4658

Программный комплекс Ansys

Книга

Информатика, кибернетика и программирование

Программный комплекс Ansys Современный комплекс ANSYS– это наиболее распространенная в мире программа конечно-элементного анализа общего назначения. Он не только обладает наиболее широкими функциональными возможностями, но и наиболее прос...

Русский

2012-11-23

1.66 MB

130 чел.

Программный комплекс Ansys

Современный комплекс ANSYS – это наиболее распространенная в мире программа конечно-элементного анализа общего назначения. Он не только обладает наиболее широкими функциональными возможностями, но и наиболее прост в использовании и обеспечивает инженера, проектировщика и расчетчика полным набором возможностей для анализа и оптимизации проекта.

ANSYS предлагает законченную среду, включающую в себя твердотельное моделирование, препроцессирование, решение, постпроцессирование, графическое отображение результатов и возможность оптимизации проекта. Он является системой компьютерного инжениринга, объединяющей функции проектирования и анализа для получения высококачественных конструкций и сокращения цикла разработки новых изделий.

Самостоятельная работа по дисциплине «Разработка САПР» подразумевает владение современными системами автоматизированного проектирования и инженерного анализа.

Целью данных методических указаний является овладение навыками работы в одной из CAE-систем мирового уровня – программном комплексе ANSYS.

Студенту необходимо получить навыки работы в модулях ANSYS, выполнить расчеты по оптимизации конструкции предлагаемых деталей при воздействии на них силовых и тепловых нагрузок.

Лабораторная работа № 1

Ознакомление с комплексом ANSYS,

основами геометрического моделирования

Цель работы: ознакомиться с основными функциональными группами комплекса ANSYS.

При запуске ANSYS появляется окно (рис. 1), где предлагается выбрать один из нескольких модулей.

Рис. 1. Меню запуска ANSYS

В начале работы необходимо мышкой выбрать модуль Geometry. При входе в этот модуль появится окно выбора единиц измерения (рис. 2).

Рис. 2

По умолчанию выбираются миллиметры и нажимается ОК.

Появляется экранное меню ANSYS (рис. 3).

Рис. 3. Экранное меню модуля DesingModeler

В меню команд размещены в логическом порядке все необходимые для построения любой сложности детали (изделия) следующие команды:

В меню Create:

New Plane – Новый план

Extrude – Вытягивание

Revolve – Вращение

Sweep – Проекция

Skin/Loft – Натянуть поверхность на сечение

Thin/Surface – Создать оболочку

Fixed Radius Blend – Скругление с фиксированным радиусом

Variable Radius Blend – Скругление с переменным радиусом

Chamfer – Фаска

Body Operation – Операции над деталью

Face Delete – Удаление поверхности

Point – Разбиение на участки с выделением указанных точек

В меню Concept:

Lines From Points –Линии из точек

Lines From Sketches - Линии из эскиза

Lines From Edges – Линии из ребер

3D Curve – трехмерная кривая

Split Line Body – Разделение линии

Surfaces From Lines – Поверхность из линий

Surfaces From Sketches - Поверхность из эскиза

Cross Section – Пересекающиеся секции

В меню Tools:

Freeze – Закрепить

Unfreeze – Снять закрепление

Named Selection – Названный выбор

Joint - Соединение

Enclosure - Корпус

Fill - Заливка

Surface Extension – Поверхностное расширение

Model Analyzer – Анализатор модели

Form New Part – Сформировать новую часть

Parameters - Параметры

Options - Опции


Построения в этом модуле рассмотрим на следующем примере (рис. 4).

Рис. 4. Объемное изображение

Чтобы с нуля создать новую модель, необходимо начать с базового эскиза, создавая начальный элемент.

1. Выберите плоскость, на которой Вы собираетесь чертить эскиз. Выберите режим «Проектирование» нажатием на переключатель «Проектирование», расположенный внизу дерева характеристик. Откроется пять чертёжных палитр инструментов. Для начала процесса создания модели откройте DesignModeler на начальной странице, выбрав Геометрию. Чтобы начать черчение, выберите один из инструментов черчения из палитры инструментов черчения. К примеру, нажмите на инструменте «Прямоугольник». Вы можете легко начертить прямоугольник при помощи нажатия левой кнопки мыши в левом верхнем углу, затем переместить мышь в правый нижний угол и нажать повторно (рис. 5).

