Пример полезного использования APDL в ANSYS

[ConcursusMMX 4]

Не буду долго разглагольствовать о тяготах работы расчетчика… Они и так известны всем расчетчикам. И ни один хороший годный расчетчик не упустит возможности облегчить свою работенку с угоду общему делу. ИМХО одни из самых тяжелых среди самых простых задач – это задачи оптимизации формы (топологическая оптимизация). Конечно, враждебные CAE-пакеты предлагают для этого дела всяческие алгоритмы (с хелпами и демками). Они, конечно, хорошие, но для тяжелых задач слабо пригодные по той причине, что не у всех есть время на такие длительные расчеты сомнительного качества, и деньги на железо, на котором эти расчеты принято запускать. Зачастую умные люди крутят пальцем у черепа и советуют анонимусу использовать параметрическую оптимизацию. Это более целебный подход со всех точек зрения. Её можно убедительно прикручивать к серьезным моделям. Реалии жизни таковы, что каждая новая «итерация» поиска требует создания новой конечно-элементой сетки. Если эти процессы (собственно оптимизация и построение сетки) удается автоматизировать – то дело в шляпе. Есть, конечно, различные порочные связи между CAE и CAD, которые, якобы, неимоверно облегчают работу анонимусу, о чем успешно расказывается в соответсвующих презентациях.

Но обычно, построение хорошей сетки, это не так просто как кажется различным начальнегами прочим далёким людям. В частности в ANSYS процесс построения сетки можно запрограммировать на встроенном языке APDL. Такие серьезные операции требуют большого опыта, и с точки зрения среднестатистического расчетчика являются полнейшим Over Skill.

Далее, контактная задача. Ну доколе анонимус будет считать всякую ерунду с применением алгоритма контактного взаимодействия тел? Мало того, что это нелинейная задача со всеми вытекающими проблемами, да еще и точность решения находится в противофазе со скоростью решения. В частности в задачах в которых контактируемые детали имеют микронный натяг (которые решаются как контакные) изменения «контактной жесткости» в настройках контакта очень сильно влияют как на контактные напряжения, так и на «недонатяг». Все настройки в пользу повышения точности решения автоматически ухудшают сходимость.

От себя хочу продемонстрировать решение задачи, которой в той или иной степени допускается автоматизация изменения КЭ-сетки, и мега-упрощается процедура описания контактного взаимодействия до написания элементарных кинематических соотношений. Речь идет о задаче определения НДС при посадке с натягом. На уровне КЭ сетки допускется изменение величины натяга с помощью APDL-алгоритмов. С помощью тех же алгоритмов записываются определяющие соотношения контактного взаимодействия. Конечно, эта задача может быть целиком решена в нелинейной постановке (с явным контакным взаимодействием), но в этом нет никакой прелести.

Задача чисто методическая, направленная на расширение кругозора анонимуса.

Имеется колесо на валу. Лопатки умышленно не показаны <noindex>самизнаетепочему</noindex>. Надо определить НДС при контактном взаимодействии, вызванном исходным натягом.

На процедуре построения КЭ-сетки не останавливаюсь, а просто презентую её. Скажу только, что сетка строилась из гексаедров, с учетом того, что в дальнейшем придется применять условия циклической симметрии. Сетки на колесе и на вале несовместны, но соответствующие узлы имеют одинаковые полярные углы и координату "z". Имеется изначальое перекрытие (натяг), которое можно регулировать через APDL.

Вообще говоря изначально сетка строилась без всякого перекрытия, прямо "узел-в-узел". Любое перекрытие можно задать, выполнив фрагмент кода (для нужных узлов)

DELTA=0.05

CSYS,12

I=1

NK=0

CMSEL,S,NODE_KOLESO

*DOWHILE,I

	*GET,NK,NODE,NK,NXTH

	*IF,NK,EQ,0,THEN

		*EXIT

	*ENDIF

	NMODIF,NK,NX(NK)-DELTA,NY(NK),NZ(NK)

*ENDDO

ALLSEL,ALL

CSYS,0

Описание не привожу, ибо описывать почти нечего.

Перекрытие DELTA можно задавать в разумных пределах и вообще по большому счету в таком виде его можно включать в число оптимизируемых параметров.

Далее записываем кинематические соотношения для узлов на "контактных" поверхностях. Оно простое - взаимное радиальное движение соответсвующих узлов равно DELTA. APDL позволяет автоматизировать запись этих соотношений.

CSYS,0

I=1

NV=0



*DOWHILE,I

	CMSEL,S,NODE_VAL



	*GET,NV,NODE,NV,NXTH

	*IF,NV,EQ,0,THEN

		*EXIT

	*ENDIF

	CMSEL,S,NODE_KOLESO

	NK=NNEAR(NV)

	CE,I,DELTA,NV,UX,-1,NK,UX,1

	I=I+1

*ENDDO,

ALLSEL,ALL

На выходе вот что (и радость анонимуса)

Прелесть: Полностью линейная постановка моделирования контактного взаимодействия. Разумеется анализ возможности применения этого подхода требует включения мозгов, и далеко не всегда этот метод может быть применен. Ограниения (те что на поверхности) очевидны:

- не учитывается трение

- вообще говоря, нельзя использовать геометрически нелинейную постановку

- и т.п.

Хотя в этом деле на всякого мудреца довольно простоты, а она, как известно, хуже воровства.

Далее решаем без особого напряга и наслаждаемся

1) Перемещениями (смысла в которых не особо много)

2) Напряжениями, с очень даже вменяемыми картинками

Утверждено ConcursusMMX

[Борман 2 376]

Аффтар жжошь, пеши исчо!