materia´l pro internı´ potˇebu fastfast10.vsb.cz/brozovsky/data/ansys1.pdfprogramovy´ syste´m...

VYSOKA SKOLA BANSKA – TECHNICKA UNIVERZITA OSTRAVA

FAKULTA STAVEBNI

Programovy system ANSYSMaterial pro internı potrebu FAST

Jirı Brozovsky

Kancelar: LP H406/3Telefon: 597 321 321

E-mail: [email protected]://www.fast.vsb.cz/brozovsky

Doporucena studijnı literatura

• http://www.ansys.com

• http://fast10.vsb.cz/studijni-materialy/metoda-kp/

• Kolar, V., Kratochvıl, J., Leitner, F., Zenısek, A. Vypocet plos-

nych a prostorovych konstrukcı metodou konecnych prvku,

SNTL, Praha, 1979

• Kolar V., Nemec I., Kanicky V. FEM Principy a praxe metody

konecnych prvku, Computer Press, Praha, 1997

• Dicky, J., Mistrıkova, Z., Sumec, J.: Pruznost a plasticita v

stavebnıctve 2, STU, Bratislava, 2005

• Ravinger, J., Psotny, M.: Analyza konstrukciı, Nelinearne

ulohy, STU, Bratislava, 20062

Zahranicnı navody a zdroje

• http://www.ansys.com

• http://www.xansys.org

• http://www.mece.ualberta.ca/Tutorials/ansys/

• http://www.csa.ru/CSA/CADS/docs/ansys/tut2/

• http://courses.cit.cornell.edu/ansys/

• http://www.google.com ;-)

3

Programovy system ANSYS (1)

• obecny konecne-prvkovy system (zadne normy aj.)

• program i dokumentace jen v anglictine

• velky pocet konecnych prvku pro ruzne ulohy

• mozno prımo pracovat s typy a sıtemi konecnych prvku

• kontaktnı ulohy

• statika, dynamika, vedenı tepla,...

• linearnı i nelinearnı ulohy

• vlastnı prıkazovy jazyk (mozno psat makra, pomocne pro-

gramy)

4


Licence

• sıt’ovy licencnı server na CIT VSB-TU (nexus.spc.vsb.cz)

• sıt’ovy licencnı server na FAST VSB-TU

• licence Academic Teaching (25x) – jen studenti (Bc., Ing.)

• licence Academic Research (5x) – pro neziskovy vyzkum,

Ph.D. studium

• licence Mechanical (1x) – komercnı

Verze programu

• Verze 11 . . . Teaching

• Verze 12 . . . Research

• Starsı verze nejsou licencnımi servery podporovany!5


Spustenı programu

• Start → Programy → ANSYS. . . → ANSYS Product Launcher

• Simulation Environent: ANSYS

• License: ANSYS Teaching Advanced (nebo ANSYS Re-

search)

• Working Directory: C:/kde/to/chci (ANSYS si tam bude od-

kladat soubory)

• Jobname: omyl1 (ANSYS bude pojmenovavat soubory

omyl1.neco)

Po nastavenı stacı stisknout tlacıtko Run

6


Dulezita jmena souboru

• Jobname.db: soubor s vytvorenym modelem

• Jobname.dbb: zaloznı soubor s vytvorenym modelem (pred-

poslednı ulozenı)

• Jobname.res: soubor s vysledky (mechanika)

• Jobname.rth: soubor s vysledky (termalnı vypocty)

• Jobname.s01: zatezovacı stav 01 (lze az Jobname.s99)

• Jobname.mac: soubor s prıkazy („makro“)

• Jobname.log: soubor s popisem prubehu prace

Pro prenesenı modelu stacı Jobname.db (a Jobname.sXX).

