CosmosWorks2007_балочтная сетка_новичок

[nev_a 0]

Здравствуйте!

Изучаю CosmosWorks2007 (на втором компе стоит SW2011 и соответственно модуль Simulation). Не сильно хочется переходить на SW2011, т.к. некоторые мои коллеги в других конторах работают с SW2007, а мы с ними периодически обмениваемся CAD-файлами. SW2011 смотрю просто чтоб быть в курсе. Возникло несколько вопросов. Уважаемые, кто по опытней, подскажите пару аспектов, пожалуйста.

1. Никак не могу разобраться с балками в CosmosWorks2007 (в Simulation вроде пока всё ясно, на первых этапах). У меня есть своя база уже отрисованных стандартных элементов, швеллеров, двутавров и пр. Иногда хочется создавать из них конструкции типа ферм и рассчитывать сеткой типа балок.

Пытаюсь провести простой расчёт: Швеллер 10 (L=1000 мм) жёстко закреплён с одного конца, нагрузка в 500 Н прикладывается с другого. Задача-определить опасное сечение и рассчитать напряжение в нём. Проблема возникла на первых же минутах!

Создаю Упражнение, задаю тип сетки "Структура балок", в подменюшки созданного упражнения щёлкаю ПКМ на заначке "Балки", жму добавить балку-выбираю свой швеллер (получен вытягиванием из эскиза). Программа выдаёт следующее: "Выберете твёрдые тела, которые являются структурными объектами".

Как заставить Cosmos понять, что швеллер, нарисованный мной путём вытягивания из эскиза есть балка?!

В Simulation всё намного проще, жмёшь "Рассматривать как балка" и всё ясно...

2. Хотел вообще понять возможность применения Cosmos. Взял вышеописанный швеллер с теми же нагрузками и условиями закрепления. Посчитал аналитически напряжения в опасном сечении (по формулам сопромата), получил 14,3 МПа.

Затем посчитал в Simulation, сетка-структура балок-результат аналогичный (порадовало, а то уж совсем думал, что не то творю).

Теперь посчитал в том же Simulation используя сетку на твёрдом теле. По напряжениям согласно 4 теории прочности (они же von Mises), получаю среднеквадратичные напряжения в опасном сечении 9,5 МПа. Во вложениях моделька (SW 2011) швеллера и получившееся картинки эпюр.

Не знаю как оценить это расхождение...разница в полтора раза...Неужели для элементов типа балок МКЭ, реализованный в решающих алгоритмах Cosmos/Simulation не подходят?

Или эта разница вызвана только допущениями, принятыми в классических расчётах балок.

3. Как Вам в принципе расчёты в Cosmos/Simulation, насколько вы их считаете адекватными, полезными для реальных объектов (ясно что многое зависит от опытности пользователя, грамотности при задании граничных условий и пр.)? Смотрел в хелпе Simulation "Задачи верификации"-впечатлило...

швеллер_10.zip

[ccc44 53]

Создаю Упражнение, задаю тип сетки "Структура балок", в подменюшки созданного упражнения щёлкаю ПКМ на заначке "Балки", жму добавить балку-выбираю свой швеллер (получен вытягиванием из эскиза). Программа выдаёт следующее: "Выберете твёрдые тела, которые являются структурными объектами".

Как заставить Cosmos понять, что швеллер, нарисованный мной путём вытягивания из эскиза есть балка?!

В Simulation всё намного проще, жмёшь "Рассматривать как балка" и всё ясно...

2. Хотел вообще понять возможность применения Cosmos. Взял вышеописанный швеллер с теми же нагрузками и условиями закрепления. Посчитал аналитически напряжения в опасном сечении (по формулам сопромата), получил 14,3 МПа.

Затем посчитал в Simulation, сетка-структура балок-результат аналогичный (порадовало, а то уж совсем думал, что не то творю).

Теперь посчитал в том же Simulation используя сетку на твёрдом теле. По напряжениям согласно 4 теории прочности (они же von Mises), получаю среднеквадратичные напряжения в опасном сечении 9,5 МПа. Во вложениях моделька (SW 2011) швеллера и получившееся картинки эпюр.

