроением сетки нужно изменить установки команды LESIZE,

147

следует использовать приглашение "Принять/Отвергнуть".

Эта опция доступна только в случае интерактивного режима работы с помощью графического интерфейса. Если используется режим ввода команд, то перед перестроением сетки прежде всего нужно отменить существующую сетку (см. подраздел Отмена сетки ниже).

6.6.2. Использование опции "Принять/Отвергнуть"

Как указывалось ранее, активизировать опцию "Принять/Отвергнуть" в режиме использования графического интерфейса можно выбором из меню последовательности Main Menu>Preproccesor>-Meshing-Mesh>Mesher Options до начала перестроения сетки. (По умолчанию эта опция отключена.) Будучи активизированной, эта подсказка появляется после каждой сеточной операции и дает возможность принять или отвергнуть генерируемую сетку. Если сетка отвергается, все узлы и элементы очищаются от присутствия объектов сетки. Теперь можно переустановить управляющие параметры и повторить построение сетки.

Опцию "Принять/Отвергнуть" можно использовать для поверхностных и объемных элементов. Преимущество этой опции состоит в отсутствии необходимости вручную очищать сетку [ACLEAR и VCLEAR].

6.6.3. Очистка сетки

Очистка сетки от узлов и элементов модели перед повторением процесса требуется не всегда. Однако это действительно требуется сделать для того, чтобы изменить установки команды LESIZE. Кроме того, нужно очищать сетку, если приходится вносить изменения в твердотельную модель.

Для очистки сетки от ключевых точек [KCLEAR], линий [LCLEAR], поверхностей [ACLEAR] или объемов [VCLEAR] используется последовательность Main Menu> Preprocessor>-Meshing-Clear>тип объекта.

6.6.4. Локальное измельчение сетки

Если в целом сетка элементов приемлема, но хотелось бы иметь большее число элементов в отдельных ее областях, можно измельчить сетку вокруг заданных узлов [NREFINE], ключевых точек [KREFINE] или линий [LREFINE]. Элементы, окружающие выбранные объекты, будут разделены на более мелкие. Можно указать "глубину" измельчения (число элементов окружения) и частоту повторения процедуры измельчения. Задание этих параметров доступно в графическом интерфейсе: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Refine>-Refine at-объект. Можно также обратиться к общему измельчению всей сетки с помощью команды ESEL,ALL или указав маршрут Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Refine>All. Подробнее о локальном измельчении сетки см. в Главе 7.

148

6.7. Рекомендации и предостережения

6.7.1. Предостережения

Области модели с чрезмерно острыми углами или истонченным краем при невнимательном подходе обычно порождают сетку элементов неудовлетворительного качества.

Рис. 6.19. Устранение острых углов

Чрезмерное укрупнение сетки приводит к появлению "плохих" элементов, переход к более крупным ячейкам сетки следует выполнять более плавным.

Рис. 6.20. Устранение резкого укрупнения сетки

Чрезмерная кривизна элементов: при использовании срединных узлов элемента для моделирования искривленной границы области следует обращать внимание на следующее: плотность сетки должна быть такой, чтобы ни один граничный элемент сетки

не замещал собой дугу более 15О. Если нет необходимости в аккуратном вычислении

напряжений в окрестности искривленной границы, можно потребовать получение элементов с прямолинейными сторонами (используя поле KSTR команды ESHAPE) для грубой сетки вдоль криволинейных ребра или грани. В случае, когда криволинейные элементы образуют инвертированный конечный элемент, генератор тетраэдной сетки автоматически меняет его на прямолинейный элемент и выдает предупреждение.

149

Рис. 6.21. Пример использования команды ESHAPE,,KSTR

6.7.2. Рекомендации

Устранение ошибок при построении тетраэдной сетки элементов может потребовать значительных затрат времени. Одним из сравнительно быстрых способов, который можно использовать для предварительной проверки качества сетки, является создание сетки из шестиузловых треугольников на поверхности объема. Если такая сетка не содержит резких изменений размеров ячеек (об этом тоже не всегда легко судить) и не приводит к выдаче предупреждений, касающихся кривизны и отношения сторон элемента, то очень вероятно, что в таком случае проблем с построением сетки из тетраэдров не возникнет. (Перед построением объемной сетки не забудьте очистить или деактивировать заданные прежде треугольные элементы.)

По возможности следует избегать изъятия из модели объектов с подготовленной сеткой. Однако если изымаются объекты с готовой, но неудовлетворительной сеткой элементов, на этом можно выиграть, если очистить сетку и построить ее вновь для этих объектов.

Вокруг отверстия грубые элементы приемлемы, если они прямолинейные

150

Глава 7.

Преобразование твердотельной модели

151

Содержание

7. Преобразование твердотельной модели

7.1. Введение 7-3

7.2. Локальное измельчение сетки элементов 7-3

7.2.1. Измельчение поверхностной сетки 7-3

7.2.2. Передача атрибутов и нагрузок при измельчении сетки 7-7

7.2.3. Выравнивание узлов 7-8

7.2.4. Существующие ограничения 7-8

7.3. Перемещение и копирование узлов и элементов 7-9

7.4. Отслеживание ориентации элементов и нагрузок 7-12

7.5. Очистка и удаление сетки для модификации геометрии 7-13

7.5.1. Очистка сетки 7-13

7.5.2. Удаление объектов твердотельной модели 7-15

7.5.3. Модификация объектов твердотельной модели 7-16

7.6. Перекрестные ссылки твердотельной модели 7-18

7.6.1. Механизм перекрестных ссылок 7-18

7.6.2. Обход ограничений 7-19

152

7.1. Введение

В этой главе рассматриваются различные способы, которые можно использовать для внесения изменений в модель. Обсуждаются следующие возможности:

локальное измельчение сетки;

перемещение и копирование узлов и элементов;

отслеживание ориентации граней элементов;

преобразование сеточной модели: очистка и отмена;

понятие о средствах твердотельной перекрестной проверки.

7.2. Локальное измельчение сетки

В общем случае существуют две ситуации, когда может появиться желание измельчить сетку в некоторой локальной зоне: 1) построена сетка элементов и нужно сделать ее более мелкой в отдельной области и 2) завершен анализ и по его результатам требуется получить более подробное решение для интересующей пользователя зоны. Для поверхностной сетки конечных элементов программа ANSYS предоставляет средства для локального измельчения сетки в окрестности заданных узлов, элементов, ключевых точек и линий модели.

7.2.1. Измельчение поверхностной сетки

Процесс измельчения сетки включает следующие шаги:

задание или построение объектов, в окрестности которых будет осуществляться измельчение сетки;

задание числа повторений процедуры деления окружающих элементов (NSPLIT);

задание "глубины" измельчения в виде числа элементов в окрестности указанных объектов (DEPTH).

Измельчение сетки вокруг заданного набора узлов достигается одним из следующих способов:

Команда: NREFINE

Маршрут:Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Refine>Nodes

Измельчение заданного набора элементов достигается одним из следующих способов:

Команда: EREFINEМаршруты: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Refine>Elements

Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Refine>AllИзмельчение сетки вокруг заданного набора ключевых точек достигается одним из

следующих способов:

153

Команда: KREFINE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Refine>Keypoints

Измельчение сетки вокруг заданного набора линий достигается одним из следующих способов:

Команда: LREFINE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Refine>Lines

По умолчанию сетка измельчается на глубину одного элемента от заданного объекта (за исключением измельчения элементов, когда по умолчанию используется DEPTH=0), а прежние элементы делятся только один раз (т.е. углы элемента делятся пополам). На рис. 7.1. приведены примеры измельчения сетки вокруг узла, элемента, ключевой точки и линии.

154

г) Измельчение сетки вокруг узла (LREFINE)

Рис. 7.1. Примеры локального измельчения сетки

При NSPLT=1 длина стороны измельчаемого элемента составляет половину первоначальной, при NSPLT=2 длина стороны нового элемента равна четвертой части от первоначальной, и т.д. Элементы, непосредственно прилегающие к измельчаемой области, т.е. за пределами, определяемыми параметром DEPTH, также делятся, чтобы обеспечить более плавное сопряжение областей сетки.

155

Замечание - Переходная область всегда состоит из треугольных элементов. Таким образом, если первоначальная сетка полностью состояла из четырехугольных элементов, то при измельчении сетки в исходные элементы будут введены треугольные. Это не всегда приемлемо, особенно если используются элементы низшего порядка. Чтобы избежать неприятностей, можно измельчить сетку в более обширной зоне (т.е. при большем значении параметра DEPTH) вокруг интересующей точки или выполнить измельчение другим способом (например, использовать средства локального перестроения сетки).

Другие особенности процедуры измельчения сетки перечислены ниже.

Новые элементы и узлы, образующиеся при измельчении (включая и срединные узлы), отображают исходную твердотельную геометрию модели (рис. 7.2).

При использовании опции измельчения сетки в окрестности узлов [NREFINE] игнорируются те срединные узлы, которые включены в заданный набор объектов.

Измельченная сетка не пересекает границ области. Это значит, что если заданное значение параметра DEPTH выходит за пределы данной сеточной области, то соседняя область не будет изменена (рис. 7.3). Однако если для измельчения сетки выбирается объект (узел, элемент, ключевая точка или линия) на границе между областями или по обе стороны от границы, то будут измельчены смежные области модели.

Измельчение сетки выполняется только для выделенных конечных элементов (рис. 7.4).

Измельчить сетку можно и для сетки, присоединенной к твердотельной модели (команда MODMSH,DETACH или маршрут Main Menu>Preprocessor> Checking Ctrls). В этом случае измельчение не останавливается границами между областями. Кроме того, узлы и элементы не будут отображать исходную твердотельную геометрию модели, не будет осуществляется сглаживание.

Линия, выбранная для измельчения [LREFINE]

Рис. 7.2. Отображение исходной геометрии

156

Рис. 7.3. Влияние границ между областями

а) Измельчение с учетом всех элементов

.б) Измельчение с учетом выделенных элементов

Рис. 7.4. Измельчение только выделенных элементов

7.2.2. Передача атрибутов и нагрузок при измельчении сетки

Атрибуты конечных элементов, связанные с "родительским" элементом, автоматически передаются всем "дочерним" элементам. Эти атрибуты включают тип элемента, свойства материала, реальные константы и координатную систему элемента (см. Главу 6).

Нагрузки и граничные условия, приложенные к твердотельной модели, передаются к узлам и элементам измельченной сетки в момент инициализации решения (или когда нагрузки переносятся вручную с помощью команд SBCTRAN или DTRAN). Следовательно, твердотельные нагрузки будут правильно прикладываться к новым узлам и элементам, образовавшимся при измельчении сетки. Однако конечно-элементные нагрузки и граничные условия, т.е. нагрузки и граничные условия, приложенные непосредственно к узлам и элементам модели, не могут быть перенесены к новым узлам и элементам. Если в области измельчения имеются такие нагрузки и условия, то выполнить измельчение сетки невозможно без их удаления. Таким образом, рекомендуется прикладывать

157

нагрузки только к твердотельной модели, если предполагается обращаться к измельчению сетки.

Замечание - Так как при выполнении явного динамического анализа (с помощью программы ANSYS/LS-DYNA) приложить нагрузки к твердотельной модели не представляется возможным, то в этом виде анализа измельчение сетки должно быть выполнено до приложения нагрузок.

7.2.3. Выравнивание узловПо умолчанию в местоположение новых узлов в области измельчения сетки вносятся поправки, для того чтобы улучшить форму элементов. При этом выполняются следующие ограничения:

узлы при ключевых точках не перемещаются;

узлы, относящиеся к линиям, перемещаются только вдоль этих линий;

узлы, относящиеся к поверхности модели, остаются на ней;

если сеточная модель была присоединена к твердотельной модели (команда MODMSH,DETACH или маршрут Main Menu>Preprocessor> Checking Ctrls), то выравнивание узлов не делается.

Выравнивание узлов можно отключить заданием опции SMOOTH=OFF при использовании команд измельчения сетки.

7.2.4. Существующие ограничения

При измельчении сетки имеют силу следующие ограничения.

Локальное измельчение сетки неприменимо для объемных сеток.

Замечание - Если требуется получить локальное измельчение сетки для некоторого объема модели, то на поверхности объема следует создать сетку из оболочечных элементов, измельчить эту поверхностную сетку, а затем создать объемную сетку. Приступая к получению решения, следует обязательно отменить оболочечные элементы.

Если в зоне модели, предназначенной для измельчения, содержатся контактные элементы, то осуществить измельчение не удастся. В этом случае сначала нужно измельчить сетку и только затем ввести элементы контакта или удалить введенные контактные элементы, измельчить сетку и повторить задание элементов контакта.

Измельчение невозможно, если в зоне измельчения присутствуют конечные элементы разной размерности (например, балочные элементы на границах плоских или оболочечных элементов). Для того чтобы выполнить измельчение, следует удалить "проблемные" элементы для измельчения сетки, а затем вновь задать эти элементы.

158

Измельчение невозможно, если нагрузки приложены непосредственно к узлам и элементам модели. В этом случае нужно отменить нагрузки, чтобы измельчить сетку элементов. (Чтобы избежать такой ситуации, рекомендуется прикладывать нагрузки к твердотельной, а не к конечно-элементной модели.)

Локальное измельчение сетки нельзя осуществить, если для модели заданы начальные условия в узлах [IC], присутствуют связанные узлы [семейство команд CP] или есть ограничения [семейство команд CЕ]. Для того чтобы измельчение стало возможным, нужно удалить все эти факторы.

Не рекомендуется локальное измельчение сетки для моделей, используемых в расчетах по программе ANSYS/LS-DYNA, так как малые размеры новых конечных элементов могут привести к значительному уменьшению шага по времени.

Не поддерживается команда KSCON: для любой сеточной области, построенной с применением этой команды, при измельчении сетки срединные узлы будут помещаться на середину стороны.

7.3. Перемещение и копирование узлов и элементовПри обычной процедуре получения расчетной модели перед генерированием конечно-элементной сетки полностью завершается создание твердотельной модели. Однако если геометрическая модель состоит из большого числа повторяющихся объектов, более целесообразным может оказаться моделирование и построение сетки для такого объекта с последующим копированием столько раз, сколько потребуется для создания полной модели. Чтобы такой подход был успешным, пользователь должен предусмотреть выполнение ряда рекомендаций.В общем случае процедура копирования сеточной области состоит в использовании приводимых ниже команд генерирования поверхностей и объемов. При копировании с помощью этих команд объекта твердотельной модели с конечно-элементной сеткой копируются и все другие подчиненные сущности объекта, включая узлы и элементы сетки.

Для генерирования дополнительных поверхностей по образцу имеющейся области используется один из способов:

Команда: AGEN

Маршруты: Main Menu>Preprocessor>Copy>AreasMain Menu>Preprocessor>Move / Modify>Areas

Для генерирования дополнительных поверхностей по образцу имеющегося используется один из способов:

Команда: VGEN

Маршруты: Main Menu>Preprocessor>Copy>Volumes Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Volumes

Для генерирования дополнительных поверхностей методом симметричного отражения используется один из способов:

Команда: ARSYM

Маршруты: Main Menu>Preprocessor>Reflect>Areas

159

Для генерирования дополнительных объемов методом симметричного отражения используется один из способов:

Команда: VSYMM

Маршруты: Main Menu>Preprocessor>Reflect>Volumes

Для преобразования поверхности к другой системе координат используется один из способов:

Команда: ATRAN

Маршруты: Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Transfer Coord>Areas

Для преобразования объема к другой системе координат используется один из способов:

Команда: VTRAN

Маршруты: Main Menu>Preprocessor>Move/Modify>Transfer Coord>Volumes

Следует знать, что присоединение отдельных областей при копировании происходит за счет связывания узла с узлом. Но если для некоторого объема построена произвольная сетка, то совсем необязательно, что расположение узлов на одном краю области совпадает с расположением узлов на другом. Если такая исходная часть модели и ее копия будут присоединяться несовпадающими узлами, то возникнет шов, область несвязности.

Создать область поверхности, которая имела бы совпадающие узлы, относительно просто: достаточно задать одинаковое число отрезков деления граничных линий на каждом краю исходной сеточной области. Для объемов дело обстоит сложнее. Потребуется особый прием, чтобы добиться совпадения узлов на присоединяемых гранях двух объемных сеток. До построения объемной конечно-элементной модели создается сетка из фиктивных поверхностных элементов на одной из присоединяемых поверхностей, затем эта область копируется на "ответную" поверхность объемной области. (В зависимости от того, каким образом строился исходный объем, может потребоваться внесение некоторых исправлений, чтобы этого добиться. Если попытки получить дубликат сеточной поверхности провалятся, следует заново создать объем на основе этой поверхности и удалить прежний.) Затем можно построить конечно-элементную сетку для объема. После этого удаляются фиктивные элементы. (Это можно сделать, воспользовавшись командой ACLEAR или маршрутом Main Menu>Preprocessor>Clear>Areas.)

После получения на исходной части модели таких сеточных областей, с помощью которых связывание узлов будет проходить гладко, эту часть общей модели можно копировать таким образом, чтобы нужные области просто соприкасались. Несмотря на полное совпадение узлов, их степени свободы остаются независимыми, т.е. в модели по-прежнему существует нарушение связности на границе соприкасающихся частей. Чтобы устранить возникающий разрыв, следует выполнить команду NUMMRG,ALL. Для хорошего специалиста обычной практикой является последующее "сжатие" номеров узлов (команда NUMCMP, маршрут Main Menu> Preprocessor >Numbering Ctrls>Compress Numbers).

160

в) Получение новых частей модели

Рис. 7.5. Создание объемной сеточной модели

7.4. Отслеживание ориентации элементов и нагрузок

При использовании в модели оболочечных элементов и приложении поверхностных нагрузок существует потребность отслеживать ориентацию граней элемента, для того чтобы иметь возможность определить направление нагрузок. В общем случае поверхностная нагрузка прикладывается к поверхности с номером 1 и считается положительной в соответствии с “правилом буравчика” (как показано на рис. 7.6, при вращении рукоятки буравчика с правой резьбой в направлении узлов I, J, K, L происходит его перемещение вверх, т.е. в положительном направлении нагрузки). Если оболочечная модель образуется нанесением сетки на твердотельную модель, то нормаль к элементу совпадает с направлением нормали к поверхности (это направление устанавливается в результате выполнения команды ALIST или маршрута Utility Menu>List>Areas; направление последовательности линий, определяющих данную поверхность, указывает направление нормали в соответствии с правилом буравчика).

а) использование команд AGEN б) объемная сетка

161

Рис. 7.6. Положительное направление нормали

Существуют несколько способов графического определения ориентации элементов и направления нагрузок.

Можно быстро определить положительное направление нормали для оболочечных элементов, используя команду /NORMAL или маршрут Utility Menu> PlotCtrls>Style>Shell Normals с последующим заданием команды EPLOT или маршрута Utility Menu>Plot>Elements.

Можно включить модуль PowerGraphics: “верх” и “низ” оболочек будет показан разным цветом.

Можно приложить поверхностные нагрузки, задавшись некоторым их направлением, а затем проверить правильность выбора включением символа нагрузок [/PSF,Item,Comp,2] перед выполнением команды EPLOT.

Если смежные оболочечные элементы имеют несовпадающие направления нормали, при постпроцессорной обработке результатов расчета напряжений и деформаций могут возникнуть трудности. Так, например, если какая-нибудь поверхность расчетной модели содержит как верхние, так и нижние грани оболочечных элементов, усреднение узловых напряжений и деформаций будет выполнено неверно. При обнаружении несовпадения нормалей элементы следует переориентировать с помощью команды ENORM (соответствующий маршрут Main Menu>Preprocessor> Move / Modify> Shell Normals). (Таким же путем можно сменить систему координат элемента, определяемую заданием узлов I, J, K, L).

7.5. Очистка и удаление сетки для модификации геометрии

Наличие в программе ANSYS механизма перекрестных ссылок для всех компонентов твердотельной модели не позволяет удалять объекты твердотельной модели вместе с нанесенной конечно-элементной сеткой или использовать команды EDELE и NDELE для удаления элементов и узлов, которые связаны с этими объектами. Для того чтобы внести изменения в модель, обычно требуется очистить объект твердотельной модели от сетки элементов с помощью соответствующих команд. Такие команды можно трактовать как инверсию команд построения сетки. После очистки модели от сетки конечных элементов появляется возможность модифицировать твердотельную модель.

7.5.1. Очистка сетки162

Команды очистки сетки удаляют узлы и элементы, связанные с соответствующими объектами твердотельной модели. При очистке объектов более высокого порядка автоматически удаляются все объекты низших порядков, если они не покрыты сеткой конечных элементов. Узлы на границе объекта, принадлежащие смежной сеточной области, при очистке не удаляются.

Для удаления узлов и точечных элементов, связанных с выбранными ключевыми точками, используется один из следующих способов:

Команда: KCLEAR

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Clear>Keypoints

Для удаления узлов и линейных элементов, связанных с выбранными линиями, используется один из следующих способов:

Команда: LCLEAR

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Clear>Lines

Для удаления узлов и двумерных элементов, связанных с выбранными поверхностными областями, используется один из следующих способов:

Команда: ACLEAR

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Clear>Areas

Для удаления узлов и трехмерных элементов, связанных с выбранными объемными областями, используется один из следующих способов:

Команда: VCLEAR

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Clear>Volumes

Программа сообщает пользователю, сколько объектов каждого вида очищается от сетки после таких процедур. Объект считается “очищенным”, если удаляются либо узлы сетки, либо конечные элементы.

Рис. 7.7. Узлы на границе двух областей

Если очищаемые элементы/узлы находятся в конце перечней, то появляются соответствующие доступные идентификаторы (ID) для элементов/узлов. (Эту процедуру

Узлы на границе принадлежат двум областям модели, поэтому их можно

удалить только после очистки каждой из

областей

163

можно отменить с помощью команды MOPT,CLEAR,OFF.)

Как уже указывалось, атрибуты элементов, заданные командами TYPE, REAL, MAT и ESYS, за которыми следуют команды построения сетки [AMESH, VMESH и др.], отменяются командами очистки сетки. Таким атрибутам приписываются отрицательные номера в перечнях, создаваемых командами ALIST, VLIST и т.д. Команды очистки сетки не сказываются на значениях атрибутов, которые вводятся с помощью так называемых ассоциирующих команд, используемых для присваивания атрибутов объектам модели [AATT, VATT и т.д.]. В любом случае, задание новых атрибутов с помощью этих команд подавляет прежние значения атрибутов вне зависимости от того, принадлежат ли они элементу, связанному с модифицируемой твердотельной моделью.

Модификация атрибутов элементов

Существует несколько причин, по которым может потребоваться модификация атрибутов элементов после построения сетки: были допущены ошибки при их задании, внесены изменения в проект или нужно преобразовать расчетную модель для другого вида анализа (например, перейти от теплового расчета к прочностному). Доступные способы такой модификации перечисляются ниже.