Рис. 5. Построение прямоугольника

2. Дополнительные поверхности могут быть добавлены выбором соответствующих инструментов черчения. Точное расположение и размеры не так важны на этом шаге. Нажмите на инструменте «Окружность» для добавления двух окружностей, представляющих собой два сквозных отверстия в законченной модели. Просто задайте им любое расположение. Вы можете скорректировать их расположение в дальнейшем (рис. 6).

Рис. 6. Построение окружностей

3. После окончания грубого наброска выберите палитру измерительных инструментов и нанесите размеры, выбирая подходящий инструмент из палитры. DesignModeler поддерживает ряд размерных инструментов, которые можно найти в развитых CAD системах. Выберите измерительный инструмент «Диаметр», а затем две окружности для их образмеривания. В отличие от чертёжных систем, DesignModeler автоматически не позиционирует размерные выноски, но вы можете это делать вручную путём перетаскивания мышью (рис. 7).

4. Для выбора отображения Имени и/или Значения (на иллюстрации показан вариант с именем)  необходимо выбрать инструмент Display Name/Value в палитре Измерительных инструментов (рис. 8).

Рис. 7. Простановка диаметральных размеров

Рис. 8. Отображение значений построенного эскиза


5. После определения 2D модели можно начинать построение твердотельной 3D модели, используя одну из функций построения предлагаемых DesignModeler. К примеру, для создания твердотельной модели из профиля вы можете воспользоваться поворотом или выдавливанием по траектории. DesignModeler также имеет возможность объединения эскизов для формирования модели, для этого существуют инструменты Skin/Loft. После определения всех размеров вы можете создать твердотельную 3D модель по нажатию на операционные кнопки Выдавливание (“Extrude”), Выдавливание Поворотом (“Revolve”) и т.д. из палитры инструментов операции. К примеру, шаблон нужно выдавить на глубину 30 мм. Нажмите «Выдавить», затем определите глубину выдавливания в окне «Детали Операции» (“Feature Details”). На рис. 9 изображение изометрической проекции, которую можно увидеть, нажав на правую кнопку мыши в окне отображения модели и выбрав Вид -> Изометрия из контекстного меню.

Рис. 9. Изображение изометрической проекции

6. Указав глубину выдавливания, необходимо нажать на кнопку преобразований “Generate” (рис.10). В этом примере 2D профиль эскиза выдавливанием преобразовали в 3D модель.

Рис. 10. Построение 3D модели

7. На этом этапе можно вернуться к режиму редактирования эскиза, нажав на закладке Эскиза, который находится под деревом вида, для завершения корректировочных действий по отношению к параметрам профиля. Используя инструмент Редактирования, находящийся на палитре измерений, просто выделите нужный размер и откорректируйте его в окне деталей. Также можно редактировать размер из окна деталей эскиза. В этом примере мы изменили значение диаметра D1 в эскизе Sketch1 на 20 мм (рис. 11).

8. После изменения размеров нажмите кнопку «Generate» из палитры инструментов операций для того, чтобы они вступили в силу.

9. В дополнение к инструменту создания твердотельной 3D модели по 2D эскизу, в возможности DesignModeler включена возможность прямого построения поверхности 3D модели. Щёлкните на закладке Моделирования для того, чтобы добавлять 3D элементы, используя соответствующие инструменты, подобные инструменты находятся в палитре инструментов 3D элементов. На рис. 12 показана модель в изометрической проекции. К примеру, щелкните по кнопке Смешивание, затем выберите фиксированный радиус из контекстного меню.

Рис. 11. Изменение диаметра отверстия

Рис. 12. Модель в изометрической проекции

10. Список Геометрии в Свойствах Операции будет указывать на отсутствие выделения (рис. 13).

Рис. 13. Указание в дереве построения на отсутствие выделения
или невыполнения всех операций команды

11. Выделите лицевую часть модели, щелкните «Not selected» и затем щелкните кнопку «Применить», следующую за свойствами геометрии, для завершения определения геометрии (рис. 14).

Рис. 14. Завершение выполнения команды

12. Задайте Радиус Перехода равным 5 мм в поле, следующем за «Blend Radius», и нажмите кнопку «Generate» для завершения операции (рис. 15, 16).