Не знаю как оценить это расхождение...разница в полтора раза...Неужели для элементов типа балок МКЭ, реализованный в решающих алгоритмах Cosmos/Simulation не подходят?

Или эта разница вызвана только допущениями, принятыми в классических расчётах балок.

3. Как Вам в принципе расчёты в Cosmos/Simulation, насколько вы их считаете адекватными, полезными для реальных объектов (ясно что многое зависит от опытности пользователя, грамотности при задании граничных условий и пр.)? Смотрел в хелпе Simulation "Задачи верификации"-впечатлило...

По Космосу (SW2007) ничего не могу подсказать - слишком давно это было.

По формулам сопромата ты посчитал максимальные напряжения при прямом изгибе швеллера (без кручения). Тот же результат получется и при расчете с использованием элементов балки-стержни. Однако, поскольку нагрузка у тебя равномерно распределена по плоскости на коце консоли - швеллер будет одновременно испытывать деформацию кручения. Это хорошо видно на эпюре, полученной в твердотеле. В сопромате Беляева это называется косой изгиб. Если нагрузку приложить в центре изгиба (кручение отсутствует):

то максимальные напряжения будут намного ближе к полученным по формулам сопромата:

Если взять симметричный профиль (например положиь швеллер плашмя) - этой разницы не увидишь. Поэтому надо правильно и внимательно определять расчетную схему!

[nev_a 0]

Спасибо за расъяснение. В принципе в итоге я к такому выводу и пришёл. Насчёт внимательности к расчётной схеме, Вы верно заметили. Очень хочется разобраться получше, особенно в интерпретации результатов. Не подскажете, может встречали какие-нибудь темы/форумы/и пр. где разбираются конкретные инженерные задачи от простого-к сложному, с возможностью общения он-лайн? А-то как-то странно на каждый возникающий вопрос создавать тему в форуме...Но, на ряду с этим хочется чтобы кто-то направлял/подсказывал что ты делаешь не так.

А по-поводу 2007 Космоса, может это кому интересно, насколько я понял, сетку балок можно создавать только при наличии модели на основе сварной детали, точнее наличия "структурных объектов". Чтобы Космос2007 понимал, что элемент произвольного сечения следует воспринимать как балку ("структурный объект"), мне пришлось добавить это самое произвольное сечение в библиотеку "элементов конструкции" (если вдруг кому понадобится, то как это сделать написано в хелпе SW). Созданный после этого элемент посредством команды "Конструкция" на панели "Сварные детали" может быть воспринят Космосом2007 для расчётов как балка.

От себя добавлю,что изучая параллельно Космос2007 и Simulation (версия 2011 года), видно, что 4 года прошли не зря.

[ccc44 53]

Спасибо за расъяснение. В принципе в итоге я к такому выводу и пришёл.

Результат для швеллера в твердом теле, совпадающий с аналитическим решением можно получить проще, заменив вертикальное усилие на изгибающий момент, т. е. исследуя чистый изгиб:

На этом и основано использование КЭ типа балка. Наличие перерезывающей силы и касательных напряжений ограничивает их применение. Его лучше использовать для расчета ферм – как в параллельной теме (Evgeney-Jako).

Результаты теоретического расчета ферм, приведенные в задачах верификаци получены, скорее всего, даже без применения сопромата – методом сечений и уравнений равновесия. Каждый стержень работает только на растяжении (сжатие). Центры шарниров, строго говоря, должны совпадать с главными осями сечений стержней – иначе возможны отклонения, как это показано у тебя в посте 1. Вопрос в том, какова их величина.

Онлайн-ресурса для обсуждения тем прочности не знаю. С пособиями Алямовского, ты, надеюсь знаком. Мне серьезным расчетом ферм заниматься не доводилось. Зато твердотел в свое время достал… Если интересна зависимость результатов от размера КЭ - полистай мою старую тему:

<noindex>http://fsapr2000.ru/index.php?showtopic=35898</noindex>

Успехов!