7


Prace se soubory

• ANSYS pri startu nic nenacıta

• nactenı existujıho souboru (Jobname.db):

– Menu File → Resume from jobname.db

– Tlacıtko RESUM DB

– prıkaz „resume“

• ulozenı do souboru (Jobname.db):

– Menu File → Save

– Tlacıtko SAVE DB

– prıkaz „save“

Pripomınam, ze ANSYS nema funkci „Zpet“. . .8


• napoveda: help,neco

• pouzıvat vyhradne desetinnou tecku

• dialogova okna nakonec spoustı prıkaz

• prıkazy: n„5.3,6.3,7.7 (oddelovac parametru je carka. . . )

• vynechane hodnoty se doplnı nulou (je-li parametrem realne

cıslo) nebo nejblizsı vetsı volnou hodnotou (je-li parametrem

index nebo poradove cıslo)

• parametry prıkazu i vstupnı pole v dialozıch akceptujı mate-

maticke vyrazy (jazyk FORTRAN): 5 ∗ ∗2 = 25, 1 + 3 ∗ 2/3 = 3

apod.

9


Doporucene typy konecnych prvku:

Uloha Nazev Cıslorovinna prıhradovina LINK1 1prostorova prıhradovina LINK8 8rovinny ram BEAM3 3prostorovy ram BEAM4 3rovinny problem PLANE42 42deska SHELL63, SHELL93 63, 93deska na Winklerove podkladu SHELL63 63telesa SOLID45 45

Pro vstupnı parametry prvku, prıpustne typy analyz a dostupne

vysledky: help,cıslo10

Postup tvorby modelu

1. Vlastnosti modelu

(a) Typy konecnych prvku (Element type)

(b) Konstanty pro konecne prvky (Real constats)

(c) Vlastnosti materialu (Materials)

2. Geometrie: linie, plochy, objemy

3. Sıt’ konecnych prvku

(a) Prirazenı vlastnostı geometrickym objektum

(b) Velikost konecnych prvku (Element division)

(c) Vytvorenı sıte

4. Zatızenı a okrajove podmınky

11

Geometrie modeluObjekty:

1. Body (keypoints)

2. Linie(lines)

3. Plochy(areas)

4. Objemy(volumes)

Vlastnosti:

1. Body → linie → plochy → objemy

2. Kazdy vyssı objekt je vzdy tvoren pomocı nizsıch, bez ohledu

na zpusob, jakym byl vytvoren.

Tyto objekty nesouvisı s konecnymi prvky, ty se musı s jejich

pomocı vytvorit.12

Tvorba sıte konecnych prvku

Typy sıte:

1. Pravidelna (mapped):

• Vyzaduje pravidelne geometricke utvary (ctyr-

uhelnık, sestisten)

• Kvalitnejsı sıt’ konecnych prvku (vliv na vy-

sledky)

2. Nestrukturovana (free):

• Libovolny tvar geometricke oblasti

• Obvykle nutnost vıce konecnych prvku

• Casto nevhodne (degradovane) tvary konec-

nych prvku13

Okrajove podmınky (1)

1. Podeprenı

• Podpora proti posunutı (predepsane posunutı)

• Podpora proti pootocenı (predepsane pootocenı)

2. Zatızenı

• Sıla v uzlu

• Spojite zatızenı na prvku (liniove, plosne)

• Spojite zatızenı na nosnıkovem prvku (spojite)

• Zrychlenı (napr. tıhove zrychlenı)

14

Okrajove podmınky (2)

Mozno zadat:

• V uzlu nebo na konecnem prvku – lze zadat pro vıce smeru

soucasne (smaze se pri smazanı prıslusneho uzlu nebo prvku)

• Na geometricky objekt (bod, linie,...) – nelze zadat pro vıce

smeru soucasne, vhodnejsı pro parametricke modelovanı

15

Prıkazy ANSYS (1): Zaklady

• Prıkazovy jazyk APDL s podmınkami, cykly, promennymi,

funkcemi,. . .

