Введение в ANSYS

Термоупругий расчет

Цель работы: выполнить связанную тепловую и прочностную задачу для конструкции приведенной на рисунке 30.

Тип анализа	Связанный тепловой и прочностной расчет для неоднородной конструкции
Тип используемого конечного элемента	Двумерный твердотельный (Thermal Solid)
Тип граничных условий	Назначение температуры узлам сетки
Возможности	Наложение температурного поля в прочностном анализе в качестве нагрузки

Рис. 30

Порядок выполнения работы:

1. Определяем тип анализа:

MAIN MENU => PREFERENCES…=> THERMAL => ОК.

2. Выбираем тип используемого элемента, задаём его толщину и определяемся со свойствами материала:

3

Задаем тип элемента: M.M. => PREPROCESSSOR => ELEMENT TYPE => ADD/EDIT/DELETE => ADD… => THERMAL SOLID QUAD 4 NODE 55 => OK => CLOSE. Задаем материал:

2

1

M.M. => PREPROCESSSOR => MATERIAL PROPS => MATERIAL MODELS. Затем, следуя цифрам на рисунке 31, выполняем действия:

A.

– STRUCTURAL => LINEAR => ELASTIC => ISOTROPIC: EX = 2 E11, PRXY = 0.22 => OK;

– STRUCTURAL => DENSITY: DENS = 7800;

– STRUCTURAL => THERMAL EXPANSION COEF => ISOTROPIC: ALPX = 1E-7.

Б.

– THERMAL=> CONDUCTIVITY => ISOTROPIC: KXX = 30;

– THERMAL=> SPECIFIC HEAT: C = 100.

В. MATERIAL => NEW MODEL: 2 => OK.

Г. Первыми двумя пунктами задаем свойства стали, третьим - определяем второй материал. Повторяем пункт 1 и 2, задаем свойства алюминия с параметрами: EX = 1.69E10, PRXY = 0.25, DENS = 2780, ALPX = 1E-6, KXX = 40, C = 80.

3. Строим деталь:

А: M.M. => PREFERENCES => –MODELING– CREATE => –AREAS– RECTANGLE => BY DIMENSIONS… и задаем координаты X1, X2 и Y1, Y2 равные 0, 0.3 и 0, 0.06 соответственно. Нажимаем ОК.

M.M. => PREFERENCES => –MODELING– CREATE => KEYPOINTS => KP BETWEEN KPS вводим поочередно точки a и b (отмеченные на рисунке 32), нажмите ОК потом еще раз ОК и получите точку e.
Теперь повторив последнюю операцию и обозначив точки c и d, получим точку f.

В. M.M. => PREFERENCES => –MODELING– CREATE => –LINES– LINES => STRAIGHT LINE выделяем точки e потом f и нажимаем ОК, получаем линию.

3. Разделяем полученный прямоугольник по построенной линии:

M.M. => PREFERENCES => –MODELING– OPERATE => DIVIDE=> AREA BY LINE => нажимаем на прямоугольник => OK=> нажимаем на линию => OK.

4. Задаем каждой половине свой материал:

M.M. => PREFERENCES => –ATTRIBUTES– DEFINE => PICKED AREAS => выделяем верхнюю половину => OK => OK => PICKED AREAS => выделяем нижнюю половину => OK => MATERIAL NUMBER = 2 => OK.

5. Разбиваем конструкцию:

А. Сначала задаем средний размер грани конечных элементов:

M.M. => PREFERENCES => –MESHING– SIZE CNTRLS => –MANUAL SIZE– –GLOBAL– SIZE и переменной SIZE присваиваем значение 0.01, нажимаем ОК.

Б. Производим разбиение:

M.M. => PREFERENCES => –MESHING– MESH => –AREAS– FREE => PICK ALL.

6. Задаем граничные условия для теплового расчета:

А. M.M. => SOLUTION => –LOADS– APPLY => –THERMAL– TEMPERATURE => ON LINES => выделяем линию bd (рис. 32) => OK => VALUE = 20 =>OK.

Б. M.M. => SOLUTION => –LOADS– APPLY => –THERMAL– TEMPERATURE => ON LINES => выделяем линию ac (рис. 32) => OK=> VALUE = 40 =>OK.

7. Проводим расчет:

M.M. => SOLUTION => –SOLVE– CURRENT LS => OK.

8. Переключаемся на прочностной анализ, используя результаты теплового:

А. M.M. => PREPROCESSOR => ELEMENT TYPE => SWITCH ELEM TYPE => THERMAL TO STRUCTURAL => OK.

Б. M.M. => SOLUTION => –LOADS– APPLY => –STRUCTURAL– TEMPERATURE => FROM THERM ANALY => выбираем файл с расширением *.rth, где *– название рабочего файла => OK.

В. Закрепляем конструкцию по линии ab (рис. 32):

M.M. => SOLUTION => –LOADS– APPLY => –STRUCTURAL– DISPLACEMENT => ON LINES => выделяем линии ae и eb => OK => ALL DOF => OK.

7. Проводим расчет:

M.M. => SOLUTION => –SOLVE– CURRENT LS => OK.

8. Просматриваем результаты расчета:

А. M.M.=> GENERAL POSTPROC => PLOT RESULTS => –CONTOUR PLOT– NODAL SOLU => DOF SOLUTION TRANSLATION USUM => OK.

Б. M.M. => GENERAL POSTPROC => PLOT RESULTS => –CONTOUR PLOT– NODAL SOLU => STRESS VON MISES => OK.

Содержание отчета: краткие теоретические сведения, подробное описание всех шагов расчета с помощью ANSYS при проведении термоупругого расчета, рисунки состояния детали после приложения нагрузок. Выводы.