Рис. 15. Выделение поверхности и указание радиуса перехода на детали

Рис. 16. Выполнение радиусов скруглений на детали

13. Так как вы еще не закончили, то воспользуйтесь меню File -> Save для сохранения вашей модели. Имя, которое вы выбрали, появится в корне дерева операций в закладке DesignModeler страниц навигации проекта (рис. 17).

Рис. 17. Сохранение построенной детали под определенным именем

Задания для самостоятельной работы

Расстояния между отверстиями и их местоположение в детали определяются после оптимизационных расчетов.

Деталь № 1 (рис. 18).

Варианты детали №1

H1, мм

H2, мм

L1, мм

L2, мм

D1, мм

D2, мм

S, мм

1

15

23

16

16

5

5

2,5

2

20

20

20

10

3,5

5

1,5

3

10

40

15

30

2

3

0,3

4

30

20

15

15

12

12

5

5

14

14

10

10

6

6

1

Рис. 18. Деталь № 1

Деталь №2 (рис. 19).

Варианты детали №2

H1, мм

H2, мм

H3, мм

R, мм

S, мм

1

20

10

15

5

1,5

2

20

8

17

3

0,5

3

10

15

5

10

2

4

25

13

15

12

3

5

14

14

7

7

1

Рис. 19. Деталь №2

Деталь №3 (рис. 20).

Варианты детали №3

H1, мм

H2, мм

D, мм

Z, мм

S, мм

1

5

20

2,5

4

1,5

2

20

10

0,5

7

0,5

3

7

40

6

5

2

4

12

27

5

3

1,2

5

14

14

3

3

1

Рис. 20. Деталь №3

Деталь №4 (рис. 21).

Варианты детали №4

H1, мм

H2, мм

R1, мм

R2, мм

D1, мм

D2, мм

S, мм

1

15

23

4

5

4

5

2,5

2

20

20

10

10

5

5

1,5

3

10

40

3

8

2

3

0,3

4

30

20

15

15

3

15

5

5

14

4

6

3

6

4

1

Рис. 21. Деталь № 4

Лабораторная работа №2

Статический и динамический анализ в ANSYS

Цель работы: ознакомиться с основными операциями построения и проведения статического и динамического анализов.

В модуле Simulation проводятся расчеты на прочность (статический и динамический анализ) и тепловые расчеты. Общий вид модуля приведен на рис. 22.

Рис. 22. Экранная форма модуля Simulation

После того как мы уже имеем готовую твердотельную модель, нам необходимо провести расчеты на прочность конструкции.

В меню Structural находятся следующие команды:

Acceleration - Ускорение

Standard Earth Gravity – Стандартное ускорение свободного падения

Rotation Velocity – Скорость вращения

Pressure – Давление

Force – Сила

Remote Force – Внешняя сила

Bearing Load – Нагрузка на опору

Pretension Bolt Load – Нагрузка на шарикоподшипник

Moment – Кручение (момент)

Fixed Support – Жесткая заделка

Given Displacement – Данное распределение

Frictionless Support - Шарниры

Compression Only Support – «тиски»

Cylindrical Support – Закрепление цилиндра между направляющими

Процесс создания расчета напряжений рассмотрим на следующем примере.

1. Выберите проект модели, для которой вы собираетесь произвести расчет (“New simulation”).

2. Выберите расчет напряжений (“Simulation Wizard → Fatigue Branch”). После этого будет создан набор инструментов для расчета (рис. 23).

 

Рис. 23. Выбор вида анализа

3. Нажимаем на вкладку Environment правой кнопкой мыши → “Insert” → “Fixed Support”  и выбираем грань, которая будет жестко закреплена → Apply.  Также задаем силу (“Force” = 5000 N), действующую на деталь, выбрав грань, точку приложения и направление действия силы → Apply (рис. 24).

Рис. 24.  Закрепление детали и приложение нагрузки

4. Нажимаем “Solve” → после расчета просматриваем результаты во вкладке “Solution” (рис. 25).

Рис. 25. Показ результатов расчета

5. Для сохранения проекта расчета воспользуйтесь меню File -> Save. Имя, которое вы выбрали, появится в корне дерева операций в закладке DesignModeler страниц навигации проекта.

Задания для самостоятельной работы

1. Выберите проект модели (созданный ранее), для которой вы собираетесь произвести расчет (“New simulation”).

2. Выберите расчет напряжений (“Simulation Wizard → Fatigue Branch”). После этого будет создан набор инструментов для расчета.

