Курс лекций по основам численного расчета на прочность в программном комплексе abaqus (стр. 8 из 8)

В модуле JOB создайте новый вычислительный процесс с уникальным именем, например, Beam&Cyl-1. Запустите его кнопкой Submit и пронаблюдайте полученные результаты в режиме анимации, нажав кнопку Animate Scale Factor или при помощи команд меню Animate – Scale Factor.

Полученный процесс можно переписать из модуля VISUALIZATION в видеоклип, что бывает особенно удобно при демонстрации результатов полученных расчетов, когда нет возможности воспользоваться пакетом ABAQUS 6.4 непосредственно. Для этого используйте команды меню Anmate – Save as. Укажите область захвата Capture как видимое окно Current viewport. Присвойте ожидаемому файлу уникальное имя, например, Rolling Cyl, и задайте его расширение как *.avi, после чего нажмите кнопку ОК. Теперь можно выйти из ABAQUS/CAE и открыть результат расчета любой подходящей программой, скажем, Irfan Viewer или Media Player.

Лекция 7.

Моделирование статической линейной задачи на примере нагрева и охлаждения консольно закрепленной балки. Исследование возникающих температурных изменений.

Рассмотрим такой вид статического нагружения, как тепловое воздействие. При теплопередаче температура U изменяется в зависимости от времени пропорционально теплопроводности материала: U_t = Q - c* DU. Здесь с – теплопроводность, D – оператор Лапласа, Q – тепловой поток.

Произведите те же действия, что и в начале пятого занятия так, чтобы модель состояла из консольно заделанной балки без каких-либо нагрузок. В модуле PROPERTY войдите в менеджер свойств, выберите имеющийся материал и нажмите кнопку Edit. Необходимо добавить дюрали новые свойства. В ABAQUS теплопроводность, строго говоря, отличается от c и задается на единицу длины (для сечения). Помимо того, ABAQUS для определения величины с объемного тела требует задания теплового параметра q = W_U, где W – внутренняя энергия на единицу объема. Выберите закладку Thermal и определите теплопроводность Conductivity = 3750 Дж/°С*м*с, а также тепловой параметр Specific Heat = 0.15 Дж/°С*м³. Подтвердите выбор кнопкой ОК и выйдите из менеджера свойств.

В модуле STEP удалите имеющийся шаг расчета и замените его теплопереносом Heat transfer. Время расчета Time Period задайте равным 4 с. Нажмите закладку Incrementation и задайте Type как Fixed, после чего введите Increment Size = 0.15, и Maximum Number of Increments = 100. Можно также изменить описание Description на, например, Thermal Load. Затем войдите в менеджер выходных данных Field Output Manager и выделите в нем существующее поле переменных, по умолчанию – F-Output-1. После нажатия кнопки Edit выберите в появившемся окне в качестве расчетных переменных, помимо уже имеющихся, температуру TEMP в точках интегрирования из раздела Thermal. Подтвердите выбор кнопкой ОК и выйдите из менеджера.

Перейдите в модуль LOAD и известным вам способом создайте новую нагрузку. В появившемся окне Create Load выберите категорию нагрузки Category – Thermal и тип Type for Selected Step - Surface heat flux. В окне Edit Load задайте Distribution как Uniform, то есть однородное распределение теплового потока. Укажите величину этого потока Magnitude равным 12000 Дж/с*м³. Подтвердите выбор нажатием ОК. При помощи мыши укажите область нагрева – свободный торец балки и снова подтвердите выбор.

В модуле MESH удалите имеющуюся сетку для балки. Нажмите кнопку Assign Element Type или используйте команды меню Mesh – Element Type, и в появившемся окне задайте семейство Family элементов как Heat transfer, а тип Element Type – как конвективно-диффузионный Convection/Diffusion. Теперь заново постройте сетку для всей балки, оставляя уже имеющееся разбиение.

В модуле JOB создайте новый вычислительный процесс с уникальным именем, например, Beam3D-Heat, и запустите его при помощи описанных ранее действий.

Теперь снова войдите в модуль LOAD. В менеджере нагрузок выберите имеющуюся нагрузку, по умолчанию – Load-1, и нажмите кнопку Edit. Измените знак потока – пусть балка охлаждается. Для этого задайте его величину Magnitude равной -1000 Дж/с*м³. Подтвердите ввод и создайте новый вычислительный процесс, например, Beam3D-Freeze. В модуле VISUALIZATION сравните изменения температур нагретой и охлажденной балок. Видно, что ближе к заделке элементы практически не меняют свою температуру. При помощи команд Result – Field Output выберите температуру TEMP в качестве первичной переменной Primary Variable и нажмите ОК. Откройте в другом окне результат предыдущего вычислительного процесса и сравните их.

Лекция 8.