“Силовой” метод. Сетка очищается с помощью соответствующих команд; задаются новые атрибуты элементов - либо ассоциирующими командами, либо такими как TYPE, REAL и т.д.; затем сетка строится вновь. Поскольку перестроение сетки может оказаться непростым делом, следует избегать использования такого подхода в том случае, если сама сетка вполне приемлема. Следует обратить внимание на то, что происходит при выполнении команд очистки сетки: атрибуты твердотельной модели, установленные командами построения сетки, (определяются по отрицательным номерам в перечнях, создаваемых командами ALIST, VLIST и т.д.) удаляются; атрибуты, установленные ассоциирующими командами [AATT, VATT и т.д.], не меняются. Итак, из-за того, что ассоциирующие команды подавляют действие команд TYPE, REAL, MAT и ESYS, последние не удается использовать для задания новых атрибутов, если первоначально они были присвоены ассоциирующими командами. (Потребуется использовать эти команды для задания новых атрибутов.) При повторном построении сетки атрибуты, связанные с объектами твердотельной модели, присваиваются конечным элементам сетки.

Непосредственная модификация элементов. Атрибуты элементов можно изменить без перестроения сетки. Для этого выбираются нужные элементы, с помощью команд TYPE, REAL, MAT и ESYS задаются новые атрибуты и выполняется команда EMODIF,ALL (маршрут Main Menu>Preprocessor> Move / Modify>Modify Attrib). В этом случае атрибуты конечных элементов модифицируются непосредственно, без внесения изменений в соответствующие атрибуты твердотельной модели. Эта процедура является удобной, но может привести к неприятностям, поскольку теперь атрибуты конечно-элементной модели не соответствуют атрибутам элементов твердотельной модели. Это значит, среди прочего, что при ошибочном изменении атрибутов до неприемлемого значения предупреждения программы не последует. По этой причине применять этот способ следует с осторожностью.

Еще одной возможностью модификации номера материала для некоторого элемента является использование команды MPCNG или маршрута Main Menu> Preprocessor>Material Props>Change Mat Num. (В отличие от других команд модификации, работающих только с препроцессором PREP7, команду MPCNG можно

164

использовать как в режиме PREP7, так и SOLUTION).

Модификация таблицы атрибутов. Можно изменить входы таблиц атрибутов после построения сетки, но перед вводом режима SOLUTION. Будет выдано предупреждение, если наборы таблицы REAL или MAT содержат неиспользуемые входы (например, это произойдет в том случае, если набор свойств REAL для балки будет присвоен стержневому элементу). При этом способе не требуется перестроение сетки.

Замечание о добавлении и удалении срединных узлов. Для любого из перечисленных способов, если меняется атрибут TYPE для замены срединного узла на некоторый другой, потребуется использование одной из следующих возможностей для добавления дополнительных срединных узлов:

Команда: EMID

Маршрут:Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Add Mid Nodes

Команде EMID предшествует исполнение команды MODMSH,DETACH (маршрут Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls). Кроме того, для того чтобы отменить срединные узлы, необходимо “отвязать” их от конечных элементов с помощью команды EMID,-1.

7.5.2. Удаление объектов твердотельной модели

Удалить объекты твердотельной модели можно с помощью соответствующих команд, приведенных ниже. Объекты нижних уровней нельзя удалить, если они присоединены к объектам более высокого уровня. Так, если некоторая часть модели создана с помощью геометрических примитивов, то нельзя удалить связанную с нею ключевую точку до тех пор, пока в нисходящем порядке не будут удалены все объекты более высокого порядка (линии, поверхности и объемы), которые присоединены к этой точке.

Для удаления поверхности без конечно-элементной сетки используется один из следующих способов:

Команда: ADELE

Маршруты: Main Menu>Preprocessor>Delete>Area and BelowMain Menu>Preprocessor>Delete>Areas Only

Для удаления ключевых точек без конечно-элементной сетки используется один из следующих способов:

Команда: KDELE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Delete>Keypoints

Для удаления линий без конечно-элементной сетки используется один из следующих способов:

Команда: LDELE

Маршруты: Main Menu>Preprocessor>Delete>Line and BelowMain Menu>Preprocessor>Delete>Lines Only

165

Для удаления объемов без конечно-элементной сетки используется один из следующих способов:

Команда: VDELE

Маршруты: Main Menu>Preprocessor>Delete>Volume and BelowMain Menu>Preprocessor>Delete>Volumes Only

И наоборот, активацией “чистящей” опции (т.е. заданием KSWP=1) вместе с командами LDELE, ADELE или VDELE программе предписывается автоматическое удаление всех соответствующих объектов более низких уровней. (Однако эти объекты не будут удалены, если они присоединены еще и к другим объектам более высокого уровня.) Например, если нужно удалить сферический объем без сетки конечных элементов, то достаточно ввести одну команду VDELE с опцией KSWP=1, что приведет к удалению этого объема и всех связанных с ним поверхностей, линий и ключевых точек.

7.5.3. Модификация объектов твердотельной модели

Геометрию твердотельной модели можно модифицировать изменением положений ключевых точек, используя один из следующих способов:

Команда: KMODIF

Маршруты: Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>Set of KPsMain Menu>Preprocessor>Move / Modify>Single KP

Всякая сеточная область, связанная с модифицируемыми ключевыми точками, будет автоматически очищена от узлов и элементов. Все линии, поверхности и объемы, связанные с данной ключевой точкой, будут затем автоматически вновь заданы с использованием активной координатной системы.

Твердотельные объекты без сетки также можно задать снова повторным применением команд, которые использовались первоначально. Например, рассмотрим следующую последовательность команд, в которой вторая команда К предназначена для модификации ключевой точки:

CSYS,0K,1,5.0,6.0,7.0 ! Ключевая точка при X=5.0, Y=6.0, Z=7.0CSYS,1K,1,5.0,6.0,7.0 ! Повторное задание этой же точки

Ключевую точку 1 можно повторно задать таким способом только в том случае, если с ней не связаны объекты модели более высокого уровня.

Модифицировать линии без сетки элементов можно посредством приводимых ниже процедур. При их выполнении также обновляются присоединенные к линии области, даже если это поверхности или объемы.

Для разделения линии на две и более части используется один из следующих способов:

166

Команда: LDIV

Маршруты: Main Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Line into 2 Ln'sMain Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Line into N Ln'sMain Menu>Preprocessor>Operate>Divide>Lines w/ Options

Для объединения двух смежных линий в одну используются следующие способы:

Команда: LCOMB

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Operate>Add>Lines

Для построения скругления между двумя пересекающимися линиями используется один из следующих способов:

Команда: LFILLT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Line Fillet

167

7.6. Перекрестные ссылки твердотельной модели

7.6.1. Механизм перекрестных ссылок

В предыдущих разделах упоминалось о некоторых условиях, при которых возможна модификация твердотельной модели с конечно-элементной сеткой. Наличие таких ограничений связано с механизмом перекрестных ссылок, введенным в программу ANSYS для того, чтобы предотвратить смешивание данных, относящихся к твердотельной и конечно-элементной моделям. Ограничения состоят в следующем.

Нельзя удалить или переместить ключевые точки, линии, поверхности и объемы с конечно-элементной сеткой.

Нельзя переместить узлы или элементы, связанные с ключевыми точками, линиями, поверхностями или объемами. Их можно только удалить с помощью команд очистки сетки.

Нельзя удалить или изменить поверхности, присоединенные к объемам.

Нельзя удалить или изменить линии, присоединенные к поверхностям (исключение составляет использование приведенных выше команд LDIV, LCOMB или LFILLT).

Нельзя удалить ключевые точки, присоединенные к линия. Их можно только переместить командой KMODIF, с помощью которой исправляются и очищаются (при наличии сетки) присоединенные линии, поверхности и объемы.

Основные аргументы в пользу необходимости этих ограничений иллюстрируются приводимым ниже рисунком. На нем полная твердотельная модель схематически представлена в виде “башни” из кубиков, при этом самый нижний кубик отображает ключевые точки, следующий - линии, и т.д. Если изменить объект нижнего уровня, это может нарушить все другие объекты, находящиеся выше. (Естественно, данная иллюстрация чрезмерно упрощает взаимозависимость объектов разных уровней.)

Рис. 7.8. Влияние перекрестных ссылок модели

168

Приведенные ограничения не являются столь жесткими, как может показаться. Более того, в тех немногочисленных случаях, когда они не позволяют выполнить необходимые процедуры, их можно деактивировать в соответствии с приведенными ниже рекомендациями. Следует, однако, понимать, что при отключении этих ограничений теряется выполняемая ими защитная функция и возрастает вероятность необратимой потери содержания базы данных для рассматриваемой задачи.

7.6.1. Обход ограничений

Механизм перекрестных ссылок твердотельной модели обычно используется только для того, чтобы предотвратить порчу информации, содержащейся в базе данных задачи. Существуют, однако, ситуации, когда требуется выполнить ту или иную “запрещенную” процедуру. Для этих целей служит команда MODMSH (маршрут Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls) с тремя опциями: DETACH, NOCHECK и CHECK.

Команда MODMSH,DETACH отделяет конечно-элементную модель от твердотельной, что дает возможность вносить изменения в конечно-элементную модель, используя команды модификации узлов и элементов. При этом база данных сохраняется “чистой”, и, таким образом, возможные противоречия моделей обнаружены не будут. Рассмотрим в качестве примера единственную ключевую точку и связанный с нею узел. После задания команды MODMSH,DETACH программа перестает различать связанность этих двух объектов, и теперь перемещение узла в некоторое новое положение не создает конфликтной ситуации. После разделения моделей утрачивается возможность менять сетку конечных элементов с помощью объектов твердотельной модели, очищать сетки или переносить граничные условия с геометрической модели на конечно-элементную.

Использование команды MODMSH,NOCHECK очень рискованно, поскольку деактивируется механизм перекрестных ссылок и “обманывать” бдительность базы данных становится столь ошеломляюще просто, что становится возможным выполнение практически любой операции твердотельного моделирования. Польза от этого состоит в том, что можно использовать такие команды, как EMODIF, NMODIF, EDELE, NDELE и др., для модификации элементов и узлов, которые были созданы с помощью команд построения сетки. Активизация этой опции вынуждает программу при инициировании решения или при вводе команд PFACT и SOLVE предупреждать пользователя о том, что проверка базы данных обходится. Опцию следует использовать только в том случае, если есть полное представление о том, что делается, иначе произведенное опустошение базы данных не позволит сотрудникам службы поддержки пользователей ANSYS помочь Вам преодолеть те затруднения, которые Вы навлекли на себя.

169

Глава 8.

Прямое генерирование модели

170

Cодержание

8. Прямое генерирование модели

8.1. Метод прямого генерирования----------------------------------------------------8-3

8.2. Задание узлов модели----------------------------------------------------------------8-3

8.2.1. Способы задания узлов---------------------------------------------------8-3

8.2.2. Генерирование дополнительных узлов из существующих----8-4

8.2.3. Просмотр и удаление узлов--------------------------------------------8-5

8.2.4. Перемещение узлов--------------------------------------------------------8-5

8.2.5. Вращение узловой системы координат------------------------------8-5

8.2.6. Чтение и запись текстовых файлов с узловыми данными-----8-6

8.3. Задание конечных элементов-------------------------------------------------------8-7

8.3.1. Установка атрибутов элемента------------------------------------------8-7

8.3.2. Задание элементов----------------------------------------------------------8-9

8.3.3. Просмотр и удаление элементов----------------------------------------8-9

8.3.4. Генерирование дополнительных элементов из существующих-8-10

8.3.5. Особые приемы генерирования элементов ---------------------------8-11

8.3.6. Чтение и запись текстовых файлов в данными элементами-----8-11

8.3.7. Замечание относительно перекрывающихся элементов----------8-12

8.3.8. Модификация элемента изменением его узлов----------------------8-12

8.3.9. Модификация элемента изменением его атрибутов----------------8-13

8.3.10. Замечание относительно срединных узлов--------------------------8-14

171

8.1. Метод прямого генерирования

Прямое генерирование представляет собой метод создания модели, при котором узлы и элементы модели задаются непосредственно. Следует иметь в виду, что при прямом генерировании может потребоваться приблизительно десятикратное увеличение количества вводимых данных по сравнению с твердотельным моделированием несмотря на то, что существует большое количество команд, которые позволяют копировать, отражать, масштабировать и пр. заданную совокупность узлов или элементов.

Ранее в этом Руководстве были рассмотрены аспекты моделирования, касающиеся предварительного планирования способа решения задачи (Глава 2), использования систем координат (Глава 3) и рабочей плоскости (Глава 4) как при прямом генерировании, так и при твердотельном моделировании.

Расчетная модель, которая строится прямым генерированием, однозначно определяется с помощью узлов и элементов. И хотя операции генерирования узлов и элементов можно выполнять в произвольном порядке, ни один элемент нельзя задать, пока все его узлы не будут созданы.

8.2. Задание узлов модели

8.2.1. Способы задания узлов

Для задания отдельных узлов используются перечисленные ниже способы.

Задание узлов в активной системе координат:

Команда: N

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes>In Active CSMain Menu>Preprocessor>Create>Nodes>On Working Plane

При работе с программой ANSYS в интерактивном режиме имеется возможность задать интервал фиксации рабочей плоскости и использовать мышь [N, P] для генерирования узлов. (Подробная информация относительно рабочей плоскости приведена в Главе 4.)

Задание узла в существующей ключевой точке:

Команда: NKPT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes>On Keypoint

Перемещение узла к пересечению плоскостей координатной системы:

Команда: MOVE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Move I Modify>To Intersect

8.2.2. Генерирование дополнительных узлов из существующих

172

После того, как создан начальный набор узлов, можно генерировать дополнительные узлы, используя любой из следующих способов:

создание ряда узлов между двумя существующими узлами:

Команда: FILL

Маршрут: Main Menu>Preprocessor> Modeling>Create>Nodes>Fill between Nds

создание дополнительных узлов из набора уже существующих:

Команда: NGEN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Copy>-Nodes->Copy

создание узлов из уже существующих с изменением масштаба:

Команда: NSCALE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Copy>Scale & Copy

Main Menu>Preprocessor>Move I Modify>Scale 8 Move Main Menu>Preprocessor>Operate>Scale>Scale & Copy Main Menu>Preprocessor>Operate>Scale>Scale & Move

генерирование трех узлов на отрезке функции y=x2:

Команда: QUAD

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>Quadratic Fill

генерирование симметрично отраженного набора узлов:

Команда: NSYM

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Reflect Nodes

перенос узлов в другую систему координат:

Команда: TRANSFER

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Move I Modify>Transfer Coord>Nodes

задание узла в центре круговой дуги, на которой расположены узлы:

Команда: CENTER

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes>At Curvature Ctr

Если локальная цилиндрическая система координат определена в центре дуги, можно использовать команду Fill (маршрут меню Main Menu> Preprocessor> reate>Nodes>Fill between Nds (между узлами)), чтобы построить дополнительные узлы на дуге. Если задан радиус кривизны, центр окружности вычисляется автоматически как точка, лежащая на перпендикуляре к линии, соединяющей узлы NODE1-NODE2 в плоскости узлов NODE1, NODE2 и NODE3.

173

8.2.3. Просмотр и удаление узлов

Для просмотра и удаления созданных узлов модели следует использовать следующие способы:

вывод перечня узлов:

Команда: NLIST

Маршрут: Utility Menu>List>Nodes Utility Menu>List Picked Entities> Nodes

отображение узлов на экране монитора:

Команда: NPLOT

Маршрут: Utility Menu>Plot>Nodes

При использовании команды EPLOT (маршрут Utility Menu>Plot>Elements) будут также отображаться номера узлов, присоединенных к элементам, если задана соответствующая команда /PNUM (маршрут Utility Menu>PlotCtrls> Numbering ).

удаление узлов:

Команда: NDELE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Delete>Nodes

8.2.4. Перемещение узлов

Для перемещения узлов используются следующие способы:

просто переопределить узел с помощью команды N (или с помощью любой другой команды, генерирующей узлы);

изменить одну (или все) координаты, определяющие узел, т.е. переместить узел в новое положение:

Команда: NMODIF

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes>By AnglesMain Menu>Preprocessor>Move I Modify>By Angles

Main Menu>Preprocessor>Move I Modify>Set of Nodes Main Menu>Preprocessor>Move I Modify>Single Node

8.2.5. Вращение узловой системы координат

Для поворота узловой системы координат (которая, по умолчанию, параллельна глобальной декартовой системе координат) используется один из перечисленных ниже способов.

Для поворота узловой системы координат в активную систему координат:174

Команда: NROTAT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes>-Rotate Node CS->To Active CSMain Menu>Preprocessor>Move / Modify>-Rotate Node CS->To Active CS

Для поворота узловой системы координат заданием направляющих косинусов:

Команда: NANG

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes>By Vectors Main Menu>Preprocessor>Move / Modify>By Vectors

Для поворота узловой системы координат заданием углов поворота используется команды N или NMODIF, описанные ранее в этой главе.

Подробная информация относительно узловых систем координат приводится в Главе 3 данного Руководства.

8.2.6. Чтение и запись текстовых файлов с узловыми данными

Существует возможность обратиться к содержимому текстового файла, в котором находится информация об узлах модели. Это может быть полезным в том случае, если импортируются узловые данные в формате ASCII из другого сеточного генератора, программы CAD/CAM или другого сеанса работы с программой ANSYS. Можно также записывать такой ASCII-файл для передачи данных в другую программу или для нового сеанса работы с программой ANSYS.

Обычно не требуется считывать или записывать узловые данные при стандартном процессе генерирования модели в программе ANSYS.

Для задания диапазона узлов, которые нужно считать из файла, используется один из этих способов:

Команда: NRRANG

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes>Read Node File

Для считывания узловых данных из файла используется один из следующих способов:

Команда: NREAD

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes>Read Node File

Для записи узловых данных в файл используется один из следующих способов:

Команда: NWRITE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes>Write Node File

8.3. Задание конечных элементов

175

8.3.1. Установка атрибутов элемента

Прежде чем задать конечный элемент модели, требуется выполнить два условия:

1. задать минимальное число узлов, которое требуется для этого элемента;

2. задать соответствующие атрибуты элемента.

Компоновка таблиц атрибутов элемента

Таблица атрибутов элемента создается описанными ниже способами и с помощью разнообразных команд, относящихся к системам координат. См. Главу 6 для подробной информации относительно создания таблиц атрибутов элемента.

Для задания типа элемента из библиотеки элементов, используется один из следующих способов:

Команда: ET

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>EIement Type>Add/Edit/Delete

Для задания вещественных констант элемента используется один из способов:

Команда: R

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Real Constants

Для задания постоянных (линейных) констант элемента используется один из способов:

Команда: MP, MPDATA, MPTEMP и т.д.

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Material Props>option

Для задания таблицы данных (при нелинейных свойствах материала) используется один из способов:

Команда: TB, TBDATA и т.д.

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Data Tables>option Main Menu>Preprocessor>Material Props>Mooney-Rivlin>option

Указание на входы в таблицах атрибутов элементов

Как только таблицы атрибутов элементов заданы, можно "указать" различные входы в эти таблицы. Значения указателей, которые действуют во время создания элементов модели, используются программой, чтобы присвоить атрибуты элементам из таблиц элементов.

Чтобы установить указатель атрибута типа элемента [TYPE], указатель атрибута набора вещественной константы элемента [REAL], указатель атрибута материала элемента [MAT], или указатель атрибута системы координат элемента [ESYS], используют один из следующих способов (маршрут меню графического интерфейса для всех четырех команд один и тот же):

176

Команда: TYPE или REAL или MAT или ESYS

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Attributes>Default Attribs Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>Elem Attributes

Иллюстрация таблиц атрибутов приведена на рис. 6.2 Главы 6.

Просмотр содержимого таблиц элементов

Для обращения к содержимому таблиц атрибутов элементов можно использовать следующие способы:

для получения перечня заданных типов элементов:

Команда: ETLIST

Маршрут: Utility Menu>List Properties>Element Types

для получения набора вещественных констант:

Команда: RLIST

Маршрут: Utility Menu>List>Properties>All Real ConstantsUtility Menu>List>Properties>Specified Real Constants

для вывода перечня линейных свойств материала:

Команда: MPLIST

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Material Props>ListUtility Menu>List>Properties>All Materials Utility Menu>List>Properties>All Matls, All TempsUtility Menu>List>Properties>All Matls, Specified Temp Utility Menu>List>Properties>Specified Matl, All Temps

для вывода таблицы данных:

Команда: TBLIST

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Data Tables>ListUtility Menu>List>Properties>Data Tables

для получения перечня координатных систем:

Команда: CSLIST

Маршрут: Utility Menu>List>Other>Local Coord Sys

8.3.2. Задание элементов

177

Как только заданы необходимые узлы и атрибуты элемента, можно переходить к заданию элементов модели. Используя один из описанных ниже методов, можно задать элемент, идентифицируя его узлы. Число узлов, требуемых для каждого элемента, и порядок, в котором узлы должны вводиться, определяются типом элемента. Так, например, двумерный балочный элемент BEAM3 требуют задания двух узлов (I, J), а трехмерный элемент в виде параллелепипеда SOLID45 требует восемь узлов (I, J, K, L для одной грани и M, N, O, P для противоположной). Порядок, в котором вводятся узлы, определяет направление нормали элемента. Подробная информация об этом приводится в разделе Главы 7 "Отслеживание ориентации элементов и нагрузок". Для задания элементов модели используется один из следующих способов:

Команда: E

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>-Auto Numbered> -Thru Nodes Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>-User Numbered> -Thru Nodes

В интерактивном режиме работы можно обратиться к графическому выбору (т.е. использовать указатель мыши), чтобы генерировать элементы модели, используя один из вышеупомянутых маршрутов.

С помощью команды E можно задать только элементы в 8-ю узлами. Для тех типов элементов, которые требуют ввода более восьми узлов, используется команда EMORE. Например, трехмерный 20-узловой элемент в виде параллелепипеда SOLID95 требует ввода двух команд EMORE в дополнение к команде E. (При использовании указателя мыши команду EMORE можно не вводить).

8.3.3. Просмотр и удаление элементов

Для просмотра и удаления заданных элементов используются следующие способы:

вывод перечня элементов:

Команда: ELIST

Маршрут: Utility Menu>List>Elements

Utility Menu>List>Picked Entities>Elements

отображение элементов на дисплее:

Команда: EPLOT

Маршрут: Utility Menu>Plot>Elements

Номера элементов будут выведены на экран при использовании команды EPLOT, если к ним обратиться с помощью команды /PNUM (маршрут меню Utility Menu>PIotCtrls>Numbering). В большинстве случаев программа автоматически назначит номер элемента, используя следующий доступный неиспользованный номер. (Первая команда E определяет элемент с номером 1, вторая команда E определяет элемент с номером 2, и т.д.)