3. В дереве проекта нажимаем на вкладку Environment правой кнопкой мыши → “Insert” → “Fixed Support”  и выбираем торцевую грань нажатием левой клавишей мыши (грань должна выделиться зелёным цветом), которая будет жестко закреплена → Apply.

4. Также задаем силу N, действующую на деталь (“Force”), выбрав грань нажатием левой клавишей мыши (грань должна выделиться зелёным цветом), точка приложения выбирается курсором мыши, направление действия силы выбирается на вкладке “Direction” → Apply.

5. Аналогично задаем остальные силы, действующие на деталь № 1, 2, 3…

6. Нажимаем “Solve” → после расчета просматриваем результаты во вкладке “Solution”.

7. Создайте файл анимации результатов расчетов.

Визуализация результатов расчета реализуется выполнением следующих команд:

1. Выберите расчет, параметры которого вы хотите визуализировать, для этого нажмите левой клавишей мыши в дереве построений анализа.

2. В основном окне программы появится изображение выбранной нагрузки, деформации, температуры и т.д.

3. Параметры отображения результатов расчета можно изменять при помощи кнопок визуализации.

Geometry:

  1.  отображать модель полностью.
  2. – отображать изоповерхности.
  3.  отображать, вырезая изоповерхности.
  4. – отображать сечения детали (см.  п.4).

Contours:

  1. – сглаживание.
  2. – отображать четкие границы цвета.
  3. – отображать в изолиниях.
  4. – отображать только изменение формы детали.

Edges:

  1.   отображать без граней.
  2. – отображать грани детали до воздействия нагрузок.
  3. – отображать деталь до воздействия нагрузок.
  4.   отображать конечные элементы.

4. Для создания просмотра изменения параметров в сечении нажмите кнопку (Draw Slice Plane) и укажите участок, где хотите создать сечение. Для изменения сечения нажмите кнопку (Edit Slice).

5. Для захвата изображения в файл нажмите на кнопку  (Capture) на основной панели инструментов и укажите имя файла и формат изображения.

6. Для просмотра изменений параметров во времени нажмите на кнопку (Animate), для приостановки воспроизведения (Pause), для остановки (Stop). Для сохранения видеоролика нажмите кнопку (Export Animation file) и укажите имя файла.

7. Для изменения скорости просмотра зайдите ViewAnimation Speed.

Варианты заданий

N1, Н

N2, Н

N3, Н

1

150

300

-

D1/ Нижняя грань

Верхняя грань

2

-20

-

200

Верхняя грань

Фронт

3

100

-

-

Верхняя грань

4

3000

-200

150

Нижняя грань

D2/ верхняя грань

D1

5

-

100

-

D1 / Нижняя грань

6

370

460

-500

Фронт

Нижняя грань

Верхняя грань

* Точку приложения сил выбирать произвольно.

Лабораторная работа №3

Тепловой анализ в системе ANSYS

Цель работы: ознакомиться с основными операциями построения и проведения теплового анализа.

После того как мы уже имеем готовую твердотельную модель, нам необходимо провести расчеты воздействия температур на конструкцию.

В меню Thermal (см. рис. 22) находятся следующие команды:

Convection - Конвекция

Given Temperature – Заданная температура

Internal Heat Generation – Внутренние тепловыделение

Heat Flux – Выделение тепла

Heat Flow – Тепловой поток

Perfectly Insulated – Идеальная изоляция

С работой в этом модуле познакомимся на следующем примере.

1. Выберите проект модели, для которой вы собираетесь произвести расчет (“New simulation”).

Выберите расчет напряжений (“Simulation Wizard → Thermal Branch”). После этого будет создан набор инструментов для расчета (рис. 26).

Рис. 26. Меню выбора типа анализа

2. Нажимаем на вкладку Environment правой кнопкой мыши → “Insert” → “Given Temperature”  и выбираем грань, для которой задаем температуру (300 ОС) → Apply (рис. 27).

Также задаем конвекцию (Convection = 50), действующую на деталь, выбрав поверхность → Apply.

Рис.  27. Задание температурных условий

3. Нажимаем “Solve” → после расчета просматриваем результаты во вкладке “Solution”  (рис. 28).

Рис. 28. Просмотр результатов расчета на воздействие температуры

4. Для сохранения проекта расчета воспользуйтесь меню File -> Save. Имя, которое вы выбрали, появится в корне дерева операций в закладке DesignModeler страниц навигации проекта.