[nev_a 0]

Да, конечно, Алямовского читал и читаю! Ок, спасибо, за ссылку.

[nev_a 0]

Продолжил эксперименты с балочной сеткой и вообще с изучением Simulation. Кто поможет оценить мои выводы-спасибо огромное.

Исходная модель-профильная труба 50х50х5,0 мм, длиной 1000 мм. Условия закрепления - заделка по краям (зафиксировано). Нагрузка приложена по центру пролёта, величина 50 кгс, направлена перпендикулярно плоскости трубы.

Сделал 4 варианта расчёта:

1. Твердотельная модель;

2. Твердотельная модель с условиями симметрии относительно медиальной плоскости трубы (сечение на расстоянии 500 мм от торца, нагрузка 25 кгс на вдвое уменьшенную по площади площадку, по сравнению с неиспользованием свойства симметрии);

3. Оболочечная модель;

4. Сетка типа балок.

Картинки эпюр прикладываю.

Начну с балочной сетки. Напряжения и моменты точно совпадают с данными, полученными по аналитическим формулам.

Остальные модели дают несколько большие "местные" напряжения. При использовании оболочечной сетки, глядя на эпюру напряжений (мембрана), вижу "близкие" значения к балочной сетке - 4,9 МПа. Среднеквадратичное напряжение в центральном сечении трубы при твердотельном моделировании составляет 4,35 МПа. Значение перемещений во всех случаях очень близки. Напряжения на "поверхности" трубы при твёрдотельном и оболочечном методе также весьма близки.

Вопросы касательно теории, верно ли я полагаю, что:

1. Напряжения рассчитанные по аналитическим формулам (и при использовании сетки с элементами "балка") в общем случае всегда отличаются от напряжений полученных в результате твердотельного (оболочечного) моделирования. Причина различий с аналитическими данными - допущения, принятые при расчётах. Причина различий между разными методами моделирования - различные по своей природе конечные элементы, вероятно, различные методы их обработки программой.

2. Фактически более "правильными" являются напряжения, полученные при использовании твёрдотельных КЭ и оболочечных. Напряжения считаются "в каждой точке" тела, естественно с учётом интерполяции и это даёт более наглядную картину поведения изделия. В то время как по "балочной" сетке мы можем выявить лишь опасные сечения.

3. При расчёте плоских рам используя балочную сетку, создаются узлы. Эти узлы являются в своей сущности аналогом "заделки" в сопромате (т.е. там возникают моменты).

Вопросы касательно практики, верно ли я понимаю что:

1. Балочные элементы сетки стоит использовать для предварительной оценки прочности конструкции.

2. Верно ли задавать в качестве граничных условий, имитирующих заделку - фиксацию плоскостей. Применительно к жизни, возможно ли в первом приближении таким способом имитировать сварочное соединение, для не сплошных сечений (кольцо). Для сплошных сечений типа круг - это вероятно не так, принимая что сварка идёт по наружному замкнутому контуру, сплошным швом. Катет сопоставим с толщиной стенки профиля.

3. Сосредоточенную нагрузку следует прилагать по некоторой площадке, если прилагать в точке напряжения в данной точке будут стремиться к бесконечности.

Это первые вопросы, уже созрело ещё несколько. Сейчас попробую увеличить нагрузку, возможно разница в значениях по напряжениям, используя разные КЭ ещё увеличится.

Изменено 31 мая 2012 пользователем nev_a

[nev_a 0]

"3. При расчёте плоских рам используя балочную сетку, создаются узлы. Эти узлы являются в своей сущности аналогом "заделки" в сопромате (т.е. там возникают моменты)." - извиняюсь, плохо разобрался, вопрос разобрал. Был не прав, почитал хелп повнимательнее. Жёсткое соединение задаётся по умолчанию, но подлежит редактированию, есть варианты выбора типа узла.