удаление элементов:

178

Команда: EDELE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Delete>Elements

Удаление элементов создает "пробелы" в прежней нумерации, поскольку она является последовательной. Автоматическая процедура перенумерации не будет многократно повторно использовать эти свободные номера, даже если они находятся в конце последовательности. (Если задать 10 элементов, а затем удалить их, следующая команда E определит номер элемента, равный 11. Числа 1-10 останутся неиспользованными.) Управлять нумерацией элементов можно с помощью соответствующих команд (см. Главу 11), или используя команду EN (маршрут меню Main Menu>Preprocessor>Create> Elements>Thru Nodes), которая дает возможность определять номер элемента напрямую.

8.3.4. Генерирование дополнительных элементов из существующих

Как только создан начальный набор элементов, можно генерировать дополнительные элементы, используя любой из перечисленных ниже способов:

Создание элементов из существующего набора:

Команда: EGEN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Copy>Auto Numbered

Генерирование элементов с помощью симметричного отражения:

Команда: ESYM

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Reflect>Auto Numbered

Генерирование элементов из существующего набора заданием их нумерации вручную:

Команда: ENGEN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Copy>User Numbered

Генерирование элементов симметричным отражением (при задании нумерации вручную):

Команда: ENSYNI

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Reflect>User Numbered

Эти команды не создают узлов; они должны быть созданы заранее. Кроме того, атрибуты элемента (MAT, TYPE, REAL и ESYS) вновь сгенерированных элементов соответствуют атрибутам первоначального набора, а не текущим установкам.

8.3.5. Особые приемы генерирования элементов

Некоторые специфические виды элементов можно генерировать с помощью особых

179

приемов, описанных ниже.

Для создания "поверхностных" элементов поверх наружных граней существующих элементов:

Команда: ESURF

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>On Free Surf

Для задания применяемых в некоторых тепловых расчетах элементов SURF19 или SURF22 с узлом, задаваемым по выбору, используется команда ESURF,XNODE.

Для "сцепления" вместе совпадающих узлов с двумерными линейными элементами (типа элементов зазора):

Команда: EINTF

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>At Coincid Nd

Для создания контактных элементов контактной задачи (подробности см. в Главе 9):

Команда: GCGEN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>At ContactSrf

8.3.6. Чтение и запись текстовых файлов с данными элементов

Имеется возможность считывать или дополнять текстовый файл, который содержит данные элементов. Это удобно при передаче данных из одной программы в другую или из одного сеанса работы с программой ANSYS в другой. Чаще всего эту возможность при обычной процедуре создания модели в программе ANSYS использовать не приходится.

Для указания диапазона элементов, которые нужно считать из файла, используется один из следующих способов:

Команда: ERRANG

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>Read Elem File

Для считывания данных об элементах из файла используется один из способов:

Команда: EREAD

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>Read Elem File

Для записи данных об элементах в файл используется один из способов:

Команда: EWRITE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>Write Elem File

8.3.7. Замечание относительно перекрывающихся элементов

180

Следует принять к сведению, что при создании перекрывающихся элементов (т.е. элементов, присоединенных к одним и тем же узлам и занимающих одно и то же место в пространстве) возможно отклонение от нормального режима работы таких функциональных возможностей программы ANSYS, как отображение графики, вывод поверхностных нагрузок, логика выбора и т.д. Лучше избегать использования таких элементов вообще; если же это невозможно, следует соблюдать особую осторожность.

8.3.8. Модификация элемента изменением его узлов

Чтобы переопределить элемент с помощью его узлов, можно использовать описанные ниже способы при условии, что указатели атрибутов элемента установлены в соответствующие значения. (При вводе приведенных ниже команд или соответствующих маршрутов меню заданные установки атрибутов элемента управляют типом элемента, вещественными константами, свойствами материала и (для некоторых типов элементов) системой координат элемента, присвоенной переопределяемым элементам,.)

Для модификации предварительно заданного элемента используется один из способов:

Команда: EMODIF

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Move I Modify>Modify Nodes

Для переопределения элемента с помощью номера и связности узла используется один из способов:

Команда: EN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>EIements>Thru Nodes

Можно также использовать команды ENGEN и ENSYM и маршруты графического меню, описанные ранее в этой главе, для перезаписи и переопределения групп элементов.

181

8.3.9. Модификация элемента изменением его атрибутов

Существуют несколько способов изменить атрибуты элемента после его создания, среди которых имеются следующие:

для смены номера некоторого определенного элемента в режиме работы PREP7 или SOLU используется один из способов:

Команда: MPCHG

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Loads>Other>Change Mat Props> Change Mat Num

Main Menu>Preprocessor>Material Props>Change Mat Num Main Menu>Solution>Other>Change Mat Props>Change Mat Num

Комбинация команд EMODIF и *REPEAT обеспечивает еще один гибкий метод переопределения атрибутов существующих элементов (только в режиме работе с препроцессором PREP7). (К команде *REPEAT прямого доступа из графического интерфейса нет.) Использование команд EMODIF и *REPEAT иллюстрируется следующим примером:

E, 1,2 ! Задание элемента 1 REAL,3 ! Указатель REAL равен 3E,2,3 ! Задание элемента 2 (с указателем REAL=3) EGEN,40,1,2 Создание 40 элементов из элемента 2(все с указателем REAL=3)EMODIF,5,REAL,4 ! Переопределение элемента 5 при REAL=4 *REPEAT,18,2 Переопределение элементов 7-39 по образцу элемента 2 (с

указателем REAL=4)

Более подробная информация о командах EGEN, EMODIF и *REPEAT приводится в Руководстве ANSYS Commands Reference.

В качестве альтернативы можно менять входы таблиц атрибутов после создания элемента, но перед входом в режим SOLUTION. Если наборы данных REAL или MAT содержат неиспользуемые входы, то будет выдано предупреждение (как, например, в том случае, если набор данных REAL для балочного элементов присвоен стержневому элементу).

Еще одним способом изменения атрибутов элемента является удаление элементов с помощью команды EDELE или маршрута меню Main Menu> Preprocessor>Delete>Elements, переопределение указателей и повторное создание элементов (с помощью команды EN или маршрута меню Main Menu>Preprocessor> Create> Elements>Thru Nodes).

182

8.3.10. Замечание относительно срединных узлов

При выполнении процедур добавления или удаления срединных узлов, если меняется элемент атрибута TYPE для замены элементов со срединным узлом на элементы без него, требуется также использовать команду EMID, чтобы добавить дополнительные срединные узлы. Кроме того, чтобы удалить срединные узлы, следует сначала удалить узлы из элементов, используя команду EMID,- 1:

Команда: EMID

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Move I Modify>Add Mid Nodes

Main Menu>Preprocessor>Move I Modify>Remove Mid Nd

183

Глава 9.

Генерирование контактных элементов

184

Содержание

9. Генерирование контактных элементов

9.1. Применение контактных элементов -----------------------------------------------9-3

9.2. Создание контактных элементов --------------------------------------------------- 9-3

9.2.1. Симметричный и асимметричный контакт поверхностей --------9-3

9.2.2. Дополнительные аспекты моделирования контакта ---------------9-6

185

9.1. Применение контактных элементов

В сложных контактных задачах невозможно заранее предсказать, какие области двух поверхностей окажутся во взаимном контакте. Для моделирования контакта типа поверхность-поверхность используются элементы контакта общего вида: CONTAC48 и CONTAC49. В расчетной модели следует указать пару контактирующих поверхностей, одна из которых является исходной поверхностью, а другая - ответной поверхностью. Затем программа сможет генерировать набор контактных элементов между этими двумя поверхностями.

9.2. Создание контактных элементов

Для создания элементов контакта типа поверхность-поверхность можно использовать приведенную ниже процедуру.

1. Получить сеточную область контактирующих поверхностей созданием сетки поверхностей или объемов с теми типами конечных элементов, которые выбраны для этих поверхностей или объемов (используется команда AMESH или команда VMESH или соответствующий маршрут меню Main Menu> Preprocessor>-Meshing-Mesh>meshing option (опции построения сетки)).

2. Сгруппировать узлы на ответной поверхности в один компонент и узлы на контактной поверхности в другой компонент. Для создания компонентов используется логика выбора (Utility Menu>Select>Entities) и команда CM (маршрут меню Utility Menu> Select>Comp/Assembly>Create Component).

3. Задать атрибуты контактных элементов. (Тип элемента должен быть CONTAC48 или CONTAC49.)

4. Использовать команду GCGEN (маршрут меню Main Menu>Preprocessor> Create>Elements>At ContactSrf) для идентификации исходной и ответной поверхностей с помощью имен и для генерации контактных элементов между этими именованными поверхностями.

Если именованные поверхности присоединены к объемам, которые имеют сетку твердотельных элементов, программа может задать направление внешней нормали к ответной поверхности контакта, что необходимо для решения контактной задачи. Если балочные или оболочечные элементы образуют некоторые ответные поверхности контакта, следует в команде GCGEN указать, какая из сторон элемента (нижняя или верхняя) является такой ответной поверхностью.

9.2.1. Симметричный и асимметричный контакт поверхностей

Существует опция задания ассиметричной или симметричной контактной модели. Задание пары контактирующих поверхностей одной командой GCGEN создает асимметричную контактную модель. В этом случае одна из поверхностей является исходной поверхностью, а другая - ответной. И наоборот, следует использовать две команды GCGEN, чтобы идентифицировать каждую из поверхностей и как исходную поверхность, и как ответную. Этот случай рассматривается как симметричное моделирование контакта.

186

Например, рассмотрим две поверхности, А и B. Поверхность А может быть исходной поверхностью, а поверхность B - ответной поверхностью при использовании одной команды GCGEN, либо поверхность B будет исходной поверхностью, а поверхность A - ответной при задании второй команды GCGEN.

Пример части листинга ввода при генерирования контактных элементов в препроцессоре PREP7 приведен ниже:

NSEL, S, NODE, .. ! Выбор узлов на исходной поверхности CM, CONTACT, NODE ! Эти узлы образуют компонент CONTACTNSEL, S, NODE,... ! Выбор узлов на ответной поверхности CM, TARGET, NODE ! Новые узлы образуют компонент TARGETNSEL,ALL GCGEN,CONTACT,TARGET ! Создание контактных элементов между поверхностями (ассиметричный

контакт)GCGEN,TARGET,CONTACT ! Компоненты переупорядочены - вторая команда GCGEN создают

симметричные условие контакта

Подробнее о командах NSEL, CM и GCGEN см. в их описании.

В общем случае симметричные условия контакта являются более предпочтительным способом моделирования, поскольку в этом случае не требуется уделять внимание тому, какая из поверхностей является исходной, а какая - ответной. Напротив, ассиметричное контактное моделирование требует соблюдения следующих правил для разделения этих двух поверхностей:

Если область контакта одной поверхности является плоской или выпуклой, а область контакта другой поверхности представляет собой острое ребро или она является вогнутой, то ответной поверхностью должна быть плоская/вогнутая поверхность.

Если обе области контакта плоские, выбор исходной и ответной поверхностей произволен.

Узлы и поверхность (выпуклая) контакта

Ответная поверхность (плоская или вогнутая)

187

Каждая поверхность может бытькак контактной, так и касательной

Если обе контактных области выпуклые (и не являются острыми ребрами), ответной поверхностью должна быть более плоская из них.

Если из двух контактных областей одна представляет собой острое ребро, то поверхность острого ребра должна быть исходной поверхностью.

Если обе контактные области имеют острые ребра или волнистую поверхность (чередование вогнутостей и выпуклостей), выбор ответной поверхности зависит от конфигурации поверхностей после их контактного взаимодействия. В таких случаях предпочтительнее использовать условия симметричного контакта.

188

9.2.2. Дополнительные аспекты моделирования контакта

Наборы узлов на контактирующих поверхностях не обязаны совпадать друг с другом. Более того, если контактирующие поверхности и в самом деле совпадают во всех узлах, потребуется указать некоторое значение для вещественной константы TOLS, чтобы получить более эффективное решение. (Более подробно см. " Использование нелинейных элементов с переменным статусом" в Главе 8 Руководства ANSYS Structural Analylsis Guide.)

Возможности программы ANSYS, используемые при решении контактных задач, ориентированы на применение линейных элементов (т.е. без срединных узлов). В общем случае следует исходить из рекомендации строить контактирующие поверхности только из элементов, не имеющих срединных узлов. Единственное исключение из данной рекомендации можно допустить для двумерной контактной задачи, когда срединные узлы конечного элемента находятся только на исходной поверхности. (Элементы CONTAC48 соединяют узлы исходной поверхности с ответной поверхностью. Если срединные узлы находятся на ответной поверхности, они будут игнорироваться командой GCGEN.)

При решении трехмерных контактных задач возможны ситуации, когда процесс поиска взаимного контакта во время решения задачи срывается из-за того, что ответная поверхность содержит сильно деформированные или искривленные четырехугольные грани элементов. (Программа информирует пользователя об этом с помощью сообщений WARNING.) Подобные отказы происходят в том случае, когда граница контактной поверхности не является плоской. Если программа обнаруживает искривленные грани элемента ответной поверхности, то определяет базу контактного элемента для усредненного значения координат узлов, порождая неопределенное положение ответной поверхности. Следует, однако, обратить внимание на то, что треугольные грани элемента никогда не становятся искривленными, потому что три его узла всегда определяют некоторую плоскость. Таким образом, отмеченную выше трудность можно легко преодолеть, выбирая для опции Shape значение TRI при задании команды GCGEN и создавая, таким образом, треугольные поверхностные элементы CONTAC49. Получающиеся в результате основания треугольных контактных элементов точно совпадут с каждым угловым узлом расположенных ниже элементов, как бы сильно не были искривлены грани четырехугольных элементов.

189

Глава 10.

Модели трубопроводов

190

Содержание

10. Модели трубопроводов

10.1. Сведения о пайп-командах ----------------------------------------------------10-3

10.2. Возможности пайп-команд -----------------------------------------------------10-3

10.3. Моделирование трубопроводов с помощью пайп-команд -----------10-3

10.3.1. Шаг 1: указание имени задания и его заголовка -----------10-4

10.3.2. Шаг 2: задание базисных данных -------------------------------10-4

10.3.3. Шаг 3: задание геометрии трубопровода----------------------10-6

10.4. Пример ввода данных ----------------------------------------------------------10-8

191

10.1. Сведения о пайп-командах

Программы ANSYS/Multiphysics, ANSYS/Mechanical, ANSYS/Structure и ANSYS/LinearPlus располагают специальной группой команд, которые дают возможность моделировать системы трубопроводов и нагрузки на них в виде общепринятых технических данных вместо стандартных операций прямого генерирования модели, свойственных программе ANSYS. При задании пайп-команды (от английского pipe - труба, канал, трубопровод) программа трансформирует вводимые данные в параметры прямого генерирования модели и сохраняет преобразованную информацию в базе данных. После этого информацию можно получать в табличном виде, выводить на дисплей, модифицировать, переопределять и т.д., используя любую из стандартных команд непосредственного генерирования.

10.2. Возможности пайп-команд

Некоторые специальные возможности модуля для создания моделей трубопроводов приводятся ниже.

С использованием пайп-элементов (отрезка прямой трубы PIPE16 и колена PIPE18) создается линейная модель сети трубопроводов. Узлы и геометрия элементов задаются с помощью приращений длины и радиусов изгиба, а не с использованием системы абсолютных координат.

Автоматически вычисляются точки сопряжения для криволинейных отрезков.

Выполняется приведение стандартных обозначений для труб (таких как номинальный диаметр и параметры сечения) к геометрическим величинам.

Спецификация (технические данные) трубы присваивается конечному элементу в виде вещественных констант.

Определяются и присваиваются элементам значения гибкости и коэффициентов интенсивности напряжений, вычисленные по величинам давления и температур, заданным в пайп-модуле перед созданием элементов в соответствии с типом элемента. Коэффициенты гибкости не меняются автоматически, если давление или температура впоследствии переопределяются.

Определяется перепад давления в сети по зависимости давления от высоты.

10.3. Моделирование трубопроводов с помощью пайп-команд

Процедура построения модели с помощью пайп-команд состоит в выполнении трех основных шагов:

1. указать имя задания и заголовок;

2. задать базисные данные;

3. определить геометрию трубопровода.

192

Дальнейшие действия, требующиеся для проведения анализа трубопроводных сетей, включают приложение дополнительных нагрузок [D, F] и т.д., получение решения и анализ результатов. См. Руководство ANSYS Basic Analysis Procedures Guide для более подробной информации относительно упомянутых шагов.

10.3.1. Шаг 1: указание имени задания и его заголовка

Этот шаг выполняется на уровне Begin работы с программой ANSYS. Прежде всего указывается имя задания, которое будет использоваться для именования всех файлов, которые будут последовательно создаваться при выполнении анализа [/FILNAME] (маршрут меню графического интерфейса Utility Menu>File> Change Jobname). Затем создается файл результатов анализа [/TITLE] (маршрут меню Utility Menu>File>Change Title). И, наконец, создать для себя "памятку" относительно используемой системы единиц с помощью команды /UNITS. (Прямого доступа к этой команде из графического интерфейса нет.) Следует помнить, что команда /UNITS служит просто для последующего просмотра результатов анализа; она не преобразует данные из одной системы единиц в другую.

10.3.2. Шаг 2: задание базисных данных

Для задания базисных данных следует выполнить перечисленные ниже действия.

Для входа в препроцессор PREP7:

Команда: /PREP7

Маршрут: Main Menu>Preprocessor

Для задания свойств всех материалов, используемых в модели:

Команда: MP, MPTEMP и т.д.

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Material Props>material option

Для выбора системы единиц (если пригодна и другая система):

Команда: PUNIT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Piping Models>Specifications

Команда PUNIT определяет то, как программа интерпретирует вводимые данные для команд PDRAG, BRANCH, RUN, BEND, MITER, REDUCE, VALVE, BELLOW, FLANGE, PSPRNG, PGAP, PSPEC, PINSUL и PCORRO, описание которых приводится далее в этой главе. (Обратите внимание на различие между командами PUNIT и /UNITS: команда PUNIT оказывает влияние на поведение программы, в то время как команда /UNITS этого не делает.)

Задать технические данные для труб. Эти данные будут присвоены элементам модели после создания их командой RUN (маршрут меню Main Menu>Preprocessor>Create>Piping Models>Pipe Run).

Для задания материалов и размеров:

193

Команда: PSPEC

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Piping Models>Specifications

Замечание - Для всех команд ввода спецификаций, рассматриваемых в этом разделе (PSPEC, PFLUID, PINSUL и PCORRO), используется один и тот же маршрут меню.

Для ввода плотности жидкости в сети трубопроводов используется команда PFLUID или соответствующий маршрут меню.

Для задания параметров внешней теплоизоляции используется команда PINSUL или соответствующий маршрут меню.

Для ввода допустимой толщины внешней коррозии используется команда PCORRO или соответствующий маршрут меню.

Для выполнения расчета стандартных параметров:

Команда: POPT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Piping Models>Specifications

Программа вычисляет гибкость и коэффициенты интенсивности напряжений для изогнутых трубчатых элементов по величине давления и температуры, заданных перед созданием пайп-элементов, в соответствии с типом элемента. Коэффициенты гибкости и интенсивности напряжений не меняются автоматически при модификации значений давления или температуры.

Выбор нагрузок на элементы.

Для задания температуры стенки трубы:

Команда: PTEMP

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Piping Models>Loads

Замечание - Для всех команд задания нагрузки, рассматриваемых в этом разделе (PTEMP, PPRES и PDRAG), используется один и тот же маршрут меню.

Для задания внутреннего давления используется команда PPRES или соответствующий маршрут меню.

Для задания перепада давления используется команда PDRAG или соответствующий маршрут меню.

10.3.3. Шаг 3: задание геометрии трубопровода194

Задается схема размещения системы трубопроводов для расчетной модели.

Прежде всего задается исходная точка системы:

Команда: BRANCH

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Piping Models>At Node Main Menu>Preprocessor>Create>Piping odels>At XYZ Loc

Затем с помощью ряда команд RUN (или соответствующего маршрута меню) задаются прямолинейные участки трубопровода (пайп-элементы образуют прямую линии в активной системе координат. См. раздел "Линии" в Главе 5 этого руководства.) Каждая команда RUN, используя размерность длины в формате, определенном командой ввода системы единиц PUNIT, создает узел и элемент PIPE16 (вместе с вещественными константами, свойствами материала и нагрузками).

Команда: RUN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Piping Models>Pipe Run

В модель добавляются криволинейные участки (колена) и другие компоненты сети (тройники, клапаны, переходные патрубки, фланцы, сильфоны и упругие компенсаторы) в существующих узлах, которые разделены двумя или более заданными пайп-элементами. Программа автоматически модифицирует геометрию модели в соответствии с добавляемыми компонентами. Введенным в модель пайп-компонентам присваиваются технические характеристики и нагрузки, присущие смежным прямолинейным элементам модели.

Для задания криволинейного участка сети:

Команда: BEND

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Piping Models>Elbow

Для задания соединения в ус (соединения под углом 450

):

Команда: MITER

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Piping Models>Miter

Для задания тройника:

Команда: TEE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Piping Models>Pipe Tee

Для задания клапана:

Команда: VALVE

195

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Piping Models>Valve

Для задания соединительного патрубка:

Команда: REDUCE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Piping Models>Reducer

Для задания фланца:

Команда: FLANGE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Piping Models>Flange

Для задания сильфона:

Команда: BELLOW

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Piping Models>Bellows

Для задания упругого компенсатора:

Команда: PSPRNG

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Piping Models>Spring Support

Для задания упругого зазора-ограничения:

Команда: PGAP

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Create>Piping Models>Spring-GapSupp

Задание еще одной команды BRANCH определяет точку, от которой ответвляется другой участок трубопровода. Последовательность команд RUN задает прямолинейные участки из пайп-элементов, исходящих из последней точки ветвления. Команды BRANCH и RUN и их маршруты описаны ранее в этом разделе.

Просмотр и модификация модели

После того как ввод завершен, можно обратиться к просмотру данных и внесению изменений в модель, используя стандартные команды получения табличной и графической информации [NLIST, NPLOT, ELIST, EPLOT, SFELIST, BFELIST и т.д.]. Для внесения изменений в базу данных используются стандартные процедуры (более подробную информацию см. в Главе 8 этого руководства и Главу 2 Руководства ANSYS Procedures Guide.)