Задания для самостоятельной работы

1. Выберите проект модели (созданный ранее), для которой вы собираетесь произвести расчет (“New simulation”).

2. Выберите расчет температур (“Simulation Wizard → Thermal Branch”). После этого будет создан набор инструментов для расчета.

3. Нажимаем на вкладку Environment правой кнопкой мыши → “Insert” → “Given Temperature”  и выбираем грань нажатием левой клавишей мыши (грань должна выделиться зелёным цветом), для которой будет задана температура → Apply.

4. Также задаем конвекцию (“Convection”), действующую на деталь, выбрав поверхность приложения (поверхность должна выделиться зелёным цветом), → Apply.

5. Нажимаем “Solve” → после расчета просматриваем результаты во вкладке “Solution”.

6. Аналогично задаем остальные температурные воздействия, действующие на деталь T1, 2, 3…

7. Нажимаем “Solve” → после расчета просматриваем результаты во вкладке “Solution”.

8. Создать файл анимации результатов расчетов.

Варианты заданий

T1, OC

T2, OC

T3, OC

1

150

500

56

Нижняя грань

Фронт / конвекц.

Торец

2

-200

200

-

Верхняя грань

D1 /Фронт

3

100

300

-

D1 / Нижняя грань

Верхняя грань

4

3000

-200

150

Нижняя грань

D2/ верхняя грань

D1 / Торец

5

25

100

-

D1 /Фронт

Торец / конвекц.

6

370

60

-50

Фронт

D1 /Нижняя грань

Верхняя грань


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

7454. Формирование личности в воспитательном процессе 59 KB
  Формирование личности в воспитательном процессе. Введение. Педагогика - наука о целенаправленном процессе передачи человеческого опыта и подготовки подрастающего поколения к жизни и деятельности. Педагогика буквально переводится с греческого ...
7455. Проектирование воспитательно-образовательного процесса в летний период с детьми в соответствии с ФГТ 55.86 KB
  Проектирование воспитательно-образовательного процесса в летний период с детьми в соответствии с ФГТ Введение В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение в мировое образовательное пространство...
7456. Формирование кадрового резерва государственной службы 141.5 KB
  ВВЕДЕНИЕ Новая модель государственного управления, реформирование государственной службы России, ее аппарата невозможны без грамотного обновления руководящих кадров, без наполнения органов государственной власти и местного самоуправления лицами, спо...
7457. Технологический процесс изготовления ступицы 420.5 KB
  Технологический процесс изготовления ступицы Введение. Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от опережающего развития производства нового оборудования, машин, станков и аппаратов, от в...
7458. Электроника и микросхемотехника. Курс лекций 2.16 MB
  Электроника и микросхемотехника Курс лекций. Введение Полупроводниковые диоды. Принцип работы диода. Вольт-амперная характеристика диода. Выпрямительные диоды. Высокочастотные диоды. Импульсные диоды. Стаби...
7459. Цифровые системы передачи 410 KB
  Цифровые системы передачи. Регенератор. Регенерация формы цифрового сигнала. Проходя через среду распространения, цифровой сигнал ослабляется и подвергается искажению и воздействию помех, что приводит к изменению формы и длительности им...
7460. Проектирование червячного одноступенчатого редуктора с нижним расположением червяка по заданным параметрам 485 KB
  Целью курсовой работы является проектирование червячного одноступенчатого редуктора с нижним расположением червяка по заданным параметрам. В литературном обзоре курсовой работы рассмотрены общие сведения о червячной передачи, достоинства и недостатк...
7461. Изучение кинетики химического травления полупроводника – арсенида галлия. Изучение влияния температуры на кинетику химического травления арсенида галлия в растворе брома в метаноле 91 KB
  Лабораторная работа №1,2 по курсу химии По теме: Изучение кинетики химического травления полупроводника - арсенида галлия. Изучение влияния температуры на кинетику химического травления арсенида галлия в растворе брома в метаноле. Выполнила с...
7462. Проектирование червячной зуборезной фрезы 283 KB
  Проектирование червячной зуборезной фрезы Содержание: 1. Цель и выполняемые задачи работы 2. Исходные данные 3. Определение числа заходов фрезы nZ0 4. Назначение расчетного профильного угла исходной рейки 5. Определение шага зубьев фрезы в нормально...