[ccc44 53]

"3. При расчёте плоских рам используя балочную сетку, создаются узлы. Эти узлы являются в своей сущности аналогом "заделки" в сопромате (т.е. там возникают моменты)." - извиняюсь, плохо разобрался, вопрос разобрал. Был не прав, почитал хелп повнимательнее. Жёсткое соединение задаётся по умолчанию, но подлежит редактированию, есть варианты выбора типа узла.

Хорошо, что ты сам это заметил. Балка, защемленная на двух концах, - для сопромата задача статически неопределимая. В справочниках формулы максимального момента нет. А здесь, эпюра изгтбающего момента получается одним щелчком:

А для классической двухопорной балки:

решение действительно совпадает с точностью до 4 знака:

Mz/Wz= 12500/11,9= 10,50 МПа. (Момент сопротивления изгибу - из Тулбокса).

Что касается твердотела, то там все дело портит сингулярность - бич МКЭ. Я обычно считаю на самой крупной сетке. Вот зоны сингулярности в сжатых и растянутых участках:

Оболочечные элементы лучше применять для баллонов, емкостей, т.е. там, где напряженное состояние двумерное.

Но, молодец, что осваиваешь. Я бы приложил свой файл, но у меня 12 солид.

[nev_a 0]

Спасибо за комментарии.

Файлы у меня похожие есть. Я с такой трубой относительно долго возился.

По-поводу справочников и формулы для защемлённой балки, то она вроде как в 1-м томе Анурьева была...Mmax=PL/8, где P - сосредоточенная сила, L - длина пролёта балки.

"Зона сингулярности" - как правильнее объяснить этот термин? Это зона где функция (в общем случае), в Вашем примере напряжения, стремятся к бесконечности? Картинкой (весь этот абзац речь идёт о твердотеле) вы проиллюстрировали, что если силу приложить в точке, возникнут эти самые "сингулярности" и напряжения, наблюдаемые в этой зоне неадекватны, верно? Точнее математически они считаются верно, но в связи с некорректной постановкой задачи применительно к "жизни" это не так. Некорректным я считаю прикладывание нагрузки в точку, т.к. в жизни этого не бывает, всё равно получается какая-то площадка. Вопрос касательно напряжений на торца трубы-там разве есть "сингулярность", т.е. разве эти напряжения неверны?

Вот тут такой вопрос ещё у меня в голове засел, как правильно принять узел в расчётной схеме-заделка или шарнир? Ясно, что шарнир-нет момента, заделка-есть. Почему иногда один и тот же узел считают как заделку, а иногда как шарнир? Например, если взять сварку, казалось бы, жёсткое соединение-заделка, на других форумах смотрю похожие темы, вижу ответы: что всё относительно.

Порывшись на форумах, я пришёл к таким выводам,пусть есть две тонкие металлические пластины (пусть 3 мм), а между ними, перпендикулярно к плоскостям приварен профиль (труба, швеллер, двутавр). Пусть труба обладает заведомо большей жёсткостью чем стенка. Нагрузка приложена по центру профиля, перпендикулярно его длиной стороне. Тогда узел-шарнир. Во вложении примерная иллюстрация.

В противном случае, если стенка "более жёсткая" по сравнению с профилем, то узел-заделка. Прошу сказать прав я или нет.

И наконец, может кто-нибудь выложить какую-нибудь живую модельку (желательно сборку) для расчёта в читабельном формате (SW 2011) в чисто учебных целях, которую вы когда либо рассчитывали. Я бы хотел её посчитать и если можно сравнить с полученными вами результатами. Понимаю, что это достаточно нахально, но в конечном итоге почему бы не спросить, все же когда-то начинали)))

Такое ощущение, что чем глубже влезаешь-тем больше вопросов...

Изменено 6 июня 2012 пользователем nev_a

[ccc44 53]

"Зона сингулярности" - как правильнее объяснить этот термин?

Это я неправильно выразился. Она возникает в узлах сетки: острых углах, в жесткой заделке, в точке приложения силы. Но не всегда. Я тоже раньше боялся прикладывать силу к узлу - теперь не боюсь…

Вот здесь это более ярко выражено:

швеллер_.zip

В 11 солиде. Сейчас времени нет. Посмотри: учитывает ли расчет балочными элементами скручивание швеллера или нет?