10.4. Пример ввода данных

Рассмотрим следующий пример ввода данных: ! Пример ввода данных!/FILNAM, SAMPLE

196

/TITLE, SAMPLE PIPING INPUT /UNITS, BIN Длина задается в футах + дюйм + доля дюйма и переводится в Британские дюймы/PREP7! Задание свойств материала для пайп-элементов MP,EX,1,30e6 MP,ALPX,1,8e-6 MP,DENS,1,.283 PUNIT,1 Преобразование единиц измерения в десятичные дюймыPSPEC,1,8,STD ! 8-дюймовая стандартная труба POPT,B31.1 ! Стандартный анализ ANSI B31.1 PTEMP,200 ! Температура 200 градусов PPRES,1000 ! Внутреннее давление 1000 psiPDRAG,,,-.2 ! Перепад давления 0.2 psi в направлении оси Z при любой высоте(Y)BRANCH,1,0+12,0+12 ! Начальная точка первого участка трубопровода с координатами (12",12",0")RUN,,7+4 ! Отрезок в 7 футов и 4 дюйма в направлении оси +Y RUN,9+5+1/2 ! Отрезок в 9 футов и 5 1/2 дюйма вдоль оси +X RUN,,,-8+4 ! Отрезок в 8 футов и 4 дюйма в направлении оси -ZRUN,,8+4 ! Отрезок в 8 футов и 4 дюйма в направлении оси +Y /PNUM,NODE,1 /VIEW,1,1,2,3EPLOT ! Указать номер узла, в котором начинается второй участок трубопроводаBRANCH,4 ! Начало второго участка в узле 4 RUN,6+2+1/2 ! Отрезок в 6 футов и 2 1/2 дюйма вдоль оси +X TEE,4,WT ! Задать тройник в узле 4 /PNUM,DEFA /PNUM,ELEM,1 EPLOT !Указать номера элементов для задания колена и соединения под углом 45

0

BEND,1,2,SR Задание колена с "малым радиусом" между элементами 1 и 2MITER,2,3,LR,2Задание двухзвенного соединения между элементами 2 и /PNUM,DEFA /PNUM,NODE,1 ! Увеличение колена с целью задания узлов для подвески компенсатора /ZOOM, 1, 242.93 , 206.62 , -39.059 , 26.866 PSPRNG,14,TRAN,1e4,,0+12 Задание компенсатора в направлении оси Y в узле 14PSPRNG,16,TRAN,le4,,0+12 Задание компенсатора в направлении оси Y в узле 16 ! Таблица и вывод на экран интерпретированных входных данных /AUTO /PNUM,DEFA EPLOT NLIST ELIST SFELIST BFELIST

См. описания команд PUNIT, PSPEC, POPT, PTEMP, PPRES, PDRAG, BRANCH, TEE, /PNUM, MITER, /ZOOM, PSPRNG, /AUTO, SFELIST и BFELIST в Руководстве ANSYS Commands Reference.

197

Рис. 9.1. Результат действия команды EPLOT

198

Глава 11.

Средства нумерации объектов.

Упорядочение элементов.

199

Содержание

11. Средства нумерации объектов. Упорядочение элементов

11.1. Средства нумерации объектов модели -----------------------------11-3

11.1.1. Слияние совпадающих объектов -------------------------11-3

11.1.2. Упорядочение номеров --------------------------------------11-5

11.1.3. Задание стартовых номеров -------------------------------11-6

11.1.4. Сдвиг номеров --------------------------------------------------11-7

11.2. Упорядочение элементов ---------------------------------------------------------11-8

200

11.1. Средства нумерации объектов модели

Представленные в этой главе команды и маршруты графического интерфейса пользователя (GUI) дают возможность выполнять нумерацию ключевых точек, линий, поверхностей, объемов, элементов, узлов, типов элементов, наборов реальных констант, материалов, связанных степеней свободы, условий-ограничений и координатных систем. Средства нумерации оказываются полезными (иногда весьма существенно) при "сборке" в единую модель отдельных ее частей.

Замечание - Результаты нумерации объектов, получаемых в результате применения булевых операций, не являются на 100% предсказуемыми. Это значит, что одни и те же булевы операции, которые выполняются в разных компьютерных системах, приводят к различающимся номерам "выходных" объектов. Если предполагается получить входной файл для использования его в интерактивном режиме на другом компьютере, то в этом файле следует избегать указания идентифицирующих номеров объектов модели. Вместо этого используется логическое выделение объектов.

11.1.1. Слияние совпадающих объектов

Если два различных объекта модели имеют одно и то же местоположение, то их можно слить в один объект, используя любую из следующих возможностей:

Команда: NUMMRG

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items

Предположим, что есть два разных, но совпадающих узла. Если воспользоваться командой NUMMRG,NODE (или соответствующим маршрутом) для слияния пары узлов, старший номер узла будет отменен и замещен младшим номером этих двух узлов. Таким способом два совпадающих узла заменяются одним.

Если нужно соединить две области, имеющие сетку элементов, то требуется выполнить три операции слияния. При использовании командного ввода сначала задается команда слияния для узлов [NUMMRG,NODE], затем команда для элементов [NUMMRG,ELEM] и, наконец, команда для всех объектов твердотельной модели [NUMMRG,KP]. (Можно использовать команду NUMMRG,ALL для слияния всех выделенных объектов в соответствующем порядке. Эта команда, кроме того, используется для слияния негеометрических объектов, таких как MAT, CE и т.д.)

Многие операции твердотельного моделирования создают совпадающие ключевые точки, линии и/или поверхности. Для их слияния можно использовать команду NUMMRG,KP (или эквивалентный маршрут). Основу процедуры слияния составляют ключевые точки. При слиянии ключевых точек распознается осуществимость слияния любых других объектов более высокого порядка (линий, поверхностей и объемов). Условие совпадения объектов зависит от используемой погрешности размеров. По умолчанию, слияние ключевых точек (см. рис. 11.1) происходит в том случае, когда

расстояние между точками, во-первых, не превышает 1/10 000 от единицы длины и, во-

вторых, составляет не более 1/100 000 от длины наиболее протяженной их двух линий, связанных с этими ключевыми точками.

Первое условие из приведенных выше относится к полю допуска TOLER команды

201

NUMMRG. Если какая-нибудь ключевая точка находится в поле допуска другой ключевой точки, то такие две точки являются кандидатами на слияние. В том случае, когда при "перемещении" точки со старшим номером, расстояние превышает значение внутреннего допуска для твердотельной модели (второе условие), то ключевые точки слиты не будут. Подобным же образом оценивается возможность слияния линий, поверхностей и объемов. Второе условие предназначено для того, чтобы при слиянии избежать исключения из модели линий малой длины. Чтобы слияние ключевых точек произошло, необходимо выполнение двух условий.

Рис. 11.1. Условия слияния по умолчанию

Второе условие слияния может быть изменено заданием глобального допуска GTOLER при вводе команды NUMMRG. Этот допуск является скорее абсолютным, чем относительным. При использовании параметра GTOLER длина линий, связанных с ключевыми точками, не принимается во внимание, и потому можно достаточно просто исказить исходную модель, используя чрезмерно большое значение этого допуска. Приступая к слиянию, следует сохранить базу данных модели, особенно при использовании глобального допуска GTOLER.

Следующий пример (см. рис. 11.2) иллюстрирует использование команды NUMMRG для слияния объектов.

PCIRC,... ! Построение части кругаRECTNG,.. ! Построение прямоугольникаNUMMRG,KP ! Слияние с допусками по умолчанию

Для моделей, имеющих совпадающие ключевые точки, использование команды NUMMRG позволяет получить результат быстрее, чем с помощью команды AGLUE (маршрут Main Menu>Preprocessor>Operate>Glue>Areas).

202

Рис. 11.2. Пример использования команды NUMMRG

При слиянии очень близких ключевых точек соединяющие их линии небольшой длины удаляются. Если ключевые точки расположены чрезмерно далеко друг от друга, можно использовать команду LCOMB (или маршрут меню Main Menu> Preprocessor>Operate>Add>Lines), чтобы избежать появления в модели слишком коротких линий. Использование команды LCOMB позволяет получить непрерывную (не обязательно гладкую) линию. Следует помнить, что для линий "замысловатой" формы нельзя использовать команды перемещения [ADRAG, VDRAG] и применять булевы операции.

11.1.2. Упорядочение номеров

При создании модели, а также при выполнении удаления, очистки, слияния и других подобных процедур можно получить ситуацию, когда в последовательности номеров, идентифицирующих различные объекты модели, имеются области с неиспользуемыми ("пустыми") номерами. По мере создания новых объектов номера из этих областей будут либо использоваться (например, при создании ключевых точек), либо оставаться незанятыми (например, при создании элементов). Для уменьшения размера памяти для хранения данных (путем исключения "пустых" номеров) или для того чтобы сохранить нужную последовательность номеров (путем присвоения новым объектам более высоких номеров), можно удалить такие области, упорядочив нумерацию одним из способов:

Команда: NUMCMP

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Compress Numbers

Такая операция компрессии (сжатия) номеров может выполняться для отдельных групп объектов (элементов, ключевых точек и т.д.) или одновременно для всех подходящих объектов модели (с помощью команды NUMCMP,ALL).

Следующий пример иллюстрирует использование команды NUMCMP:

VMESH,...VCLEAR,... ! Номера узлов и элементов не будут использоваться Изменение сетки, атрибутов элементов и пр.

203

VMESH,... ! Номера узлов и элементов не упорядоченыNUMCMP,NODE ! Освобождается некоторая область памяти за счет NUMCMP,ELEM ! удаления областей с "пустыми" номерами

Подробное описание команды NUMCMP приводится в Руководстве ANSYS Commands Reference.

11.1.3. Задание стартовых номеров

При создании новых, автоматически нумеруемых объектов, может возникнуть потребность задать такие стартовые (начальные) номера для этой последовательности, которые бы превышали наибольший номер уже существующих объектов. Этим достигается последовательная нумерация новых объектов и исключается попадание номеров в существующие области с пустыми номерами. Еще одним доводом в пользу такого приема является исключение конфликта номеров при объединении раздельно созданных частей в одну модель. Указать стартовые номера можно одним из способов:

Команда: NUMSTR

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Set Start Number

При использовании командного ввода нужно задавать эту команду отдельно для каждого вида объектов модели (узлов, элементов, ключевых точек и т.д).

Представленный ниже пример демонстрирует использование этого метода ввода данных:

! Создание части модели……! Создание отдельной, независимо нумерованной части модели:NUMSTR,KP,100NUMSTR, LINE,100NUMSTR,AREA,100NUMSTR,VOLU,100

Подробное описание команды NUMSTR приводится в Руководстве ANSYS Commands Reference.

11.1.4. Сдвиг номеров

В том случае, когда требуется объединить две независимо созданные части модели и избежать конфликта номеров, имеется возможность перенумеровать все выделенные объекты добавлением некоторого числа к уже существующим номерам. Используется один из способов:

Команда: NUMOFF

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Add Num Offset

Команду можно задавать отдельно для каждой группы объектов (узлов, элементов, ключевых точек и т.д.), которые требуется перенумеровать.

204

Команда CDWRITE (маршрут меню Main Menu>Preprocessor>Archive Model> Write), с помощью которой в текстовый файл записываются все выделенные объекты модели, автоматически сохраняет набор команд NUMOFF в начале этого файла, для того чтобы обеспечить выдачу нужной информации. Неиспользованные промежутки в нумерации, возникающие в результате многократного применения команды NUMOFF, устраняются командой NUMCMP.

Данные, относящиеся к твердотельной модели (в формате IGES), можно преобразовать в текстовый файл, используя препроцессор PREP7. Кроме того, можно преобразовать заимствованные данные в формате IGES и поместить в базу данных программы ANSYS.

 Чтобы записать относящиеся к твердотельной модели данные в файл, используется один из способов:

Команда: IGESOUT

Маршрут: Utility Menu>File>Export

 Для преобразования данных файла в формате IGES в данные препроцессора PREP7 программы ANSYS используется один из способов:

Команда: IGESIN

Маршрут: Utility Menu>File>Import

Новые объекты твердотельной модели, созданные с помощью команды IGESIN или альтернативным способом в процессоре AUX15, автоматически перенумеровываются, чтобы избежать конфликта номеров с уже имеющимися в базе данных объектами. Если IGES-файл считывается в пустую базу данных, то нумерация объектов не обязательно начинается с номера 1. Это связано с тем, что в процессе трансляции могут создаваться (а затем удаляться) некоторые промежуточные объекты. Подробно IGES-интерфейс описан в Главе 15.

11.2. Упорядочение элементов

Перед использованием фронтального решателя программа ANSYS меняет расположение конечных элементов, чтобы уменьшить ширину волнового фронта. Эта процедура не оказывает влияния на номера, которые идентифицируют элементы и используются при соответствующей обработке содержимого базы данных в пре- и постпроцессоре. Предполагается, что большинство пользователей предпочтет автоматическое преобразование расположения конечных элементов. Однако если нужно отказаться от выполнения этой процедуры, то следует воспользоваться одним из следующих способов:

Команда: NOORDER

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Element Reorder> Reset Elem Order

Более удобным средством упорядочения элементов с помощью препроцессора

205

PREP7 может оказаться один из приведенных ниже вариантов. (Каждый их них предписывает программе не менять задаваемого пользователем расположения элементов.)

 Смена расположения элементов на основе классификации по некоторому геометрическому признаку:

Команда: WSORT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Element Reorder> Reorder by XYZ

 Задание перечня стартовых волновых фронтов:

Команда: WSTART

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Element Reorder> Define Wave List

 Добавление узлов в перечень стартовых волновых фронтов:

Команда: WMORE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Element Reorder> Extend Wave List

 Удаление всех перечней стартовых волновых фронтов:

Команда: WERASE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Element Reorder> Erase Wave List

 Инициирование упорядочения элементов:

Команда: WAVES

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Element Reorder> Reorder by List

 Получение характеристик волнового фронта для текущего расположения элементов модели:

Команда: WFRONT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Element Reorder> Est. Wavefront

Следует избегать размещения одномерных конечных элементов (например, MASS21 и MASS71) в срединных узлах элементов, если предполагается использовать команду WAVES, иначе эта команда может не сработать.

206

Глава 12.

Связывание степеней свободы, задание условий-ограничений

207

Содержание

12. Связывание степеней свободы, задание условий-ограничений

12.1. Введение _______________________________________________12-3

12.2. Связывание узлов________________________________________12-3

12.3. Задание связанных степеней свободы_______________________12-3

12.3.1. Создание и модификация набора связанных узлов_____12-3

12.3.2. Связывание совпадающих узлов____________________12-4

12.3.3. Дополнение наборов связанных узлов________________12-4

12.3.4. Получение списка и удаление наборов связанных узлов_12-4

12.4. Дополнительные соображения относительно связывания________12-6

12.5. Условия-ограничения______________________________________12-6

12.6. Задание условий-ограничений ______________________________12-6

12.6.1. Прямой метод____________________________________12-6

12.6.2. Модификация условий-ограничений__________________12-8

12.6.3. Генерация условий-ограничений ____________________12-9

12.6.4. Получение списка и удаление ограничений___________12-10

12.7. Дополнительные сведения относительно ограничений_________12-10

208

12.1. Введение

При создании расчетной модели взаимосвязь между различными степенями свободы ее узлов осуществляется соединением узлов с помощью конечных элементов модели. Однако иногда возникает необходимость моделировать такие особенности физического и геометрического характера (недеформируемые области, шарнирные соединения, скользящие границы симметрии, условия периодичности и другие специфические межузловые связи), которые нельзя адекватно описать, используя элементы. Подобные специфические взаимосвязи узловых степеней свободы устанавливаются связыванием узлов и заданием условий-ограничений. Это позволяет установить такие связи между степенями свободы, которые невозможно осуществить с помощью конечных элементов.

12.2. Связывание узлов

В случае необходимости присвоить двум или более степеням свободы расчетной модели одну и ту же (пока неизвестную) величину, нужно связать эти степени свободы. Набор связанных степеней свободы содержит основную степень свободы и несколько других степеней. Связывание обеспечивает удержание основной степени свободы в матричных уравнениях конечно-элементного анализа и исключение всех остальных. Полученное в результате анализа значение основной степени свободы приписывается всем другим, входящим в данный набор связанных степеней.

К типичным случаям моделирования, когда используется механизм связывания степеней свободы, относятся: 1) задание условий симметрии для части модели; 2) моделирование осей поворота, шарниров, кардановых и скользящих соединений между узлами; 3) придание части модели свойств абсолютно жесткого тела (см. соответствующий раздел данной главы, касающийся использования условий-ограничений для описания более общих возможностей для введения недеформируемых областей модели).

12.3. Задание связанных степеней свободы

12.3.1. Создание и модификация набора связанных узлов

Чтобы задать (или модифицировать) набор, группу связанных степеней свободы (DOF), используется один из следующих способов:

Команда: CP

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Couple DOFs

После задания набора связанных узлов добавить к нему новые узлы можно выполнением еще одной операции связывания (при этом следует использовать тот же самый ссылочный номер набора). Можно использовать селективный подход, связывая выбранные узлы с помощью метки "ALL" в поле команды CP. Удаляются узлы из набора заданием отрицательных номеров узлов в команде CP.Для модификации набора связанных степеней свободы (т.е. при добавлении или удалении узлов, смене метки степени свободы) используется команда CPNGEN. (Прямого доступа к этой команде через графический интерфейс не существует.)

209

12.3.2. Связывание совпадающих узлов

Совпадающие узлы модели связываются командой CPINTF, при этом для каждой пары узлов генерируется один набор связей для каждой указанной степени свободы. Эта процедура используется при "застегивании" нескольких пар узлов, образующих "шов". Нужный результат достигается любым из приведенных ниже способов:

Команда: CPINTF

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Coincident Nodes

Связывание совпадающих узлов можно выполнить несколькими альтернативными вариантами:

Если требуется связать все степени свободы, то более эффективным оказывается слияние совпадающих узлов с помощью команды NUMMRG (маршрут меню Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items).

Можно связать пары совпадающих узлов, создав между ними конечные элементы с двумя узлами командой EINTF (маршрут меню Main Menu> Preprocessor>Create>Elements>At Coincid Nd).

Для связывания двух областей с разным рисунком сетки используется команда CEINTF (маршрут меню Main Menu> Preprocessor>Coupling / Ceqn> Adjacent Region). В этом случае генерируются уравнения связи, которыми определяются соединяемые узлы одной области и элементы другой.

12.3.3. Дополнение наборов связанных узлов

Дополнить существующие наборы связанных степеней свободы можно следующим образом:

Если использовать те же самые номера узлов, но другие метки степеней свободы, чем у взятого за "образец" набора, то можно выбрать один из способов:

Команда: CPLGEN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Gen w/Same Nodes

Если использовать другие номера узлов, но те же самые метки степеней свободы, как у существующего уже набора, то можно выбрать один из способов:

Команда: CPSGEN

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Gen w/Same DOF

210

12.3.4. Операции с наборами связанных узлов

Для работы с наборами связанных степеней свободы в распоряжении пользователя имеются две операции.

 Получить список существующих наборов связанных степеней свободы можно одним из способов:

Команда: CPLIST

Маршрут: Utility Menu>List>Other>Coupled Sets>All CP nodes selectedUtility Menu>List>Other>Coupled Sets>Any CP node selected

Удаление наборов связанных степеней свободы осуществляется одним из двух способов:

Команда: CPDELE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Del Coupled Sets

Последняя операция удаляет весь набор целиком; для удаления определенных узлов из существующих наборов следует использовать команды CPNGEN или CP (или их эквиваленты в виде маршрутов графического интерфейса).

12.4. Дополнительные соображения относительно связывания

Процедура связывания выполняется в координатной системе каждого из связываемых узлов. Пользователю рекомендуется согласовывать узловые координатные системы своей модели.

Следует иметь в виду, что степени свободы могут быть связаны только в пределах соответствующего набора, но не в пределах нескольких наборов. Не допускайте появления одной и той же степени свободы более чем в одном наборе.

"Заземленные" степени свободы (т.е. те степени свободы, значения которых задаются командой D или другими командами-ограничителями) не должны входить в набор связанных степеней.

Если при проведении редуцированного анализа приходится выбирать ведущие степени (мастер - степени) свободы из числа связанных, только основные степени свободы могут рассматриваться в качестве ведущих. (Те степени свободы узла, которые подвергаются связыванию, не должны назначаться мастер - степенями.)

При выполнении прочностного анализа связывание степеней свободы с целью создания жестких областей может иногда вызывать кажущееся нарушение условий равновесия. Набор связанных узлов, которые не являются совпадающими или не соответствуют направлению, по которому происходит смещение связанных узлов, могут вызывать появление момента, который отсутствует среди нагрузок, приложенных к модели.

211

12.5. Условия-ограничения

Более широкими возможностями по сравнению со связыванием степеней свободы располагает еще одно средство моделирования - линейное уравнение связи (условие-ограничение), которое записывается в виде

N

Сonst = (Ki . Ui), i=1

где Ui - степень свободы i-го слагаемого ряда;

N - число слагаемых.

12.6. Задание условий-ограничений

12.6.1. Прямой метод

Для непосредственного задания условий-ограничений используется один из следующих способов:

Команда: CE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Constraint Eqn

Следующий пример демонстрирует типичное применение условия-ограничения для передачи моментной нагрузки (в данном случае от балочного элемента BEAM3 к элементам PLANE42, которые не имеют поворотной степени свободы в своей плоскости).

Рис. 12.1. Взаимосвязь между поворотом и смещением

В этом примере узел 2 работает как шарнирное соединение, если отсутствует некоторое условие-ограничение. Чтобы нагрузить моментом балочный и плоский

212

элементы, можно использовать соотношение:

ROTZ2 = (UY3 - UY1)/10.

Для ввода в программу это уравнение записывается следующим образом:

0 = UY3 - UY1 - 10. ROTZ2,

в этом случае команда CE принимает вид:

CE,1,0,3,UY,1,UY,-1,2,ROTZ,-10

Первая, так называемая уникальная, степень свободы в условии-ограничении исключается, будучи выраженной через остальные. Уникальная степень свободы - это такая переменная, которая не указывается ни в каком другом условии-ограничении, наборе связанных узлов, заданном наборе перемещений или среди мастер - степеней свободы. Первым слагаемым в уравнении связи следует указывать ту степень свободы, которая должна быть исключена. Хотя теоретически можно задать одну и ту же степень свободы в более чем одном условии-ограничении, следует избегать такой ситуации. Нужно также следить за тем, чтобы входящие в уравнение связи узлы и степени свободы присутствовали в модели. (Помните: чтобы в узле существовала та или иная степень свободы, этот узел должен быть присоединен к элементу, обеспечивающему наличие такой степени свободы.)

Условия периодичности

При выполнении анализа для физических полей различной природы часто возникает необходимость уменьшить размер модели и с этой целью воспользоваться теми преимуществами, которые предоставляют условия антисимметрии или периодичности внешних воздействий. Это достигается связыванием узловых потенциалов и/или заданием условий-ограничений. Оба эти варианта доступны в программе ANSYS/EMAG при использовании команд CP и CE соответственно.

Условие периодичности представляют собой граничное условие, записываемое не в виде нормальной и касательной составляющих потока, а с помощью значений потенциала, равных по величине, но противоположных по знаку. Такое условие возникает, например, при анализе симметричной секции электромотора, когда потенциалы полюсной обмотки в точках симметрии равны и имеют разные знаки. Так, на рис. 12.2 узел 129, относящийся к контуру симметричной части якоря электрической машины, связан указанным выше условием-ограничением с узлом 363 на противоположной стороне сектора.

213

Рис. 12.2. Пример условий периодичности

В данном случае условие-ограничение записывается следующим образом:

А129 = - А363, или 0 = А129 + А363.