Моделирование статической линейной задачи на примере электростатического взаимодействия консольно закрепленной балки с заряженными телами различной геометрической формы.

Рассмотрим еще один вид взаимодействий – электростатические силы. Как известно, на заряд q в поле E действует сила Кулона F=q*E, где E=Q/4ee₀r². Сообщим балке заряд и, поместив ее в поле, пронаблюдаем за ее поведением. В ABAQUS для восстановления напряжений необходима модель на основе материала с пьезоэлектрическими свойствами. Поле будем для простоты создавать наведенным в диэлектрическом образце.

Откройте файл с трехмерной моделью балки, сохраните его под новым именем и отредактируйте так же, как и на предыдущем занятии, сняв все нагрузки. Создайте новую деталь в модуле PART , так же, как вы строили балку, с единственным отличием – это должен быть куб 20*20.

В модуле PROPERTY задайте те же свойства, что и для балки. Можно непосредственно присвоить кубу имеющееся сечение, созданное ранее, по умолчанию Section-1. Теперь необходимо отредактировать сам материал, сделав его диэлектриком. Для этого откройте окно Edit Material для уже имеющегося материала, нажмите закладку Other, выберите Electric и добавьте ему следующие свойства: Piezoelectric – симметричный трехмерный тензор 3*3*3 задается компонентами коэффициентов пропорциональности между напряженностью и напряжением в элементе e_ijk = 12, 0, 0, 2, 4, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0 ; Dielectric – задается величиной диэлектрической проницаемости = 6.

Перейдите в модуль ASSEMBLY и создайте новую сборку из имеющихся деталей, просто добавив куб. Перенесите его вдоль оси «Z» на 50 мм и вдоль оси «Y» на 80 мм, удалив от балки, при помощи команд меню Part – Instance – Translate или соответствующей кнопки. Вектор переноса задайте, например, как (0.0,30.0,90.0).

В модуле INTERACTION определите взаимодействие типа Surface-to-Surface contact (Stanard) известным вам способом. В качестве главной поверхности возьмите внешнюю грань куба, ближайшую к балке, в качестве подчиненной – внешний торец балки, ближайший к кубу. В окне Edit Interaction в разделе Slave Node Adjustment выберите отказ от взаимной подгонки узлов Do not adjust Slave Nodes. Проскальзывание задайте как Small Sliding, коэффициент трения в формулировке Penalty введите равным 0.12, а в опциях проникающего взаимодействия Normal Behavior укажите Use augmented Lagrange.

Затем перейдите в модуль LOAD и закрепите куб, приложив граничное условие Symmetry/Antisimmetry/ Encastre к его верхней грани, а в качестве нагрузки задайте электростатическое взаимодействие, сообщив балке заряд 1 мКл. Для этого создайте новую нагрузку и в окне Create Load выберите категорию нагружения Category как Electrical, а тип ее Type for Selected Step как Concentrated Сharge. В окне Edit Load выберите при помощи мыши верхнюю точку посередине свободного торца балки – на ребре, построенном на втором занятии для получения точки приложения механической силы, с подтверждением ввода кнопкой Done. Затем введите соответствующую величину заряда Magnitude = 1e-6 и подтвердите ввод кнопкой ОК.

В модуле MESH удалите имеющуюся сетку для балки. Затем постройте новые сетки. В качестве опции определения размера элемента выберите Seed Edge By Number, задав по 4 элемента вдоль ребра куба и 16 элементов вдоль длинных ребер балки. Тип элементов возьмите C3D8E, задав семейство Family элементов для куба и балки как Piezoelectric.

Перейдите в модуль JOB, в котором создайте новый вычислительный процесс с уникальным именем, например, Charge-1. Запустите его кнопкой Submit и проследите за возникающими деформациями и напряжениями в обеих деталях, перейдя в модуль VISUALIZATION при помощи нажатия кнопки Results. Куб остается на месте, и напряжений в нем практически не возникает, что объясняется его поперечным размером относительно балки, которая, находясь в его наведенном находящимся на ней зарядом поле, начинает притягиваться к кубу.

А теперь сохраните вновь построенную базу данных по модели, повторите все произведенные действия с той лишь разницей, что в качестве куба постройте шар так, как это было описано на пятом занятии, радиусом 5 мм, и главной поверхностью при взаимодействии сделайте всю внешнюю поверхность шара. При построении сетки для шара возьмите размер элемента по периметру равным единице и не забудьте использовать пьезоэлектрические элементы типа TET. Присвойте новому вычислительному процессу уникальное имя, например, Charge-2, и сравните полученные для шара и куба результаты, открыв в соседних окнах соответствующие *.odb-файлы. Обратите внимание на то, что напряжения, возникающие в балке, не линейны, в отличие от аналогичного нагружения перерезывающей силой.