[nev_a 0]

Не могу разобраться как отличить сингулярность (читай-не верное напряжение) от действительно опасных напряжений? Как грамотно провести оценку того что я вижу?

В вашем примере со швеллером на эпюре напряжений есть некая "красная зона" с максимальными напряжениями. Я расценил её как сингулярность, но основой к такому заключению послужило только тупо моё мнение. Однако, не обладая достаточным опытом я отношусь к таким заключениям весьма критически. Прикрепляю картинку для наглядности.

Касательно кручения, приложил крутящий момент к дальнему торцу того же швеллера, рассчитал твердотелом. Взял структуру балок, тот же швеллер, задал крутящий момент. Но ни на одной эпюре ничего путного не увидел. Условно говоря-напряжений нет. Может я чего накосячил, в граничных условиях? Не уверен, что верно задал крутящий момент. Если не трудно, знающие люди, поправьте! Модельку прикрепляю.

Хотя,если я ничего не путаю, в книге Алямовского А.А. от 2008 года, написано, что балочные элементы лучше не применять, если подозревается кручение. В таком случае лучше применять расчёты с поверхностными КЭ.

швеллер_2.zip

Изменено 8 июня 2012 пользователем nev_a

[soklakov 1 479]

Сингулярность от слова бесконечность. Три варианта: скачок в геометрии, скачок в ГУ, скачок в свойствах материала. Отличить ее довольно просто - чем мелче сетка в облатси сингулярности - тем выше напряжения.

[nev_a 0]

Т.е. можно просто "поиграть" сеткой? Если напряжения какие были до уменьшения и примерно такие же остались после-то всё ок, это не сингулярность, а реальные напряжения. Если напряжения значительно возросли-то сингулярность. Верно?

[ccc44 53]

Т.е. можно просто "поиграть" сеткой? Если напряжения какие были до уменьшения и примерно такие же остались после-то всё ок, это не сингулярность, а реальные напряжения. Если напряжения значительно возросли-то сингулярность. Верно?

Верно. Поиграй с плоскостью заделки. Вот так:

Мы зафиксировали каждую точку этой плоскости. Т.е. перемещение каждой точки равно 0. И напряжения тем больше будут стремиться к бесконечности, чем дальше узел от нейтральной оси. Проверь зондированием. у меня различие по максимумам в 2,5 раза.

[nev_a 0]

Верно. Поиграй с плоскостью заделки.

Мы зафиксировали каждую точку этой плоскости. Т.е. перемещение каждой точки равно 0. И напряжения тем больше будут стремиться к бесконечности, чем дальше узел от нейтральной оси. Проверь зондированием. у меня различие по максимумам в 2,5 раза.

Спасибо, проверю! Блин, вроде это достаточно очевидно и так долго не могло у меня в голове уложиться.

[soklakov 1 479]

Т.е. можно просто "поиграть" сеткой? Если напряжения какие были до уменьшения и примерно такие же остались после-то всё ок, это не сингулярность, а реальные напряжения. Если напряжения значительно возросли-то сингулярность. Верно?

Сингулярность так индентифицировать можно. С реальными напряжениями чуть веселее.

Существует понятие сеточной сходимости. Если при измельчении сетки интересующий параметр асимптотически стремится к некоторому значению - то сходимость достигнута, можно утверждать что решение более менее верное. Если же Вы мельчите сетку и прыгаете вокруг какого-то значения, то решение не совсем устойчиво. Вполне вероятно, близкое к верному, но возможны варианты.

[nev_a 0]

Сингулярность так индентифицировать можно. С реальными напряжениями чуть веселее.

Существует понятие сеточной сходимости. Если при измельчении сетки интересующий параметр асимптотически стремится к некоторому значению - то сходимость достигнута, можно утверждать что решение более менее верное. Если же Вы мельчите сетку и прыгаете вокруг какого-то значения, то решение не совсем устойчиво. Вполне вероятно, близкое к верному, но возможны варианты.

Понял, спасибо!