Для ввода этого условия используется команда CE:

CE,1,0,129,MAG,1,363,MAG,1

При выполнении двумерного магнитного анализа автоматический ввод условий периодичности (команды CP и CE) осуществляется с использованием макрокоманды PERBC2D (см. Главу 6 Руководства ANSYS Electromagnetic Field Analysis Guide):

Команда: PERBC2D

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Load>Apply>Periodic BCs

Main Menu>Solution>Apply>Periodic BCs

Замечание - Условия периодичности могут встретиться при выполнении прочностного расчета (например, при моделировании турбинных колес с лопатками), в этом случае для узлов в цилиндрической системе координат используются команды CP.

12.6.2. Модификация условий-ограничений

Чтобы изменить значение константы в условии-ограничении с использованием препроцессора PREP7 или находясь в режиме SOLUTION, выбирается один из следующих вариантов:

Команда: CECMOD

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Modify ConstrEqnMain Menu>Preprocessor>Loads>Other>Modify ConstrEqnMain Menu>Solution>Load> Other>Modify ConstrEqn

Если нужно изменить любое слагаемое в условии-ограничении, до начала решения следует в препроцессоре PREP7 задать команду CE или соответствующий маршрут меню.

12.6.3. Генерация условий-ограничений

Рассмотренные в этой главе примеры иллюстрируют применение команды CE для создания условий-ограничений прямым путем, по одному за один раз.

Представленные ниже две другие процедуры позволяют автоматически генерировать сразу несколько условий-ограничений.Создание жесткой области

Команда CERIG определяет "жесткую" область модели заданием условий-ограничений, которые формируют недеформируемые линии, связывающие сохраняемые в модели узлы (ведущие или мастер - узлы) с несколькими подчиненными (удаляемыми) узлами:

214

Команда: CERIG

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Rigid Region

При использовании метки ALL в поле Ldof этой команды (по умолчанию) создаются три уравнения для каждой пары ограничиваемых узлов в двумерной модели. Эти уравнения определяют перемещения UX, UY, ROTZ жесткого тела в глобальной декартовой системе координат. Для создания жесткой области двумерной модели требуется, чтобы жесткой была плоскость X-Y, а каждый ограничиваемый узел имел степени свободы UX, UY, ROTZ. Подобным образом создаются шесть условий-ограничений для каждой пары узлов трехмерной модели. Ограничиваемые узлы должны иметь все шесть степеней свободы: UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ.

Задание других меток в поле Ldof позволяет получить различные эффекты. Так, если использовать метку UXYZ, будут получены два условия-ограничения в двумерном случае и три - в трехмерном случае. Эти уравнения будут содержать перемещения и углы поворота ведущего узла, а поворотные степени свободы подчиненных узлов будут подавлены. Аналогичным образом, метка RXYZ дает возможность генерировать условия-ограничения, в которых будут опущены трансляционные степени свободы (перемещения). Другие возможные метки в поле Ldof позволяют получить разнообразные типы условий-ограничений.

В общем случае подчиненные узлы обладают теми степенями свободы, которые определяются меткой Ldof, но мастер-узлы модели должны иметь все соответствующие степени свободы (т.е. UX, UY, ROTZ - в двумерном случае, UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ - в трехмерном). При использовании модели, состоящей из элементов, которые не имеют вращательных степеней свободы, можно, например, добавить фиктивный балочный элемент, чтобы в мастер-узле появилась поворотная степень свободы.

Связывание областей сетки

Можно записать условия-ограничения для соединения выделенных узлов одной области модели с выделенными элементами другой, используя команду CEINTF (или маршрут меню Main Menu>Preprocessor>Coupling/Ceqn> Adjacent Regions). Эта процедура "связывает" вместе области модели с разными сетками. На границе раздела в области с более густой сеткой А задаются узлы, в области В с более крупной сеткой задаются элементы. Степени свободы узлов для областей А и В интерполируются на основе функций формы для элементов области В. Затем записываются условия-ограничения для узлов на стыке областей. Узлы области А должны лежать в пределах допуска, указанного для элементов области В. (Этот допуск задается как некоторая доля от наименьшей длины элемента в области В.) Те узлы, которые находятся за пределами элемента и допуска, считаются не относящимися к границе сопряжения областей.

Команда CEINTF обладает некоторыми ограничениями: на границе сопряжения может нарушаться непрерывность напряжений и теплового потока. Для узлов с вращательными координатами условия - ограничений не генерируются. Узлы в зоне сопряжения областей не должны иметь заданных перемещений. Твердотельные элементы с шестью степенями свободы можно связывать только с другими элементами, имеющими шесть степеней на узел.

215

12.6.4. Получение списка и удаление ограничений

Пользователь может обратиться к списку существующих условий-ограничений или удалить их.

 Получить список условий-ограничений можно одним из способов:

Команда: CELIST

Маршрут: Utility Menu>List>Other>Constraint Eqns>All CE nodes selected Utility Menu>List>Other> Constraint Eqns >Any CE node selected

Удаление ограничений осуществляется одним из двух способов:

Команда: CEDELE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Del Constr Eqns

12.7. Дополнительные сведения относительно ограничений

Концепция условий-ограничений основана на малости смещений. Таким образом, их использование при анализе с учетом больших смещений [NLGEOM] является неправомерным.

216

Глава 13.

Объединение и сохранение моделей

217

Содержание

13. Объединение и сохранение моделей

13.1. Объединение моделей--------------------------------------------------------13-3

13.2. Архивирование моделей------------------------------------------------------13-3

13.2.1. Файл регистрации (file.log)----------------------------------------13-4

13.2.2. Файл базы данных (file.db)----------------------------------------13-4

13.2.3. Файлы, создаваемые командой CDWRITE-------------------13-5

218

13.1. Объединение моделей

Потребность в объединении двух или более отдельных моделей возникает в том случае, когда различные части одной модели создаются разными участниками общей работы. Возможна ситуация, когда большая задача численного моделирования разделяется на несколько мелких, что приводит к появлению нескольких расчетных моделей. Одним из способов объединения отдельных моделей может быть слияние всех вводов (команд) вместе, если существуют копии всех нужных файлов. Однако при этом не исключены различные конфликты, поскольку в разных файлах номера объектов могут пересекаться, повторяться свойства материалов и т.п.

Альтернативным методом является использование команды CDWRITE для получения файлов в формате ASCII и последующего их объединения командой CDREAD.

Для записи данных в ASCII-файл используется один из способов:

Команда: CDWRITE

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Archive Model>Write

Для считывания данных используются способы:

Команда: CDREAD

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Archive Model>Read

Преимущество этого метода состоит в том, что при операциях записи и считывания конфликт данных устраняется путем внесения команды NUMOFF в каждый создаваемый файл. При считывании данных эта команда предотвращает конфликт номеров сдвигом существующих значений при сохранении порядка нумерации данных. Для удаления возникающих незаполненных областей номеров можно использовать команду сжатия NUMCMP (или маршрут меню Main Menu>Preprocessor> Numbering Ctrls>Compress Numbers).

При работе с большими моделями можно сократить время ее подготовки за счет записи только тех частей модели, которые после объединения дадут полную модель. Так, например, с помощью команды CDWRITE можно записать только информацию, относящуюся к твердотельной модели, или только базу данных, которая содержит конечно-элементную модель без информации, касающейся твердотельной модели или нагрузок. Если предполагается объединить две твердотельные модели без сетки, достаточно сохранить только информацию, относящуюся к твердотельной модели. Затем можно использовать команду CDREAD для чтения файлов в формате IGES.

13.2. Архивирование моделей

Сохранить информацию о расчетной модели можно несколькими способами, используя файл регистрации, файл базы данных и файлы, созданные командой CDWRITE. Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки.

13.2.1. Файл регистрации (file.log)

219

Преимущества

С точки зрения компактности это, видимо, лучший способ сохранения информации. Кроме того, этот файл содержит записи тех команд, которые использовались для создания модели, поэтому пользователь имеет возможность анализировать шаги построения. Так как формат файла является текстовым (обычно ASCII), его удобно передавать с одного компьютера на другой электронной почтой и другими подобными средствами связи. Поскольку такой файл модифицируется с помощью любого текстового редактора, то легко менять модель, а также вносить комментарии, используя команду /COM, что помогает понять сделанные изменения по прошествии некоторого времени. Наконец, этот тип файла является лучшим, если данные нужно передать тому, кто поможет разобраться с возникшими проблемами (например, сотруднику службы поддержки программы ANSYS).

Замечание - Файл file.log создается автоматически во время сеанса работы. Если этот файл утрачен или испорчен, его можно воссоздать на основе информации базы данных командой LGWRITE (маршрут меню Utility Menu>File>Write DB Log File). Более подробные сведения о команде LGWRITE см. Руководство ANSYS Operations Guide.

Недостатки

Для получения базы данных некоторой задачи потребуется повторить ввод исходной информации. Из-за того, что в разных версиях программы ANSYS нумерация объектов может отличаться, осуществлять повторный ввод следует, видимо, с помощью той же версии программы, которая использовалась для получения файла регистрации. Кроме того, могут появиться трудности при интерактивном режиме воссоздания модели. При наличии ошибок ввода пакетный режим будет остановлен, и модель не будет построена полностью. Если подобная проблема встретится, то интерактивный ввод следует сопроводить командой /INPUT (маршрут меню Utility Menu>File>Read Input from).

13.2.2. Файл базы данных (file.db)

Преимущества

При восстановлении модели этот файл не требует никаких манипуляций или модификаций, связанных с используемой версией программы ANSYS.

Недостатки

Большие модели порождают обширные файлы базы данных, что может привести к исчерпанию дисковой памяти. Кроме того, из-за использования двоичного формата данных (IEEE) переход с машины на машину иногда происходит труднее, чем для текстовых файлов.

13.2.3. Файлы, создаваемый командой CDWRITE

220

Преимущества

Эти файлы сравнительно компактны. И поскольку их можно модифицировать в текстовом редакторе, есть возможность вводить в файлы описательные комментарии, что помогает понять внесенные изменения спустя некоторое время.

Недостатки

Созданные командой CDWRITE файлы представляют собой, по существу, фиктивные файлы базы данных в текстовом формате. Содержащиеся в файлах команды программы ANSYS (и, возможно, IGES-информация) могут отличаться от тех, которые использовались при построении модели, и располагаться в ином порядке. По этим причинам трудно (и не рекомендуется) модифицировать такие файлы, пытаясь изменить модель. Кроме того, для воссоздания модели эти файлы требуется читать командой CDREAD, что для больших моделей требует заметных затрат времени.

221

Глава 14.

Язык параметрического проектирования (APDL)

222

Содержание

14. Язык параметрического проектирования (APDL)

14.1. Введение 14-4

14.2. Что такое APDL? 14-4

14.3. Параметры 14-4

14.3.1. Рекомендации по выбору имен параметров 14-5

14.3.2. Задание параметров 14-5

14.3.3. Вывод списка параметров 14-8

14.3.4. Удаление параметров 14-8

14.3.5. Использование символьных параметров 14-9

14.3.6. Подстановка значений числовых параметров 14-10

14.3.7. Подстановка значений символьных параметров 14-10

14.3.8. Динамическая подстановка значений параметров 14-13

14.3.9. Выражения, содержащие параметры 14-14

14.5.10. Функции параметров 14-15

14.3.11. Сохранение, восстановление и запись параметров 14-18

14.4. Макрокоманды 14-18

14.4.1. Создание и исполнение макросов 14-18

14.4.2. Создание собственных команд 14-20

14.4.3. Вызов функций графического интерфейса из макрокоманды14-20

14.4.4. Присвоение значений аргументам макроса 14-21

14.4.5. Вложение макрокоманд 14-22

14.4.6. Библиотека файлов макрокоманд 14-22

14.4.7. Вывод на экран сообщений пользователя 14-23

14.4.8. Запись ANSYS-команд 14-23

14.5. Повторение, ветвление и выполнение циклов 14-24

14.5.1. Повторное исполнение команд 14-24

14.5.2. Ветвление: конструкции GO-TO и If-Then-Else 14-24

14.5.3. Циклы с использованием оператора DO 14-26

223

14.6. Параметры-массивы 14-26

14.6.1. Термины 14-27

14.6.2. Типы параметров-массивов 14-28

14.6.3. Задание и вывод списка параметров-массивов 14-30

14.6.4. Удаление параметров-массивов 14-35

14.6.5. Операции с параметрами-массивами 14-35

224

14.1. Введение

Язык параметрического проектирования программы ANSYS (APDL) предоставляет пользователю широкие возможности: от выполнения простых заданий, таких как повторное исполнение команды определенное число раз или вычисление корня кубического из числа 296.4, до более сложных - создание команд пользователя и даже решение систем уравнений. Средства языка APDL можно использовать в любое время в любом процессоре программы (включая уровень Begin).\

14.2. Что такое APDL?

Аббревиатура APDL составлена из первых букв английских слов ANSYS Parametric Design Language, что означает "язык параметрического проектирования программы ANSYS", средство организации действий программы ANSYS, которое позволяет строить модель с использованием параметров (переменных), что, в свою очередь, дает возможность легко и удобно вносить изменения в проектную разработку. Кроме того, язык APDL обладает широкими возможностями, включающими повторное выполнение команд, создание макрокоманд (макросов), ветвление вычислительного процесса с помощью условного оператора if-then-else и оператора цикла do, а также использование векторных и матричных процедур.

Наряду с тем, что язык параметрического проектирования является основой таких сложных приложений программы, как оптимизация проектных разработок и адаптивное перестроение сетки, в распоряжение пользователя им предоставляются многочисленные удобства, которые можно использовать при повседневной работе. Эта глава знакомит пользователя с основными расчетными средствами: параметрами, макросами, ветвлением последовательности выполняемых действий, организацией циклов и повторением исполнения команд, а также с параметрами-массивами - все это на нескольких простых примерах. После того как язык будет освоен, станет ясно, что область его приложений и удобства его использования ограничены только воображением пользователя!\

14.3. Параметры

Параметры представляют собой заданные пользователем переменные, которым могут присваиваться численные или символьные значения. При использовании в поле ANSYS-команды параметра вместо числа или строки символов, подставляется значение параметра. Так, например, если параметру АА присвоено значение 2.7 и затем используется команда

N,12,AA,4

то программа интерпретирует ее следующим образом:

N,12,2.7,4

(задается узел 12 с координатами X=2.7 и Y=4).

225

14.3.1. Рекомендации по выбору имен параметров

Параметру можно дать любое имя (за некоторым исключением, конечно), но оно должно начинаться с буквы, состоять только из букв, цифр и символа подчеркивания и содержать не более 8-ми символов. Примеры правильного и неправильного задания имен параметров приведены ниже.

Допустимые имена параметров:ABCPIX_OR_Y

Недопустимые:NEW_VALUE (более 8-ми символов)2CF3 (начинается с цифры)M&E (недопустимый символ &)

Другие правила и рекомендации по выбору имен параметров состоят в следующем:

Не следует использовать в качестве имен обычно используемые программой идентификаторы, такие как:

метки степеней свободы (TEMP, PRES и т.д.);

метки, введенные для удобства (ALL, PICK, STAT и т.д.);

метки, введенные пользователем при создании модели (например, заданные командой ETABLE);

метки типов массивов (например, CHAR, ARRAY, TABLE и т.д.).

Имена от ARG1 до ARG9 и от AR10 до AR29 зарезервированы за локальными параметрами, которые используются при создании макросов (см. раздел "Макрокоманда"). Использование этих имен в качестве "регулярных" не рекомендуется.

Имена параметров не должны совпадать с аббревиатурами, введенными командой *ABBR.

Параметры, начинающиеся символом подчеркивания, используются графическим интерфейсом пользователя (GUI) и собственными макросами программы ANSYS. Настоятельно не рекомендуется использовать такие имена.

226

14.3.2. Задание параметров

Существуют несколько различных команд и маршрутов меню, которые используются для задания параметров.

Присваивание значений параметрам пользователя

Для присваивания выбранных пользователем значений параметров используются перечисленные ниже способы.

Простейшим способом задания параметра является применение команды "=". Формат команды Имя=Значение, где Имя - присвоенное параметру имя, а Значение - числовое или символьное значение параметра. Символьное значение заключается в одинарные кавычки. Между этими кавычками может находиться до 8-ми буквенных символов. Примерами использования команды "=" являются следующие:

ABC=-24QR=2.07E11XORY=ABCCPARM='CASE1'

При использовании графического интерфейса команда "=" вводится непосредственно в окно ввода или может задаваться в поле "Выбор" (Selection) диалогового меню "Скалярный параметр" (Scalar Parameter) (маршрут меню Utility Menu> Parameters>Scalar Parameters).

Можно использовать команду *SET. Приведенные ниже примеры иллюстрируют ее использование:

*SET,ABC,-24*SET,QR,2.07E11*SET,XORY,ABC*SET, CPARM,'CASE1'

Если программа ANSYS запускается с помощью команд на системном уровне, то значения параметров можно задавать в командной строке. Используется формат -Имя Значение. Например, для задания двух параметров, имеющих значения 89.3 и -0.1, задается строка:

ansys53 -parm1 89.3 -parm2 -0.1

Следует помнить, что оболочка системы UNIX обрабатывает кавычки и другие небуквенные символы как специальные. При задании символьных параметров нужно вводить символ "\" перед одинарными кавычками. Например, для задания двух параметров, имеющих значения 'filename' и '200', задается строка:

ansys53 -сparm1 \'filename\' -cparm2 \'200\'

Если программа ANSYS запускается с помощью модуля Launcher, параметры задаются с помощью меню "Interactive" или "Batch" (используется приведенный выше формат -Имя Значение).

227

Параметру может присваиваться целое или вещественное значение. Внутреннее представление чисел в программе - вещественный тип с двойной точностью. Те

параметры, значения которых не задаются, считаются "бесконечно малыми" и равными 2-

100. Например, если параметр А задается как А=В, а параметр В не задан, то параметру А

присваивается "бесконечно малое" значение.

Присваивание значений параметрам программы ANSYS

Для присваивания значений параметрам программы ANSYS используется один из способов:

Команда: *GET

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data

Использование командного ввода иллюстрируется следующими примерами. Первая команда получает атрибут материала (номер ссылки) элемента 97 и присваивает его параметру BCD:

*GET,BCD,ELEM,97,ATTR,MAT ! BCD = материал элемента 97*GET,V37,ELEM,37,VOLU ! V37 = объем элемента 37*GET,NMAX,NODE,NUM,MAX ! NMAX = наибольший номер актив. узла*GET,COORD,ACTIVE,,CSYS ! COORD = номер актив. коорд. Системы

Для указанных выше способов ввода доступны и другие возможности. Полный их перечень можно получить в интерактивном режиме или найти в Руководстве ANSYS Commands Reference. В некоторых случаях удобно использовать сокращенную форму команды *GET, так называемую "GET- функцию", подробности см. в разделе "Функции параметров" этой главы.

Присваивание значений параметрам, вводимым по запросу

Еще одним способом задания параметров является использование команды *ASK, которая запрашивает значения параметров. Значение параметра по умолчанию, которое присваивается в том случае, если в ответ на запрос задается пробел, тоже должно указываться в этой команде. (Обратиться к команде *ASK с помощью меню невозможно.)

Например, ввод команды

*ASK,HEIGHT,THE HEIGHT, 23

приводит к появлению следующего запроса:

ENTER THE HEIGHT DEFAULT = 23HEIGHT =

Любое введеное значение будет присвоено параметру HEIGHT. Если ничего не будет задано, то присваивается значение по умолчанию 23.

Командой *ASK можно вводить символьное значение параметра. Ответом на запрос является строка длиной не более 8-ми символов, заключенная в одинарные кавычки.

228

Замечание - Если команда *ASK используется в пакетном файле, то следующая строка файла должна представлять собой ответ на запрос команды (т.е. содержать число, параметр или выражение, включающее параметры).

14.3.3. Вывод списка параметров

После задания параметров (как задаваемых пользователем, так и используемых программой ANSYS) можно получить их перечень, используя один из следующих способов:

Команда: *STATUS

Маршрут: Utility Menu>List>Other>Named ParameterUtility Menu>List>Other>ParametersUtility Menu>List>Status>Parameters>All ParametersUtility Menu>List>Status>Parameters>Named Parameters

Пример получения списка параметров с помощью командного ввода:

*STATUS PARAMETER STATUS- ( ЗАДАНО 5 ПАРАМЕТРОВ)NAME VALUE TYPE DIMENSIONSABC -24.000000 SCALARHEIGHT 57.000000 SCALARQR 2.070000000E+11 SCALARX_OR_Y -24.000000 SCALARCPARM CASE1 CHARACTER

*STATUS,ABC

PARAMETER STATUS- abc ( ЗАДАНО 5 ПАРАМЕТРОВ)NAME VALUE TYPE DIMENSIONSABC -24.000000 SCALAR

Замечание - Хотя программа ANSYS позволяет задать до 1000 параметров, пользователь имеет возможность ввести несколько меньше этого максимума, поскольку часть переменных отводится для меню графического интерфейса и под макрокоманды.

14.3.4. Удаление параметров

Удалить параметры можно несколькими способами:

оставляется незаполненным место справа от символа команды "="; например, команда

QR=

удаляет ранее введенный параметр QR;

используется один из способов:

Команда: *SET

229

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters

Пример команды:

*SET,QR,

Задание нулевого значения не равносильно удалению скалярного параметра. Подобным же образом присвоение одинарных кавычек без символа ('') или пробелов в кавычках (' ') не означает удаления символьного параметра.

14.3.5. Использование символьных параметров

Типичным примером использования символьных параметров является задание имен файлов и их расширений. Нужное имя файла можно присвоить символьному параметру, а затем использовать этот параметр всюду, где требуется вводить имя файла (обычно как аргумент Fname соответствующей команды). Подобным же образом символьному параметру можно присвоить расширение файла и использовать соответствующим образом (обычно как аргумент Ext). При работе в пакетном файле это дает возможность легко менять имена файлов для многократных пусков на счет вариантов простым изменением исходного буквенного "значения" символьного параметра в файле ввода.

Перечень обычных приложений символьных параметров приводится ниже:

в поле любой подходящей команды (т.е. там, где ожидается буквенный ввод);

как имя макрокоманды в команде *USE (маршрут меню Utility Menu>Macro> Execute Data Block)

NAME='MACRO' ! MACRO - имя файла, содержащего макрос*USE,NAME ! Обращение к макросу MACRO

как аргумент при использовании команды *USE или для обращения к макросу, как к "неизвестной" команде; допускается любой из следующих вызовов макрокоманды:

ABC='SX'*USE,NAME

или

*USE,NAME,'SX'DEF='SY'NEWMACRO,DEF ! Обращение к существующему файлу NEWMACRO.MAC

или

NEWMACRO, 'SY'

230

14.3.6. Подстановка значений числовых параметров

При использовании имени параметра в поле команды, имеющем числовой формат, значение параметра подставляется автоматически. Если параметру не было присвоено никакого значения (т.е. если параметр не был задан), то присваивается "почти" нулевая величина, обычно без предупреждения.