Лабораторная работа №8

НЕСТАЦИОНАРНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ

Цель работы: проанализировать воздействие двух точечных источников 1 и 2 тепла на пластину, приведенную на рисунке 33.

Тип анализа	Нестационарный тепловой анализ конструкции
Тип используемого конечного элемента	Двумерный твердотельный (Solid)
Тип граничных условий	Конвекция, точечные нелинейные источники тепла
Возможности	Нелинейная конвекция и тепловой источник

Рис. 33

Порядок выполнения работы:

1. Определяем тип анализа:

MAIN MENU => PREFERENCES… => THERMAL => ОК.

2. Выбираем тип используемого элемента, задаём его толщину и определяемся со свойствами материала:

M.M. => PREPROCESSOR => ELEMENT TYPE => ADD/EDIT/DELETE => ADD… => THERMAL SOLID QUAD 4 NODE 55 => OK => CLOSE. Задаем материал: M.M. => PREPROCESSOR => MATERIAL PROPS => MATERIAL MODELS. Затем, следуя цифрам на рисунке 33, выполняем действия:

THERMAL => CONDUCTIVITY => ISOTROPIC. В окне CONDUCTIVITY FOR MATERIAL NUMBER 1 в поле KXX задаем 50.

2. Двойным нажатием раскрываем SPECIFIC HEAT и присваиваем C значение 30.

3. Аналогично раскрываем DENSITY и в поле DENS задаем 2788.

3. Строим деталь, которая будем представлять собой пластину размером 0,3´0,15 метра:

M.M. => PREPROCESSOR => -MODELING– CREATE=> –AREAS– RECTANGLE => BY DIMENSIONS… и задаем координаты X1, X2 и Y1, Y2 равные 0, 0.3 и 0, 0.15 соответственно. Нажимаем ОК.

4. Определяем точки на поверхности пластины, на которых будут находиться источники тепла: M.M. => PREPROCESSOR => –MODELING– CREATE => KEYPOINTS => HARD PT ON AREA => HARD PT BY COORD => выделяем поверхность на которой будет находится точка => OK=> указываем координаты 0.075, 0.5, 0=> HARD PT BY COORD => выделяем поверхность на которой будет находится точка => OK => указываем координаты 0.225, 0.1, 0.

5. Разбиваем конструкцию на конечные элементы:

А. Сначала задаем размер конечных элементов:

M.M. => PREPROCESSSOR => –MESHING– SIZE CNTRLS => –MANUAL SIZE– –GLOBAL– SIZE и переменной SIZE присваиваем значение 0.025, нажимаем ОК.

Б. Производим разбиение:

M.M. => PREPROCESSOR => –MESHING– MESH => –AREAS– FREE => PICK ALL.

6. Выбираем тип анализа:

SOLUTION => –ANALYSIS TYPE– NEW ANALYSIS… => TRANSIENT => OK => OK.

7. Задаем температуру окружающей среды и коэффициент теплопроводности:

M.M. => SOLUTION => –LOADS– APPLY => CONVECTION => ON AREAS=> присвоим: [SFA] APPLY FILM COEF ON AREAS=NEW TABLE и VAL2I BULK TEMPERATURE = 20 => OK=> NAME OF NEW TABLE = TEM => OK => I, J, K = 3, 1, 1 соответственно => OK. В соответствии с рисунком 34 заполняем поля таблицы 1 и потом: FILE => APPLY/QUIT.

8. Задаем источники температуры в точках, в одной постоянный в другой нет:

M.M. => SOLUTION => –LOADS– APPLY => HEAT GENERAT => ON KEYPOINTS => выделяем точку №5 => OK=> BFK = NEW TABLE => OK=> NAME OF NEW TABLE = IT => I, J, K = 2, 1, 1 соответственно. В соответствии с рисунком 35 заполняем поля таблицы 1 и потом: FILE => APPLY/QUIT.

Далее повторяем операцию: M.M. => SOLUTION => –LOADS– APPLY => HEAT GENERAT => ON KEYPOINTS => выделим точку №6 => OK => BFK = CONSTANT VALUE, VALUE = 10E6 => OK.

9. Определим начальную температуру пластины:

M.M. => SOLUTION=> –LOADS– APPLY => INITIAL CONDIT’N => DEFINE => PICK ALL => LAB = TEMP, VALUE = 20 => OK.

10. Задаем параметры расчета:

M.M. => SOLUTION => –ANALYSIS TYPE– Sol’s Control => Закладка BASIC => Time at end of loadstep = 10; Number of substeps = 50; Закладка Transient => Ramped Loading => OK.

11. Расчет:

M.M. => SOLUTION => –SOLVE– CURRENT LS => OK.

12. Просматриваем результаты расчета:

В районе переменного источника тепла выделяем узел и строим график температуры, выделенного узла, в зависимости от времени при помощи команд:

M.M. => TIMEHIST POSTPRO => DEFINE VARIABLES => ADD => NODAL DOF RESULT => ОК и M.M. => TIMEHIST POSTPRO => GRAPH VARIABLES….

Выводим поле температур в момент времени, когда температура ранее выделенного узла максимальна при помощи команд:

M.M. => GENERAL POSTPROC => –READ RESULTS– BY TIME/FREQ… и M.M. => GENERAL POSTPROC => PLOT RESULTS => –CONTOUR PLOT– NODAL SOLU => DOF SOLUTION => OK.

Содержание отчета: краткие теоретические сведения, подробное описание всех шагов расчета с помощью ANSYS при решении нестационарной тепловой задачи, рисунки состояния детали после приложения нагрузок. Выводы.

Содержание раздела

Главная сайта