Замечание - Задание параметра после использования в команде в большинстве случаев не приводит к модификации команды. (Исключение составляют команды /TITLE, /STITLE, *ABBR и /TLABEL. См. раздел "Динамическая подстановка числовых или символьных параметров".) Например,

Y=0X=2.7N,1,X,Y ! Узел 1 в точке (2.7,0)Y=5.3 ! Новое значение параметра Y не меняет положение узла 1

Можно предотвратить подстановку значения параметра, если заключить имя параметра в одинарные кавычки, например, 'XYZ', 'P/A', 'TIME/N'. В дальнейшем будут использоваться эти строки символов, поэтому такой прием пригоден только для символьных полей команд.

И наоборот, можно принудить подстановку параметра в заглавие, подзаголовок или вместо имени файла, поместив имя параметра между символами процента (%). Например, запись

/TITLE, TEMPERATURE CONTOURS AT TIME=%TM%

определяет заголовок, в который будет подставлено численное значение параметра TM.

14.3.7. Подстановка значений символьных параметров

Использование символьного параметра в поле команды нечислового формата приводит к автоматической подстановке значения параметра. Ниже рассматривается принудительная подстановка и ограничения для символьных параметров.

Принудительная подстановка

Как и в случае числового параметра, можно принудить подстановку значения символьного параметра в тех случаях, когда другим способом этого сделать не удается. Используется размещение имени параметра между знаками процента (%). Принудительная подстановка допускается в перечисленных ниже случаях.

Команда /TITLE (поле Title). Для задания заголовков при печати используется один из следующих способов:

Команда: /TITLE

Маршрут: Utility Menu>File>Change Title

Команда /STITLE (поле Title). Используется для задания подзаголовков подобно команде /TITLE. (Прямого доступа к этой команде из графического интерфейса нет.)

231

Команда /TLABEL (поле Text). Используется для задания символьных строк при создании аннотаций:

Команда: /TLABEL

Маршрут: Utility Menu>PlotCtrls>Annotation>Create Annotation

Команда /SYP (поля ARG1 - ARG8) передает командную строку (плюс аргументы) в операционную систему. (Прямого доступа к этой команде из графического интерфейса нет.)

Команда *ABBR (поле Abbr) задает сокращения:

Команда: *ABBR

Маршрут: Utility Menu>Macro>Edit AbbreviationsUtility Menu>MenuCtrls>Edit Toolbar

Любое поле команды вида Fname (имя файла) или Ext (расширение файла). Используются следующие способы:

Команда: /FILNAME

Маршрут: Utility Menu>File>Change Jobname

Команда: RESUME

Маршрут: Utility Menu>File>Resume Jobname.dbUtility Menu>File>Resume from

Команда: /INPUT

Маршрут: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material LibraryUtility Menu>File>Read Input from

Команда: /OUTPUT

Маршрут: Utility Menu>File>Switch Output to>FileUtility Menu>File>Switch Output to>Output Window

Команда: FILE

Маршрут: Main Menu>General Postproc>Data & File OptsMain Menu>TimeHist Postproc>Setting>File

(Для этих полей также разрешена прямая подстановка.)

Любые 32 символьных поля; типичным примером служит используемое многими командами поле Dir (директория). (Для этих полей прямая подстановка не разрешена.)

Имя команды, используемое в любом поле команды (поле 1) или как имя "неизвестной" макрокоманды в поле 1. Например,

R='TEST'%R%,MODEL,DB

232

Нижеследующий пример ввода команды демонстрирует принудительную подстановку для задания подзаголовка и имени директории (поле Dir):

A='TEST'B='.RST'C='/ANSYS/'D='/MODEL/'/STITLE,,RESULTS FROM FILE %C%%D%%A%%B%________________________________________________________________________SUBTITLE 1 =RESULTS FROM FILE /ANSYS/MODELS/TEST.RST_________________________________________________________________________

/POST1FILE,A,RST,%C%%D% ! Результаты из файла/ANSYS/MODELS/TEST.RST

Другие случаи использования символьных параметров

Кроме уже рассмотренных общих случаев использования символьных параметров, существуют ряд специфических приложений, направленных на повышение гибкости доступных пользователю средств управления программой. Перечень команд и подробности их применения приведены ниже.

*ASK Команда может предложить пользователю задать строку из букв (до 8-ми символов, заключенных в одинарные кавычки). (Прямого доступа к этой команде из графического интерфейса нет.)

*CFWRITE Используется для записи ANSYS-команд в файл, открытый командой *CFOPEN. Может использоваться для записи символьного параметра, присвоенного этому файлу. Так, например, команда *CFWRITE,B='FILE' является правильной. (Прямого доступа к командам *CFWRITE и *CFOPEN из графического интерфейса нет.)

*IF and *ELSEIF Символьные параметры могут быть использованы в качестве аргументов VAL1 и VAL2 этих команд.Для аргумента Oper допустимо использовать только метки EQ (равно) и NE (не равно). (Прямого доступа к этим командам из графического интерфейса нет.) Пример:

CPARM='NO'*IF,CPARM,NE,'YES',THEN

*MSG Символьные параметры разрешены в качестве аргументов VAL1, ..., VAL8. Для указания того, что за командой следуют данные в символьном формате, используется описатель %С, который соответствует дискриптору А8 языка программирования FORTRAN. (Прямого доступа к этой команде из графического интерфейса нет.)

233

PARSAV and PARRES

Эти команды используются для записи символьных параметров в файл (команда PARSAV или маршрут меню Utility Menu> Parameters>Save Parameters) и для считывания символьных параметров из файла (команда PARRES или маршрут меню Utility Menu>Parameters>Restore Parameters).

*VREAD Эта команда (маршрут меню Utility Menu>Parameters>Array Parameters>Read from File) используется для чтения символьных данных из файла и создания параметра-массива. Дискриптор (А) языка FORTRAN можно использовать в строке, следующей за этой командой.

*VWRITE Эта команда (маршрут меню Utility Menu>Parameters>Array Parameters>Write to File) используется для записи символьных данных в файл. Дискриптор (А) языка FORTRAN можно использовать в строке, следующей за этой командой.

Ограничения для символьных параметров

Хотя функционально символьные параметры имеют много общего с числовыми параметрами, имеются случаи, когда их использование недопустимо. (Все перечисленные ниже команды приводятся в этой главе и Руководстве ANSYS Commands Reference.)

Не разрешена подстановка символьных параметров для аргумента Par команд *SET, *GET, *DIM и *STATUS.

Исключено интерактивное редактирование массивов символьных параметров [*VEDIT].

Не работают с массивами символьных параметров команды векторных операций *VOPER, *VSCFUN, *VFUN, *VFILL, *VGET и *VITRP.

При обработке символьных параметров команды спецификации *VMASK и *VLEN допустимо использовать только с командами *VWRITE и *VREAD.

Не разрешается использовать символьные параметры в параметрических выражения, в которых используются операции сложения, вычитания, умножения и т.п.

234

14.3.8. Динамическая подстановка значений параметров

Динамическая подстановка значений происходит при использовании следующих команд: /TITLE, /STITLE, *ABBR и /TLABEL. Такая подстановка дает возможность исправить значение параметра, даже не обращаясь вновь к команде, использующей это значение параметра.Пример:

XYZ='CASE 1'/TITLE,This is %XYZ%APLOT

В результате на графике появится заголовок "Случай 1".Теперь можно изменить значение параметра XYZ, и на следующем графике появится новый заголовок, даже если не обращаться к команде /TITLE.XYZ='CASE 2'

На следующем графике появится заголовок "Случай 2".

14.3.9. Выражения, содержащие параметры

Выражения с параметрами содержат, кроме параметров и чисел, символы таких операций, как сложение, вычитание, умножение и деление. Примеры выражений с параметрами:

X=A+BP=(R2+R1)/2D=-B+(E**2)-(4*A*C) ! Присвоение D = -B + E

2 - 4AC

XYZ=(A<B)+y**2 ! Присвоение XYZ = A + Y2, если A меньше B; иначе XYZ = B + Y

2

INC=A1+(31.4/9)M=((X2-X1)**2-(Y2-Y1)**2)/2

Полный перечень символов операций включает: +, -, *, /, **, <, >. Для большей ясности и выделения операций используются круглые скобки. Порядок, в котором программа ANSYS обрабатывает выражение, следующий:

1. операции в скобках, начиная с самых внутренних;

2. экспоненцирование (в порядке появления, справа налево);

3. умножение и деление (в порядке появления, слева направо);

4. унарные операции (такие как +А или -А);

5. сложение и вычитание (в порядке появления, слева направо);

6. логические операции (в порядке появления, слева направо).

Таким образом, выражение Y2=A+B**C/D*E будет выполняться в таком порядке: сначала B**C, затем /D, в третью очередь *E и, наконец, +А. В подобных выражениях следует использовать скобки. Число вложенных скобок может достигать четырех, внутри каждой скобки может выполняться до девяти операций. Как правило, нужно избегать пробелов между операторами выражения. В частности, никогда не следует делать пробел перед символом *, так как остальная часть строки будет интерпретироваться как

235

комментарий и, следовательно, игнорироваться.14.3.10. Функции параметров

Функция параметров представляет собой запрограммированную последовательность математических операций, после обращения к которой возвращается единственное значение. Примеры функций: SIN(X), SQRT(B) и LOG(13.2). Полный перечень функций, доступных в настоящей версии программы ANSYS, приведен в таблицах 14.1 и 14.2

Табл. 14.1. Стандартные функции языка FORTRAN

ABS(x) Абсолютная величина х.

SIGN(x,y) Абсолютная величина х со знаком у (при у=0 знак результата положительный).

EXP(x) Экспоненциальная функция ех.

LOG(x) Натуральный логарифм ln (x).

LOG10(x) Десятичный логарифм log (x).

SQRT(x) Корень квадратный из х.

NINT(x) Ближайшее к х целое.

MOD(x) Остаток от деления х/у (при у=0 возвращается значение нуль).

RAND(x,y) Случайное число между нижней границей х и верхней границей у.

GDIS(x,y) Случайная выборка для нормального распределения случайной величины с математическим ожиданием х и средним квадратическим отклонением у.

SIN(x), COS(x), TAN(x)

Синус, косинус и тангенс х. Аргумент по умолчанию задается в радианах, но может быть задан в градусах командой *AFUN.

SINH(x), COSH(x), TANH(x)

Гиперболические синус, косинус и тангенс х.

ASIN(x), ACOS(x), ATAN(x)

Арксинус, арккосинус и арктангенс х. Для функций ASIN, ACOS значение х должно быть между -1.0 и +1.0. Аргумент по умолчанию в радианах, но может быть задан в градусах командой *AFUN. Для ASIN, ATAN область значений от -/2 до +/2, для ACOS - от 0 до .

ATAN2(x,y) Арктангенс от х/у с учетом знака каждого аргумента. Аргумент по умолчанию в радианах, но может быть задан в градусах командой *AFUN. Область значений от - до +.

VALCHR (CPARM) Численное значение параметра CPARM (если CPARM - символьный параметр, то возвращается 0.0)

CHRVL (PARM) Символьное значение численного параметра PARM.

UPCASE (CPARM) Написание параметра CPARM заглавными буквами.

LWCASE (CPARM ) Написание параметра CPARM строчными буквами.

236

Табл. 14.2. Перечень GET-функций программы ANSYS

NODE(x,y,z) Номер выделенного узла, ближайшего к точке (х,y,z) в активной системе координат.

KP(x,y,z) Номер выделенной ключевой точки, ближайшей к точке (х,y,z) в активной системе координат.

NELEM(n,p) Номер узла в предписаной для данного элемента (с номером n) позиции р (1... 20) элемента.

ESEL(n) Статус элемента с номером n (-1 = невыделенный, 0 = незаданный, +1 = выделенный).

NSEL(n) Статус узла с номером n (-1 = невыделенный, 0 = незаданный, +1 = выделенный).

NX(n), NY(n), NZ(n) Координаты узла с номером n в активной системе координат.

KX(n), KY(n), KZ(n) Координаты кл. точки с номером n в активной системе координат.

LX(n,f), LY(n,f), LZ(n,f) Координаты линии с номером n в точке, делящей линию на отрезки в отношении f (0.0 ... 1.0), в активной системе координат.

ANGLEN (N1, N2, N3) Угол между двумя линиями, заданными тремя узлами (N1 - общий узел).

ANGLEK (K1, K2, K3) Угол между двумя линиями, заданными тремя ключевыми точками (К1 - общая точка).

UX(n), UY(n), UZ(n) Перемещения UX, UY и UZ в узле с номером n.ROTX(n),ROTY(n), ROTZ(n) Углы поворота ROTX, ROTY и ROTZ в узле с номером n.VX(n), VY(n), VZ(n) Скорости VX, VY и VZ в узле с номером n.AX(n), AY(n), AZ(n) Вектор магнитного потенциала в узле с номером n.TEMP(n), PRES(n) Степени свободы - температура и давление - в узле с

номером n.VOLT(n), MAG(n) Электрический и магнитный скалярные потенциалы в узле с

номером n.ENKE(n), ENDS(n) Турбулентная кинетическая энергия и величина ее

рассеяния.DISTND(N1,N2) Расстояние между узлами N1 и N2.DISTKP(K1,K2) Расстояние между ключевыми точками K1 и K2.DISTEN(E,N) Расстояние между центроидой элемента Е и узлом N.

Центроида определяется из числа выделенных узлов элемента.

NORMNX(N1,N2,N3) Косинус угла между направлением оси X и нормалью к плоскости, содержащей узлы N1, N2 и N3.

NORMNY(N1,N2,N3) Косинус угла между направлением оси Y и нормалью к плоскости, содержащей узлы N1, N2 и N3.

NORMNZ(N1,N2,N3) Косинус угла между направлением оси Z и нормалью к плоскости, содержащей узлы N1, N2 и N3.

NORMKX(K1,K2,K3) Косинус угла между направлением оси X и нормалью к плоскости, содержащей ключевые точки K1, K2 и K3.

NORMKY(K1,K2,K3) Косинус угла между направлением оси Y и нормалью к плоскости, содержащей ключевые точки K1, K2 и K3.

NORMKZ(K1,K2,K3) Косинус угла между направлением оси Z и нормалью к плоскости, содержащей ключевые точки K1, K2 и K3.

AREAND(N1,N2,N3) Площадь треугольника с вершинами в узлах N1, N2 и N3.

237

Продолжение табл. 14.2

AREAKP (K1,K2,K3) Площадь треугольника с вершинами, совпадающими с ключевыми точками K1, K2 и K3.

ARNODE(N) Площадь в узле с номером N; образуется элементами, присоединенными к узлу N. Используются только элементы, все узлы которых входят в выделенный набор.

ELADJ (E,FACE) Элемент, смежный с гранью (имеющей номер* FACE) элемента Е. Учитываются только элементы такой же размерности и формы.

NDFACE (E,FACE,LOC) Узел в предписанной позиции LOC на грани (имеющей номер* FACE) элемента E. Для лицевой поверхности, образованной узлами IJKL, LOC=1 соответствует узлу I, LOC=2 - узлу J и т.д.

NMFACE(E) Номер грани элемента Е, содержащей выделенные узлы. В качестве номера выдается номер (ключ) поверхностной нагрузки. Если ключей несколько (как в случае линейных или поверхностных элементов), выдается наименьшее значение.

ARFACE(E) Номер грани элемента Е, содержащей выделенные узлы. В качестве номера выдается ключ поверхностной нагрузки. Если ключей несколько (как в случае линейных или поверхностных элементов), выдается наименьшее значение.

CENTRX(E) Центроида оси Х элемента Е (совпадает с одним из выделенных узлов этого элемента).

CENTRY(E) Центроида оси Y элемента Е (совпадает с одним из выделенных узлов этого элемента).

CENTRZ(E) Центроида оси Z элемента Е (совпадает с одним из выделенных узлов этого элемента).

NNEAR(N) Выделенный узел, ближайший к узлу N.KNEAR (K) Выделенная ключевая точка, ближайшая к ключевой точке K.ENEARN(N) Выделенный элемент, ближайший к узлу N. Положение элемента

определяется выделенными узлами.NDNEXT(N) Следующий выделенный узел с номером, превышающим N.ELNEXT(E) Следующий выделенный элемент с номером, превышающим E.KPNEXT(K) Следующая выделенная кл. точка с номером, превышающим K.LSNEXT(L) Следующая выделенная линия с номером, превышающим L.ARNEXT(A) Следующая выделен. поверхность с номером, превышающим А.VLNEXT(V) Следующий выделенный объем с номером, превышающим V.ENEXTN(N,LOC) Элемент, связанный с узлом N. Параметр LOC - позиция элемента

в списке всех связанных с данным узлом элементов.

*) Номер грани FACE совпадает с номером поверхностной нагрузки.

Примеры параметрических функций:

PI=ACOS(-1) ! PI = арккосинус -1Z3=COS(2*THETA)-Z1**2R2=SQRT(ABS(R1-3))X=RAND(-24,R2) ! X = случайное число в диапазоне (-24,R2)*AFUN,DEG ! Градусная мера угловTHETA=ATAN(SQRT(3)) ! THETA присваивается значение 60 градусовPHI=ATAN2(-SQRT(3),-1) ! PHI присваивается значение 120 градусов*AFUN, RAD ! Радианная мера угловX249=NX(249) ! Координата Х узла 249SLOPE=(KY(2)-KY(1))/(KX(2)-KX(1)) Угловой коэффициент прямой между ключевыми точками 1 и 2CHNUM=CHRVAL(X) CHNUM присваивается значение символьной переменной ХUPPER=UPCASE(LABEL) UPPER присваивается параметр LABEL, записанный заглавными буквами

238

14.3.11. Сохранение, восстановление и запись параметров

Если потребуется использовать заданные значения параметров позже, при других обращениях к программе ANSYS, их можно записать в файл. К этому файлу можно будет затем обратиться. При чтении файла можно либо заменить сохраненными параметрами все текущие параметры, либо добавить их к текущим (заменив только те, что уже введены для данного сеанса работы с программой).

Чтобы записать параметры в файл, используется один из способов:

Команда: PARSAV

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Save Parameters

Чтобы считать параметры из файла, используется один из способов:

Команда: PARRES

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Restore Parameters

При желании можно записать в файл до десяти параметров или массив параметров, используя формат вещественных чисел языка FORTRAN. Эта возможность используется при создании выходного файла для работы с другими программами, для отчетов, докладов и т.п.

Чтобы сделать это, используется один из способов:

Команда: *VWRITE

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Array Parameters>Write to File

14.4. Макрокоманды

Макрокоманда представляет собой последовательность ANSYS-команд, записанных в файл для многократного использования. Например, расчет потерь энергии за счет вихревых токов при выполнении магнитного анализа может потребовать задания в постпроцессоре серии команд. Записав эту серию в виде макрокоманды (макроса), можно затем весь набор использовать как одну команду, существенно расширив доступные для пользователя ANSYS-команды.

14.4.1. Создание и исполнение макросов

Макрос можно создать следующим образом.

Чтобы открыть, т.е. создать, макро-файл, используется один из способов:

Команда: *CREATE

Маршрут: Utility Menu>Macro>Create Macro

Чтобы закрыть макро-файл, используется команда *END. (Прямого доступа к этой команде из графического интерфейса нет.)

239

Если использовать такой метод ввода команд, то процедура сводится к созданию "бутерброда" из нужных команд между командами *CREATE и *END. Например, при создании макроса свойств материалов это выглядит примерно таким образом:

*CREATE, MATPROPMP,EX,1,2.07E11MP,NUXY,1,.27MP,DENS,1,7835MP,KXX,1,42*END

Командой *CREATE указывается файл, в который будет записана последовательность команд (в данном случае файл MATPROP), а командой *END макрос закрывается. Размещенные между *CREATE и *END команды не исполняются, а просто копируются в файл.

Еще одним способом создать макрос является использование системного редактора. В этом случае команды *CREATE и *END не включаются в состав макроса.

После создания макроса можно его использовать:

Команда: *USE

Маршрут: Utility Menu>Macro>Execute Data Block

Например, задание команды*USE, MATPROP

приводит к исполнению макроса MATPROP. Команды *CREATE, *END и *USE доступны из любого места программы ANSYS.

После того как макро-файл создан, его можно просмотреть с помощью команды *LIST. (Прямого доступа к этой команде из графического интерфейса нет.) В момент задания этой команды выводимый на просмотр файл не должен находиться в работе (это не относится к файлу Jobname.ERR). Подобная ситуация возникает в следующих случаях:

для данного файла активна операция *CFOPEN;

файл используется как входной или выходной файл на том же самом файлом уровне;

файл открыт для выполнения процедур вне программы ANSYS (например, используется системным редактором).

14.4.2. Создание собственных команд

Добавив к имени макро-файла расширение MAC, макрос можно исполнить заданием имени файла в качестве команды, не используя команду *USE или соответствующий маршрут. Например,

*CREATE,MATPROP,MAC ! Имя файла MATPROP, расширение MAC------*ENDMATPROP ! Исполнение макрокоманды

240

Подробное описание команды *CREATE приводится в Руководстве ANSYS Commands Reference.

Единственное ограничение состоит в том, что имя файла не должно совпадать с именами команд или макросов программы ANSYS. Поэтому перед созданием макроса следует проверить введенное имя макроса, задав его в виде команды. Программа проверит список допустимых команд и при отсутствии заданной команды в этом списке будет искать заданное имя среди файлов с расширением .MAC. Если такой файл не будет найден, программа выдаст сообщение "Неизвестная команда".

Поиск макро-файла осуществляется в следующей последовательности:

1. директория программы ANSYS;

2. корневая директория пользователя;

3. текущая (рабочая) директория.

Можно удалить корневую директорию пользователя из этой последовательности или заменить ее другой с помощью команды /PSEARCH (маршрут меню Utility Menu>Macro>Macro Search Path). (См. подробности в Руководстве ANSYS Commands Reference.)

14.4.3. Вызов функций графического интерфейса из макрокоманды

Для обращения к функции графического интерфейса из макрокоманды (или из любого командного файла, который считывается при работе в интерактивном режиме) используются следующие две возможности.

В макрокоманду включается команда реагирования на щелчок манипулятора "мышь". Многие команды программы ANSYS воспринимают ввод буквы P (от англ. picking) как символа использования мыши для работы в графическом режиме. Например, команда K,,P позволяет задавать ключевые точки с помощью мыши.

В макрокоманду включается имя функции графического интерфейса. Программа, встретив имя функции (например, Fnc_UIMP_iso), выводит на экран окно диалога или меню.

Если окно диалога или меню пропускается, макрокоманда продолжает обрабатывать строки, следующие за вызовом функции.

Функции графического интерфейса есть смысл включать в макрокоманды (или другие файлы ввода) только в том случае, если используется интерактивный режим. В пакетном режиме эти функции игнорируются.

Если в макрокоманду включены функции графического интерфейса, то первой командой макроса должна быть /PMACRO. Эта команда обеспечивает запись содержимого макроса в файл регистрации (log-файл). При отсутствии этой команды файл регистрации не будет считываться программой ANSYS.

241

14.4.4. Присвоение значений аргументам макроса

Подобно подпрограммам языка FORTRAN, можно создавать макрокоманды с аргументами, которым присваиваются значения перед исполнением макроса. Для этого используются локальные параметры с именами ARG1, ARG2, ARG3, ... , ARG9 и AR10, AR11, ... , AR29. При выполнении макроса параметрам присваиваются числовые или символьные значения (должны заключаться в одиночные кавычки), для чего используются поля соответствующих макрокоманд. Первое поле после имени макроса предназначено для аргумента ARG1, второе - для аргумента ARG2 и т.д. Аргументы от 1 до 19 являются внешними, т.е. они передают значения в макрос. Аргументы от 20 до 29 предназначены для промежуточных величин, создаваемых при выполнении макрокоманды, и не могут передавать значения переменных, внешних по отношению к макросу.

В качестве примера вновь рассмотрим макрос свойств материалов MATPROP, который задает четыре величины: EX, NUXY, DENS и KXX. Вместо задания "твердых копий" этих величин и их значений в макросе можно использовать локальные переменные ARG1, ARG2, ... , ARG8 так, как показано ниже.

*CREATE, MATPROPMP,ARG1,1,ARG2MP,ARG3,1,ARG4MP,ARG5,1,ARG6MP,ARG7,1,ARG8*END

При обращении к макросу аргументам ARG1, ARG2, ... , ARG8 присваиваются соответствующие значения:

*USE,MATPROP,'EX',2.07E11,'NUXY',.27,'DENS',7835,'KXX',42

Если макро-файл имеет имя MATPROP.MAC, то значения аргументам ARGn можно передать простым исполнением "команды" MATPROP:MATPROP,'EX',2.07E11,'NUXY',.27,'DENS',7835,'KXX',42

Удобство использования локальных параметров (ARG1, AR10 и т.д.) состоит в том, что по своей природе они действительно локальные. Это значит, что будучи заданными внутри макрокоманды, они не могут изменить значений параметров с такими же именами, существующими вне макрокоманды. Каждый уровень макроса (см. следующий раздел) имеет собственный набор локальных параметров.

14.4.5. Вложение макрокоманд

Макросы могут быть вложенными друг в друга, т.е. один макрос может вызвать другой макрос, который, в свою очередь, может обратиться к третьему, и т.д. Разрешено до 10 уровней вложения (включая любые файлы-переключатели, вызываемые командой /INPUT). После выполнения вложенной макрокоманды программа ANSYS передает управление макросу предшествующего уровня.

Концепция локальных параметров особенно плодотворна для вложенных макросов. Локальные параметры (аргументы с именами от ARG1 до ARG9 и от AR10 до AR29) являются локальными для одного уровня вложения по определению, поэтому удобно использовать одни и те же имена переменных на разных уровнях вложения.

242

14.4.6. Библиотека файлов макрокоманд

При большом количестве файлов макрокоманд для их хранения и использования удобно использовать библиотеку макросов. Такую библиотеку можно создать с помощью команд *CREATE и *END, однако обычно для этого используется редактор текстовых файлов. Базовая структура библиотеки выглядит следующим образом:

MACRO1.../EOFMACRO2.../EOFMACRO3.../EOF

Здесь символом ... обозначен блок команд, образующих макрос (макро-блок), идентификаторы MACRO1, MACRO2 и MACRO3 обозначают имена макро-блоков, а команда /EOF указывает конец макро-блока. Команда *ULIB (маршрут меню Utility Menu>Macro>Execute Data Block) задает файл библиотеки макросов. После введения этой команды макро-блок, содержащийся в библиотечном файле, становится доступным с помощью команды *USE или соответствующего маршрута.

Имена макро-блоков задаются пользователем и представляют собой последовательность разрешенных цифр или букв длиной до 8-ми символов. Кроме того, эти имена должны быть допустимы с точки зрения используемой системы и отличаться от имен макро-файлов в текущей директории.

В макро-блок можно включить любую разрешенную для макроса команду. Нельзя использовать команды *IF и *GO для перехода из блока в блок. Во время исполнения макро-блока создается, а затем - после нормального выхода из блока -удаляется временный файл.

14.4.7. Вывод на экран сообщений пользователя

Команда *MSG дает возможность выводить сообщения пользователя при работе с программой ANSYS. Ее можно использовать в любом файле, который считывается программой, но, главным образом, она используется в макросах. Команде должен предшествовать оператор формата, который может содержать буквенный текст (кавычки не требуются) и описатель данных: %I - для целых величин, %G - для вещественных, %C - для символьных и %/ - для разрыва строки. Можно использовать до девяти строк, помещая знак амперсанда (&) в конец строки для указания того, что строка будет продолжена. Всего может быть до восьми строк с продолжением (при этом общее число строк будет равно девяти). Несколько пробелов в строке заменяются одним, в конец сообщения добавляется точка. Используя дескриптор %/, можно создать до десяти строк по 72 символа каждая (Прямого доступа к этой команде из графического интерфейса нет.)

243

Образец команды *MSG и результат ее действия приведены ниже:

X2=0.863LAB1='MESSAGE'*MSG,NOTE,X2,LAB1 ! Записываются значения X2 и LAB1THE VALUE OF X2 IS %G %/ THIS IS LINE 2 OF THE %C

*** NOTE *** CP= 0.970 TIME= 13:22:31THE VALUE OF X2 IS 0.863THIS IS LINE 2 OF THE MESSAGE.

Метка NOTE команды *MSG указывает, что будет выведено сообщение программы ANSYS под заголовком "Сообщение". Другими метками являются: UI (для сообщения, которое появляется в диалоговом окне), INFO (подобно сообщению типа NOTE, но без надписи "Сообщение"), WARN (для выдачи предупреждений программы ANSYS), ERROR (для выдачи ошибок программы ANSYS), FATAL (для сообщения о фатальных ошибках). Последние два сообщения могут вызвать прекращение исполнения программы ANSYS.

14.4.8. Запись ANSYS-команд

Еще одним мощным инструментом языка APDL, обычно используемым в макросах, является возможность записи команд программы ANSYS в файл. Для открытия файла используется команда *CFOPEN, для записи команд в файл - *CFWRITE, для закрытия файла - команда *CFCLOS. (Прямого доступа к этим командам из графического интерфейса нет.) Основная идея использования этой возможности состоит в том, чтобы записать команду вместе со сделанными подстановками значений параметров. Например,

*CFOPEN,CMDFILE,DAT ! Открыт файл CMDFILE.DAT*CFWRITE,D,1,UX,UX(1)*CFCLOS

Если предположить, что был завершен прочностной анализ и что перемещение UX узла 1 равно 0.0025, то файл CMDFILE.DAT теперь будет содержать команду

D,1,UX, .0025

Включая команду *CFWRITE с подставленными значениями переменных в цикле DO (описывается ниже), можно создать полный файл команд для использования при последующих запусках программы.

14.5. Повторение, ветвление и выполнение циклов

По умолчанию команды программы ANSYS выполняются последовательно, независимо от того, вводятся ли они с помощью клавиатуры или из файла. Средства повторения, ветвления и выполнения цикла, которыми располагает язык APDL, позволяют изменить последовательный порядок исполнения команд: повторение дает возможность повторить предыдущую команду несколько раз; ветвление - выйти из блока команд и перейти к другому при выполнении определенных условий; выполнение циклов - организовать циклическое повторение последовательности команд несколько раз. Эти средства можно использовать в любом месте программы ANSYS, но особенно они полезны в макрокомандах. Далее кратко обсуждаются эти средства языка проектирования.

244

14.5.1. Повторное исполнение команд

Команда *REPEAT используется для повторного исполнения команды при изменении значения любого поля этой команды на постоянную величину. Например, командой

E,1,2*REPEAT,5,0,1

генерируется один элемент между узлами 1 и 2, затем команда повторяется еще четыре раза (всего команда выполняется пять раз), при этом всякий раз номер второго узла увеличивается на единицу. В результате будет построено пять элементов со связностью узлов 1-2, 1-3, 1-4, 1-5 и 1-6. (Прямого доступа к этой команде из графического интерфейса нет.)

14.5.2. Ветвление: конструкции GO-TO и If-Then-Else

Простейшая команда ветвления *GO предписывает программе перейти к указанной заранее метке без выполнения команд, расположенных между этой командой и оператором с меткой:

*GO,:BRANCH1

--- ! Этот блок команд не выполняется

---

:BRANCH1

---

Метка должна начинаться с двоеточия (:) и иметь длину не более восьми символов, считая и двоеточие. (Прямого доступа к этой команде из графического интерфейса нет.)

Более общую схему ветвления можно построить с помощью конструкции условного перехода if-then-else, используя для этого команды языка APDL *IF, *ELSE, *ELSEIF и *ENDIF. (Прямого доступа к этим командам из графического интерфейса нет.) Пример использования конструкции if-then-else показан на рис. 14.1.

245

*IF,A,EQ,1,THEN! Блок 1------*ELSEIF,A,EQ,0! Блок 2------*ELSEIF,A,EQ,-1! Блок 3------*ELSE! Блок 4------*ENDIF! Продолжение

Рис. 14.1. Пример конструкции if-then-else

В условной конструкции if-then-else может сработать только один блок команд (самое большее). Условия перехода последовательно проверяются, и если одно из условий оказывается верным, то выполняется блок команд, следующий за этим условием, затем происходит переход к команде, расположенной после *ENDIF.

Команда *ELSE может отсутствовать в условном переходе, но команда *ENDIF должна быть обязательно. Разрешено любое число использований команды *ELSEIF. Число взаимных вложений конструкции if-then-else может достигать 10.

14.5.3. Циклы с использованием оператора DO

Цикл DO дает возможность повторить несколько раз некоторую последовательность команд. Используются команды *DO и *ENDDO. (Прямого доступа к этим командам из графического интерфейса нет.) Существует много приложений цикла DO, особенно при написании макросов. В приведенном ниже примере цикла выполняется редактирование файлов, содержащих шаги нагружения:

*DO,I,1,5 ! Для I, равного от 1 до 5 выполнить: LSREAD,I ! прочитать файл шага нагрузки I;OUTPR,ALL,NONE ! сменить параметры распечатки;ERESX,NOLSWRITE,I ! записать файл шага нагружения I*ENDDO

Подробное описание команд *DO и *ENDDO приведено в Руководстве ANSYS Commands Reference.

Управление циклом осуществляется за счет использования четырех аргументов команды *DO. Однако можно добавить и другие средства управления, используя команды *IF, *EXIT или *CYCLE. Следует иметь в виду следующее:

246

для выхода из цикла нельзя использовать переход к метке с помощью команд *IF и *GO;

следует избегать использования меток для организации переходов внутри цикла, вместо этого нужно применять конструкцию if-then-else;

вывод информации о выполнении команд внутри цикла автоматически подавляется после выполнения первого прохода; если требуются данные для всех повторений цикла, используются команды /GOPR или /GO.

14.6. Параметры-массивы

Кроме обычных скалярных параметров, имеющих одно значение, в программе ANSYS используются параметры-массивы (т.е. многозначные параметры), как например такие:

1.5 -2.9 1.6 7.0

DVECT = 0.2 BB = 2.0 -5.0 ABC = a b c d7.2 -1.8 9.15.0

Параметры-массивы могут быть одномерными, двумерными или трехмерными и содержать численные или символьные значения. Прежде чем перейти к подробностям, обратимся к терминологии, касающейся параметров-массивов.

14.6.1. Термины

Рассмотрим двумерный параметр-массив, показанный схематически ниже. Он состоит из m строк и n столбцов, т.е. его размеры равны m x n. Каждая строка определяется индексом строки i, пробегающим значения от 1 до m; каждый столбец определяется индексом столбца j, пробегающим значения от 1 до n. Образующие массив величины называются элементами массива. Каждый элемент обозначается как (i,j), т.е. с помощью индексов i и j.

индекс столбца

j=1 2 3 4 5 6 7 8 9 . . n

i=1

2

3

индекс строки 4

.

.

m

Выделен элемент (3,7)

Эти определения можно расширить на трехмерный параметр-массив, имеющий m строк в длину, n столбцов в ширину и p плоскостей в глубину. Индекс плоскостей k меняется от 1 до p, элемент массива обозначается (i,j,k).

247

14.6.2. Типы параметров-массивов

Разрешены три типа массивов: ARRAY, CHAR и TABLE. Тип ARRAY используется для задания чисел в удобной табличной форме. Примеры таких массивов приведены ниже.

0.025-47.6 0.01-5.2 0.26525.0 1.00

NTEMP = 86.5 EVOLUM = 0.832107.9 0.52168.7 1.032225.0 0.002

0.697 0.01

12152 814 -386 202 -82 -110814848 1057 -704 117 -101 -55515490 1033 -713 15 -76 235

COMPSTRS = 13899 786 -348 -103 -45 84810813 420 -66 -211 -17 10657151 109 111 -272 11 1052

Параметр NTEMP может представлять собой массив температур в выделенных узлах; в таком случае элемент NTEMP(1)=-47.6 может трактоваться как температура в узле 27, а элемент NTEMP(2)=-5.2 - как температура в узле 43 и т.д. Подобным же образом параметр EVOLUM можно рассматривать как массив объемов конечных элементов модели, а параметр COMPSTRS - как массив компонент напряжений в узлах, при этом каждый столбец таблицы можно рассматривать как составляющую напряжения в определенном направлении (например, X, Y, Z, XY, YZ, XZ).

Массив символьных значений CHAR структурно подобен параметру ARRAY, только вместо чисел в таблице содержатся строки символов (не более восьми). Два примера символьных массивов приведены ниже.

JOB1 LOGJOB2 ERR

FILNAM = JOB3 EXTES = DBJOB4 LIBJOB5 MAC

Параметр-массив типа TABLE состоит из чисел (использование символьных значений не разрешается) в виде таблицы, но с той разницей, что массив дает возможность получить линейной интерполяцией любые значения между элементами массива. Еще одно отличие состоит в том, что столбец j=0, который обычно представляет собой индексы строк от i=1 до m, должен быть заменен монотонно возрастающими числами. Аналогично, строка i=0, которая обычно представляет собой индексы столбцов от j=1 до n, должна быть заменена монотонно возрастающими числами. Для трехмерного массива типа TABLE индексы строк и столбцов (i и j) задаются только раз для первой плоскости значений, а индекс плоскостей (k) нужно вводить для каждой

248

плоскости. По умолчанию все индексы установлены в нуль.

Обратимся к следующим примерам:

1.0 1.0 2.0

1.0 12.0 1.0 2.8 4.2A = 2.0 28.0 PQ = 2.0 -9.6 -12.3

3.0 146.4 3.0 42.0 9.74.0 -4.5 2.0

Если параметр-массив A имеет тип TABLE, то программа ANSYS может получить интерполяцией любые значения между элементами A(1) и A(2), например:

значением А(1.5) является 20.0 (средняя величина между 12.0 и 28.0);значением А(1.75) является 24.0;значением А(1.9) является 26.4.

Аналогично, если PQ является параметром-массивом типа TABLE, то

значением PQ(1.5,1) является -3.4 (средняя величина между 2.8 и -9.6);значением PQ(1,1.5) является 3.5 (средняя величина между 2.8 и 4.2);значением PQ(3.5,1.3) является 14.88.

Такая возможность позволяет описывать функции вида y=f(x), используя тип параметра-массива TABLE. При этом столбец j=0 используется для ввода независимой переменной x, а столбец j=1 - для значений y. Рассмотрим, например, функцию зависимости усилия от времени, заданную в пяти точках, как показано ниже.

Время Усилие 1Е-6 0.0 0.8 560.0 7.2 560.0 8.5 238.5 9.3 0.0

Эта функция задается как параметр-массив типа TABLE, элементами которого являются значения усилия, а индексы строк от 1 до 5 равны соответствующим значениям времени. (Подробности приводятся в следующем разделе этой главы.) Условно нужный параметр-массив выглядит следующим образом:

249

1.0

1E-6 0.00.8 560.0

FORCE = 7.2 560.08.5 238.59.3 0.0

Теперь программа ANSYS может вычислять значения усилия в моменты времени, не указанные в параметре-массиве FORCE, используя линейную интерполяцию. Вычисления заканчиваются, если значения функции оказываются за пределами, определяемыми элементами параметра-массива (т.е. экстраполяция не выполняется).

Из приведенных примеров видно, что параметр-массив типа TABLE представляет собой мощный инструмент анализа. Его типичным приложением является задание зависимостей нагрузок от времени, кривых спектрального отклика, диаграмм напряжение-деформация, зависимостей свойств материала от температуры, кривых B-H для магнитных материалов и так далее. Следует, однако знать, что обработка параметров-массивов этого типа требует больше компьютерного времени по сравнению с параметрами типа ARRAY.

14.6.3. Задание и вывод списка параметров-массивов

Чтобы задать параметр-массив, сначала следует объявить его тип и размер, используя один из следующих способов:

Команда: *DIM

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Array Parameters>Define/Edit

Пример командного ввода:

*DIM,AA,,4 ! Тип ARRAY по умолчанию, размер 4[x1x1]*DIM,XYZ,ARRAY,12*DIM,FORCE,TABLE,5*DIM,T2,,4,3 ! Размер 4х3[x1]*DIM,CPARR1,CHAR,5 ! Тип CHAR, размер 5[x1x1]

Для параметров-массивов, имеющих типы ARRAY и TABLE, доступны перечисленные ниже процедуры.

Графическое редактирование параметров можно выполнить одним из способов:

Команда: *VEDIT

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Array Parameters>Define/Edit

Команда *VEDIT, доступная только в интерактивном режиме, выводит на экран окно диалога для редактирования параметров типа ARRAY или TABLE.

250

Для задания элементов массива используются способы:

Команда: *VFILL

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Array Parameters>Fill

Для задания параметров-массивов типа CHAR, ARRAY и TABLE используется команда “=“.

Команда “=“ действует аналогично такой же команде для скалярных параметров, за исключением того, что теперь задается колонка данных (до десяти величин на каждый символ “=“). Например, чтобы задать объявленный выше параметр XYZ размера 12х1, потребуется две команды “=“:

*XYZ(1)=59.5,42.494,-9.01,-8.98,-8.98,9.01,-30.6,51*XYZ(9)=-51.9,14.88,10.8,-10.8

59.5  Обратите внимание: начальная позиция 42.494 элементов массива указывается -9.01 индексом номера (1 - для первой -8.98 команды, 9 - для второй). -8.98

XYZ =   9.01 -30.6

51 - 51.9 14.88 10.8 -10.8

Следующий пример показывает, как задать объявленный ранее параметр-массив Т2 размера 4х3:

T2(1,1)=.6,2,-1.8,4 ! элементы (1,1),(2,1),(3,1),(4,1)T2(1,2)=7,5,9.1,62.5 ! элементы (1,2),(2,2),(3,2),(4,2)T2(1,3)=2E-4,-3.5,22,.01 ! элементы (1,3),(2,3),(3,3),(4,3)

0.6 7.0 0.00022.0 5.0 -3.5

T2 = -1.8 9.1 22.04.0 62.5 0.01

Задание заявленного ранее параметра-массива FORCE типа TABLE:

FORCE(1)=0,560,560,238.5,0FORCE(1,0)=1E-6,.8.7.2,8.5,9.3FORCE(0,1)=1.0

1.0 Первая команда “=“ задает пять1.E-6 0.0 элементов массива FORCE типа0.8 560.0 ARRAY. Вторая и третья команды

FORCE = 7.2 560.0 “=“ переопределяют номера8.5 238.3 индексов в колонке j=0 и в строке

251

9.3 0.0 i=0.

Символьные параметры-массивы можно также задавать с помощью команды “=“. Значения элементов представляют собой набор символов (не более 8-ми), заключенных в одинарные кавычки. Например,

*DIM,RESULT,CHAR,3 Символьный параметр-массив размера (3,1,1)RESULT(1)= 'SX','SY','SZ' ! Присвоение значений параметру

Как и при задании числового параметра-массива, указывается начальное положение элемента массива (в данном случае задается индекс строки 1).

Предостережение - Идентификатор CHAR нельзя использовать в качестве имени символьного параметра, так как это будет создавать конфликт с меткой CHAR команды *DIM.

Команда *VFILL (или соответствующий маршрут меню интерфейса) используется для “заполнения” числового параметра-массива возрастающими или убывающими с постоянным шагом величинами (RAMP), случайными числами (RAND), случайными выборками для распределений Гаусса (GDIS), треугольного (TRIA), гамма- (GAMM) или бета- (BETA) законов распределения случайных величин, а также просто строкой из десяти констант (DATA) (действует подобно команде “=“). Примеры иллюстрируют способ командного ввода:

*DIM,TEMP,ARRAY,7*VFILL,TEMP(1),RAMP,800,-150

800 Командой *VFILL задается параметр650 TEMP, значения которого уменьшаются500 от 800 с шагом -150.

TEMP = 350200

50-100

*DIM,RANDNUM,ARRAY,4*VFILL,RANDNUM(1),RAND,30,40

31.528 Командой *VFILL задается35.428 параметр RANDNUM в виде

RANDNUM = 36.120 случайных чисел между 30 и 40.33.076

При задании параметров-массивов пользователю доступны приведенные ниже процедуры.

Чтобы прочитать числовые или символьные данные из файла, используются один из способов:

Команда: *VREAD

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Array Parameters>Read from File

252

Чтобы задать вектор числового параметра-массива (для символьного параметра использовать этот прием нельзя), который состоит из величин, поставляемых программой ANSYS, используются один из способов:

Команда: *VGET

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Get Array Data

Замечание - Команды *VFILL, *VREAD, *VGET и их аналоги-маршруты являются частью команд “векторных операций”. На результат их выполнения влияют установки команд *VLEN и *VMASK. Эти и другие команды векторных операций рассмотрены в разделе “Операции с параметрами- массивами”.

Как и в случае скалярных параметров, имеется возможность использовать один из следующих способов для получения перечня параметров-массивов:

Команда: *STATUS

Маршрут: Utility Menu>List>Other>Named ParametersUtility Menu>List>Other>ParametersUtility Menu>List>Status>Parameters>All ParametersUtility Menu>List>Status>Parameters>Named Parameters

Следующие примеры демонстрируют использование командного ввода:

*STATUS,XYZ(1),5,9 ! Выдать 5,6,7,8 и 9 строки массива XYZPARAMETER STATUS- XYZ (Определено 4 значения)

LOCATION VALUE5 1 1 -8.980000006 1 1 9.010000007 1 1 -30.60000008 1 1 51.00000009 1 1 -51.9000000

*STATUS,FORCE(1),,,0 ! Выдать массив FORCE, включая колонку j=0PARAMETER STATUS- FORCE (Определено 4 значения)

LOCATION VALUE1 0 1 0.000000000Е+002 0 1 0.8000000003 0 1 7.200000004 0 1 8.500000005 0 1 9.300000001 1 1 0.000000000Е+002 1 1 560.0000003 1 1 560.0000004 1 1 238.5000005 1 1 0.000000000Е+00

253

*STATUS,T2(1,1) ! Выдать массив T2PARAMETER STATUS- T2 (Определено 4 значения)

LOCATION VALUE1 1 1 0.6000000002 1 1 2.00000000 3 1 1 -1.800000004 1 1 4.000000001 2 1 7.000000002 2 1 5.000000003 2 1 9.100000004 2 1 62.50000001 3 1 2.000000000Е-042 3 1 -3.50000003 3 1 22.00000004 3 1 1.000000000Е-02

*STATUS,RESULT(1) ! Выдать массив RESULTPARAMETER STATUS- RESULT (Определено 4 значения)

LOCATION VALUE 1 1 1 SX (CHAR) 2 1 1 SY (CHAR) 3 1 1 SZ (CHAR )

Чтобы получить график зависимости одного параметра-массива от другого (что особенно полезно для типа TABLE), используется один из способов:

Команда: *VPLOT

Маршрут: Utility Menu>Plot>Array Parameters

Для передачи результата применения команды *VGET к числовому параметру-массиву в базу данных используется один из способов:

Команда: *VPUT

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Array Operations>Put Array Data

Эту команду следует применять с осторожностью, так как это может изменить целые разделы базы данных.

14.6.4. Удаление параметров-массивов

Чтобы удалить параметр-массив (числовой или символьный), достаточно оставить пустой правую сторону команды “=“. Так, например, команда

XYZ(1)=

удаляет параметр-массив XYZ.

254

14.6.5. Операции с параметрами-массивами

Подобно возможности выполнять разнообразные процедуры со скалярными параметрами (с использованием выражения с параметрами и функций параметров), существует несколько команд для совершения операций с параметрами-массивами. Можно указать два класса таких операций: с векторами столбцов, т.е. так называемые векторные операции, и операции с целыми матрицами, т.е. матричные операции. Все эти операции выполняются с использованием команд, рассматриваемых в разделе “Спецификация команд для векторных и матричных операций”.

Векторные операции

Векторные операции представляют собой просто ряд действий - сложение, вычитание, вычисление значений синуса или косинуса, скалярное или векторное произведение и т.д. - над последовательностью элементов массива. Для этой цели можно было бы применить рассмотренные ранее циклы DO, но значительно более удобно использовать команды векторных операций - *VOPER, *VFUN, *VSVFUN, *VITRP, *VFILL, *VREAD и *VGET. Из всех перечисленных только команда *VREAD (как и команда *VWRITE) применима к символьным параметрам. Другие команды векторных операций можно использовать только с параметрами-массивами, объявленными (с помощью команды *DIM) как переменные типа ARRAY или TABLE.

Команды *VFILL, *VREAD, *VGET, *VWRITE, *DIM и соответствующие им маршруты меню были рассмотрены ранее. Остальные команды векторных операций приведены ниже.

Чтобы выполнить операцию с двумя массивами, используется один из следующих способов:

Команда: *VOPER

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Array Operations>Vector Operations

Для получения значений какой-либо функции от параметра-массива, используется один из следующих способов:

Команда: *VFUN

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Array Operations>Vector Functions

Для получения информации о реквизитах параметра-массива, используется один из следующих способов:

Команда: *VSCFUN

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Array Operations>Vector-Scalar Func

Чтобы создать параметр-массив интерполяцией табличных значений, используется один из следующих способов:

255

Команда: *VITRP

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Array Operations>Vector Interpolate

Чтобы указать число строк, разрешенных в операции с массивом, используется один из следующих способов:

Команда: *VLEN

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Array Operations>Operation Settings

Для задания некоторого массива в качестве маски (шаблона) вектора используется один из следующих способов:

Команда: *VMASK

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Array Operations>Operation Settings

Приведенные ниже примеры иллюстрируют использование некоторых из этих команд.

Предполагается, что параметры-массивы (типа ARRAY) X, Y и THETA объявлены и заданы программой ANSYS. Как будет показано ниже, параметр-массив, содержащий результат той или иной векторной операции, также должен быть объявлен до ее выполнения.

0- 2 6 8 0 3 2 5 - 6 15- 1 0 2 12 - 5 - 7 1 0 30

X = 4 - 3 - 1 7 Y = 8 0 0 11 THETA = 45- 8 1 10 - 5 1 4 9 16 60

7590

*DIM,Z1,ARRAY,4*VOPER,Z1(1),X(1,2),ADD,Y(1,1)

9  Обратите внимание: начальное положение (индексы строки и- 5 столбца) должно быть указано для каждого параметра-массива.

Z1 = 5 Требуемая операция затем выполняется последовательно2 сверху вниз для указанного столбца. В данном случае команда

*VOPER задает сложение элементов столбца 2 массива X со столбцом 1 массива Y, начиная со строки 1 для каждого массива.

*DIM,Z2,ARRAY,3*VOPER,Z2(1),X(2,1),MULT,Y(1,4)

- 6  Эта команда *VOPER задает умножение первого столбцаZ2 = 0 массива X (начиная со строки 2) на четвертый столбец

- 88 массива Y (начиная со строки 1).

256

*DIM,Z4,ARRAY,4,3*VOPER,Z4(1,1),X(1,1),CROSS,Y(1,2)

- 76 4 - 22  Выполняется векторное умножение четырех пар -2 - 14 1 векторов, по одной паре для каждой строки массивовZ4 = - 33 -44 0 X и Y. Компонентами i, j, k этих векторов являются

- 74 168 - 76 столбцы 1, 2, 3 массива X и столбцы2, 3, 4 массива Y. Результатом является массив Z размера 4х3, который представляет собой четыре вектора с компонентами i, j, k в виде столбцов 1, 2, 3 соответственно

*DIM,A3,ARRAY,4*VFUN,A3(1),PWR,X(1,2),2

36 Командой *VFUN выполняется возведение в квадрат 0 каждого элемента столбца 2 массива Х.А3 = 9 1

*DIM,A4,ARRAY,7,3*AFUN,DEG*VFUN,A4(1,1),COS,THETA(1)*VFUN,A4(1,2),SIN,THETA(1)A4(1,3)=2,2,2,2,2,2,2

1.0 0.0 2.0  Командами *VFUN задается вычисление0.966 0.259 2.0 значений косинуса и синуса для элементов0.866 0.5 2.0 массива THETA и размещение их в первых

A4 = 0.707 0.707 2.0 двух столбцах массива А4. Этот массив описывает0.5 0.866 2.0 круговую дугу в 900, заданную в семи точках0.259 0.966 2.0 (их координаты x, y, z в глобальной системе 0.0 1.0 2.0 декартовых координат записаны в трех столбцах

массива). Радиус дуги равен единице и она расположена в плоскости x-y при z=2.0.

*DIM,CMPR,ARRAY,4,4*VLEN,4,2 Выполнить следующую *V-операцию, пропуская каждую вторую строку*VFUN,CMPR(1,2),COMP,Y(1,1)*VMASK,X(1,3) Использовать столбцы 3 массива Х как маску для следующей операции*VFUN,CMPR(1,3),COMP,Y(1,2)

0 3 2 0  Две команды *VFUN вместе с предшест-0 8 -7 0 вующими командами *VMASK и *VLEN

CMPR = 0 0 4 0 выполняют сжатие выделенных данных0 0 0 0 и запись в указанные элементы массива

CMPR. Дополнением операции COMP является операция EXPA.

Две дополнительные операции для команды *VOPER - “собирания” (GATH) и “разбрасывания” (SCAT) - используются для копирования значений из одного вектора в

257

другой, который формируется на основе чисел, содержащихся в “отправном” векторе. Следующий пример демонстрирует операцию собирания.

*DIM,B1,,4*DIM,B1,,4*DIM,B1,,4B1(1)=10,20,30,40B2(1)=2,4,1*VOPER,B3(1),B1(1),GATH,B2(1)

20  Копируются значения вектора B1, указанные компонента-40 ми вектора B2.

B3 = 10 0

На рис. 14.2 показан процесс собирания в соответствии с заданным в примере алгоритмом.

B1 10 20 30 40

B2 2 4 1

B3 20 40 10 0

Рис. 14.2. Операция GATH команды *VOPER

Матричные операцииМатричные операции представляют собой такие математические операции между

параметрами-массивами, как матричное умножение, транспонирование и получение решения для системы совместных линейных уравнений.

Доступны перечисленные ниже команды матричных операций.

Для выполнения матричных операций над параметром-массивом используется один из следующих способов:

Команда: *MOPER

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Array Operations>Matrix Operations

Для копирования или транспонирования используется один из следующих способов:

Команда: *MFUN

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Array Operations>Matrix Functions

Для получения коэффициентов ряда Фурье для заданной кривой используется один из следующих способов:

Команда: *MFOURI,FIT

Маршрут: Utility Menu>Parameters>Array Operations>Matrix Fourier

258

И наоборот, можно найти кривую, соответствующую данному набору коэффициентов ряда Фурье [*MFOURI, EVAL].

Спецификация команд для векторных и матричных операций

На выполнение всех команд векторных и матричных операций оказывают влияние следующие команды задания спецификаций: *VCUM, *VABS, *VFACT, *VLEN, *VCOL и *VMASK. (Из всех перечисленных только команды *VLEN и *VMASK в сочетании с командами *VREAD и *VWRITE можно использовать для символьных параметров.) Статус этих команд можно установить с помощью команды *VSTAT. Большинство этих команд и соответствующие маршруты графического интерфейса были рассмотрены в этой главе ранее. Остальные команды приводятся ниже.

За исключением команды *VSTAT, к которой нет прямого доступа из графического интерфейса, все команды спецификаций, которые описываются далее, доступны с помощью маршрута меню Utility Menu>Parameters>Array Operations> Operation Settings.

Внимание: Все команды спецификации возвращаются к своим установкам по умолчанию после каждой векторной или матричной операции.

Команда *VCUM задает процедуру накопления или не накопления результатов: величина ParR, результат векторной операции, добавляется к существующему параметру с таким же именем или переписывается заново. По умолчанию предполагается не накопление результатов, т.е. параметр ParR записывается вместо существующего параметра при сохранении имени параметра.

Команда *VABS присваивает абсолютные значения элементам какого-нибудь одного или всех параметров-массивов, участвующих в векторной операции. По умолчанию используются истинные (алгебраические) значения.

Команда *VFACT вводит масштабный коэффициент для элементов какого-нибудь одного или всех параметров-массивов, над которыми выполняется векторная операция.

Командой *VCOL задается число столбцов массива для матричных операций. По умолчанию заполняются все позиции результата, начиная с заданной начальной.

Команда *VSTAT выводит перечень всех текущих спецификаций для параметров-массивов.

259

Глава 15.

Обмен данными с другими программами

260

Содержание

15. Обмен данными с другими программами

15.1. Программные средства обмена данными 15-3

15.2. Обмен данными в формате IGES 15-3

15.2.1. Рекомендации по использованию опции RV53 15-4

15.2.2. Рекомендации по использованию опции RV52 15-5

15.3. Взаимодействие с CAD-программами 15-7

15.4. Обмен данными с программами конечно-элементного анализа 15-7

15.5. Другие программы интерфейса 15-8

261

15.1. Программные средства обмена данными

Средства интерфейса представляют собой программные коды, которые дают возможность обмениваться данными между программой ANSYS и другими прикладными программами. Эти коды либо встроены в программу ANSYS или в другие прикладные программы, либо могут быть доступны как самостоятельные пакеты.

В этой главе приводится краткое описание созданных к настоящему времени средств интерфейса. Более подробные сведения приводятся в Руководстве ANSYS Third Party Software Directory.

15.2. Обмен данными в формате IGES

Формат данных IGES (Initial Graphics Exchange Specification - исходная спецификация графического обмена) представляет собой нейтральный формат, который используется для описания геометрии во многих программах, предназначенных для компьютерного проектирования. Файлы формата IGES являются наиболее предпочтительными для передачи моделей из таких программ в пакет ANSYS, если только пользователь не располагает транслятором прямого обмена. Программа ANSYS может как считывать, так и записывать данные в формате IGES.

При считывании IGES-файла программа ANSYS преобразует текст и графику в разные формы. Если объекты IGES-файла не распознаются программой, они игнорируются. Полный перечень данных, доступных для считывания в настоящее время, приводится в описании команды IGESIN в Руководстве ANSYS Commands Reference.

Программа ANSYS располагает следующими двумя возможностями для считывания файлов формата IGES:

По умолчанию используется опция RV52, в этом случае информация о геометрии и топологии модели считывается из IGES-файла и накапливается в обычной базе данных программы ANSYS. (До появления версии 5.3 это была единственная опция.)

При использовании опции RV53 объекты IGES-файла считываются в расширенную базу данных, включающую представление геометрии на основе сплайновой технологии NURBS.

Для активизации вариантов импорта данных в формате IGES задается команда IOPTN в совокупности с соответствующей опцией импорта (IOPTN,IGES,RV52 или IOPTN,IGES,RV53). (Подробное описание опций импорта см. в Руководстве ANSYS Commands Reference.) Затем следует войти в процессор AUX15 [/AUX15] и задать команду IGESIN. С помощью манипулятора "мышь" это достигается выбором маршрута Utility Menu>File>Import>IGES.

Для создания IGES-файла необходимо войти в процессор PREP7 [/PREP7] и задать команду IGESOUT. (Эта команда доступна только в следующих случаях: если данная модель создана с помощью программы ANSYS или если модель импортирована в регулярную базу данных программы ANSYS с использованием опции импорта RV52 или CAD-транслятора.) Можно использовать соответствующий маршрут меню Utility Menu>File>Export.

262

15.2.1. Рекомендации по использованию опции RV53

С помощью этой опции можно переносить в программу ANSYS замкнутые геометрические объекты (объемы, поверхности и линии) без необходимости использовать ручную "подчистку" после процедуры импорта. (Такая дополнительная работа для получения полноценных объектов внутри программы ANSYS обычно требуется при использовании опции RV52.)

Опция RV53 автоматически устраняет возникающие при импорте зазоры между геометрическими объектами. Для этого используются предлагаемые программой допуски (обычно сравнительно большие). Кроме того, устраняются противоречия геометрии и сводятся к минимуму перекрытия объектов. Благодаря тому, что процесс выполняется автоматически, можно сразу же переходить к построению сетки.

Существуют некоторые ограничения, касающиеся использования опции IGES RV53. Из-за того, что устранение погрешностей делается автоматически, эта опция не допускает добавления новых геометрических объектов к импортированной модели. Кроме того, из всех булевых операций можно использовать только те, которые относятся к "делению с помощью рабочей плоскости" [LSBW, ASBW и VSBW].

Команды LSBW, ASBW и VSBW более надежно работают с IGES-геометрией, созданной с использованием опции RV53, по сравнению с геометрией на базе опции RV52. Поэтому использование опции RV53 рекомендуется в тех случаях, когда требуется устранение погрешностей модели и требуется выполнение простых булевых операций деления.

Кроме ограничений, касающихся булевых операций, опция RV53 имеет и другие, перечисленные ниже.

Не разрешается конкатенация (т.е. операция объединения двух последовательностей в одну, когда первая последовательность становится началом результирующей, а вторая - хвостом) линий и поверхностей.

Нельзя использовать процедуру построения сетки SmartSize.

Отсутствует возможность переключаться с опции RV53 на опцию RV52 (или с опции RV52 на RV53) в течение или после процесса импорта.

Запрещен экспорт IGES-модели в файл, если она была импортирована с использованием опции RV53 (т.е. нельзя использовать команды IGESOUT и CDWRITE).

Не поддерживается слияние ключевых точек [NUMMRG,KP] (слияние выполняется автоматически при импорте модели).

Не поддерживается сжатие номеров [NUMCMP] для геометрических объектов.

Игнорируется команда VA,ALL (для создания объема, ограниченного выделенными поверхностями). При импорте модели возможные объемы такого вида создаются автоматически.

15.2.2. Рекомендации по использованию опции RV52

В этом разделе содержатся рекомендации, которым нужно следовать при 263

использовании опции по умолчанию (RV52) при импорте IGES-файлов.

При построении модели в CAD-программе:

Нужно оценить возможность осуществления процедур твердотельного моделирования, реализованных в программе ANSYS, которые касаются планирования подхода к решению задачи, задания условий симметрии модели и числа необходимых подробностей для выполнения последующего конечно-элементного анализа. Так, например, программа ANSYS требует, чтобы осесимметричные модели имели в качестве оси вращения глобальную ось Y. См. Главу 2 "Планирование подхода к проведению анализа".

Следует избегать создания замкнутых кривых (т.е. таких кривых, которые начинаются и заканчиваются в одно и той же точке) и замкнутых поверхностей (т.е. поверхностей, которые начинаются и заканчиваются одним и тем же краем) при использовании CAD-программ. Программа ANSYS не может распознать замкнутые кривые и поверхности, записанные в IGES-файл CAD-программой, т.к. линия геометрической модели в программе ANSYS должна иметь две ключевые точки. Если при чтении IGES-файла обнаруживаются замкнутые кривые и замкнутые поверхности, а также "отделанные" замкнутые поверхности, т.е. так называемые IGES-объекты 120 и 144 или 128 и 144, то программа ANSYS будет пытаться разделить их на два объекта или более.

Насколько это возможно, следует записывать в файл формата IGES только такие данные, которые поддерживаются программой ANSYS (см. описание команды IGESIN в Руководстве ANSYS Commands Reference).

При записи IGES-файла из CAD-программы:

Следует передавать только ту часть геометрической модели, которая требуется для анализа. В конечно-элементном анализе может не потребоваться всех тех подробностей, в которых нуждается CAD-модель.

При импорте "отделанных" поверхностей следует включать в IGES-файл, наряду с UV-данными, глобальные XYZ-данные.

Если подлежащая анализу модель очень велика, то следует использовать возможности CAD-программы для создания нескольких IGES-файлов, каждый из которых содержит часть общей модели. Программа ANSYS будет использовать номера "следующих доступных объектов" по мере чтения этих файлов. Затем можно использовать процедуру слияния препроцессора PREP7 (команда NUMMRG или соответствующий маршрут меню Main Menu> Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items) для совмещения совпадающих объектов.

Для создания IGES-файлов используется формат ASCII по 80 символов на одну запись.

Для файлов, создаваемых программой Pro/ENGINEER, следует руководствоваться следующим:

для опции Config_pro "iges_out_trim_xyz" устанавливается значение "yes";264

задается точность 1E-6 и повторяется генерация модели.

При считывании IGES-файла в программу ANSYS:

Следует обращать внимание на сообщения программы ANSYS. Предупреждения дают подробности, относящиеся к объектам в IGES-файлах, которые не переносятся в программу ANSYS и не соответствуют номерам объектов программы.

Если какой-нибудь объект IGES-файла не передается в программу, он реконструируется с использованием команд твердотельного моделирования программы ANSYS. Транслятор программы может выполнять считывание любого объекта, образованного рациональной кривой на основе В-сплайна (тип 126) или рациональной поверхностью на основе В-сплайна (тип 128) степени меньше или равной 20. Попытки считывать кривые или поверхности, состоящие из В-сплайнов более высокой степени может приводить к выдаче сообщений об ошибках.

При считывании может возникнуть дублирование линий и ключевых точек. Это часто случается с CAD-моделями из-за погрешностей и тех приемов, которые использовались при их создании. Иногда требуется устранение погрешностей в таких твердых моделях с помощью ANSYS-команд, предназначенных для слияния дублированных объектов вместе.

Слияние делается автоматически при считывании [IGESIN] IGES-файла в программу ANSYS с помощью процессора AUX15. Для определения того, должны ли две ключевые точки сливаться в одну, используются допуски по умолчанию. Иногда требуется уточнять их значения.

Чтобы изменить глобальные допуски на слияние перед считыванием IGES-моделей, используется поле GTOLER команды IOPTN (маршрут меню Utility Menu>File>Import). В большинстве случаев для поля GTOLER следует задавать значение FILE, чтобы использовать допуски, заданные в CAD-модели (глобальный параметр MINIMUM RESOLUTION). Чтобы изменить значения допусков после того, как IGES-файл прочитан, используется команда NUMMRG (или маршрут меню Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls> Merge Items). См. Главу 11 для получения важной информации о допусках при слиянии объектов модели.

При записи IGES-файла из программы ANSYS для других программ:

Перед написанием IGES-файла задается система единиц [/UNITS]. Эта информация перехватывается IGES-файлом и считывается многими программами. (Прямого доступа к этой команде из графического интерфейса нет.)

Перед созданием IGES-файла выделяются все твердотельные объекты более низкого уровня (команда ALLSEL,BELOW,ALL или маршрут меню Utility Menu>Select>Everything Below).

Если нужно записать только часть общей модели, то следует выделить те объекты, которые должны быть записаны (т.е. поверхности) и все соответствующие объекты более низкого уровня (линии и ключевые точки).

265

15.3. Взаимодействие с CAD-программами

Многие CAD-программы располагают средствами обмена данными с программой ANSYS, созданными фирмой ANSYS, Inc. или поставщиками CAD-программ. Компания ANSYS, Inc. поставляет пользователям следующие трансляторы: AutoCAD, CADAM, CADKEY и Pro/ENGINEER. Сведения о трансляторах для других программ можно найти в директории программы ANSYS Third Party Software Directory или получить через фирмы-поставщики CAD-программ.

Стоить обратить внимание на интерфейс ANSYS-Pro/ENGINEER, поскольку это программное средство позволяет выполнить параметрическую оптимизацию. Это дает возможность начать процедуру оптимизации с параметрической модели программы Pro/ENGINEER, продолжить ее в программе ANSYS и получить оптимизированную модель. Руководства ANSYS/ProFEA User's Guide ANSYS/ProFEA Training Guide содержат подробную информацию по использованию интерфейса ANSYS- Pro/ ENGINEER.

15.4. Обмен данными с программами конечно-элементного анализа

Существует программа-транслятор ANSYS/NASTRAN, обеспечивающая двусторонний обмен входными файлами между программами ANSYS и MSC/NASTRAN. Эта программа конвертирует данные, относящиеся к конечно-элементной модели, и информацию о нагрузках при проведении статического и модального анализа. За подробностями обращайтесь к дистрибьютору поддержки (ASD) или в представительство компании ANSYS, Inc. Информацию о других программах конечно-элементного анализа (FEA) можно найти в директории программы ANSYS Third Party Software Directory или получить через фирмы-поставщики FEA-программ.

15.5. Другие программы интерфейса

В настоящее время доступны средства обмена данными с программами, предназначенными для следующих видов деятельности:

кинематический анализ;

вычислительная гидродинамика; этот вид анализа интегрирован в пакет ANSYS в виде модуля FLOTRAN CFD;

графика и издательское дело;

пре- и постпроцессорная обработка данных;

анализ процессов литья под давлением;

снижение акустического шума;

266

модальный анализ при проведении экспериментальных исследований;

разрушение и усталость материалов;

многомассовые системы;

анализ процессов соударений тел и глубокой вытяжки металлов;

анализ динамических процессов.

Программы интерфейса для таких приложений обычно доступны через соответствующих разработчиков средств обмена данными (см. ANSYS Third Party Software Directory).

267