• Lze ovladat vsechny funkce ANSYSu

• Vetsina dialogovych oken ve skutecnosti jen sestavı prıkazy k

provedenı

• Moznost psanı maker (*.mac)

• Syntaxe matematickych vyrazu podobna FORTRANu

16

Prıkazy ANSYS (2): nektere objekty

Objekt Pısmenko Prıkladyklıcovy bod k k„1,1,2 kdel,p klistlinie l l,1,2 l,p ldel,allplocha a a,1,2,3,4 a,p adel,pobjem v v,p vdel,all vlistuzel konecneho prvku n n„0,0,7.7 nlist ndel,allkonecny prvek e e,1,7 e,p edel,allpodpora v uzlu d d,p dlist ddel,psıla v uzlu f f,p flist fdel,p

17

Prıkazy ANSYS (2): nektere ope-raceOperace Zkratka Prıkladyvytvorenı k„1,1,2 l,1,2 a,1,2,3,4vytvorenı mysı ,p l,p a,p v,p e,p d,psmazanı del ldel,3 ldel,p ldel,allvypsanı (listing) list alist nlist elistvykreslenı plot aplot nplot eplot gplot

Operace Prıkazspustenı preprocesoru /prep7spustenı resice /soluprovedenı vypoctu solvespustenı postprocesoru /post1ulozenı dat savenactenı dat resu

18

Prıkazy ANSYS (3): ukazka prıkazu

/prep7 ! preprocesoret,1,1 ! typ konecneho prvku: LINK1r,1,0.01 ! plocha prvku (real constant)mp,ex,1,27e9 ! modul pruznostin,1 ! uzel 1 [0,0,0]n,2,1 ! uzel 2 [1,0,0]n,3,1,1 ! uzel 3 [1,1,0]n,4,2 ! uzel 4 [2,0,0]e,1,2 ! prvek 1 s uzly 1,2e,1,3 ! prvek 2 s uzly 1,3e,2,3 ! prvek 3 s uzly 2,3e,4,2 ! prvek 4 s uzly 4,2e,4,3 ! prvek 5 s uzly 4,3d,1,ux ! podpora v uzlu 1 ve smeru Xd,1,uy ! podpora v uzlu 1 ve smeru Yd,4,uy ! podpora v uzlu 4 ve smeru Yf,3,fy,-10e3 ! sila v uzlu 3 svisle dolu/solu ! resicsolve ! zahajeni vypoctu/post1 ! posprocessoretable,nx,smisc,1 ! priprava normalovych silplls,nx,nx ! vykresleni normalovych sil

19

Prıkazy ANSYS (4): vysledek

20

Rovinny problem

Resıme plosne konstrukce zatızene a ulozene v jejich stredni-

cove rovine.

Dve varianty rovinneho problemu:

• rovinna napjatost

• rovinna deformace

21

Rovinna napjatost

y

x

στ

x

yσ

xy

z

Obsahuje slozky napetı lezıcı

pouze v rovine (x − y):

σ = {σx, σy, τxy}T (1)

Stena se muze volne deformovat ve smeru osy z, slozka de-

formace εz je proto nenulova:

ε = {εx, εy, εz, γxy}T (2)

22

Merne stenove sıly

Nx = σx h [N

m]

Ny = σy h [N

m]

Nxy = τxy h [N

m]

x

yx

xyn

z

n

n

n

y

τxy

yx

h

τ

σ

σx

y

y

��

��

x

��

��

��

��

��

��

23

Rovinna deformace

1

Obsahuje slozky deformace le-

zıcı pouze v rovine (x − y):

ε = {εx, εy, γxy}T (3)

Konstrukce se nemuze volne deformovat ve smeru osy z, a

proto v nı existuje nenulove napetı σz:

σ = {σx, σy, σz, τxy}T (4)

24

Rovinny problem – ANSYS

• Obvykle konecny prvek PLANE42

• Typ problemu Options:

– KEYOPT3 = 3 (r. napjatost ... plane stress with thickness)

– KEYOPT3 = 1 (r. deformace ... plane strain)

• U rovinne napjatosti je treba zadat tloust’ku

• Stena nema rotace, lze zadavat jen podpory proti posunutı

ve smerech X a Y

25

Vysledky na konec. prvcıch (1)

• System ANSYS neposkytuje vnitrnı sıly na deskach auto-

maticky, jejich vypocet je potrebne nastavit.

• Jde o veliciny pocıtane na prvcıch: „Element Table Items“

• Obvykle 1 hodnota dane veliciny pro 1 konecny prvek

(napr. u nosnıku muze byt i vıce)

26


• help,42 (zjistenı cısel velicin v napovede – tabulka s ”SMISC”)

• etable,nx,smisc,1 (jmeno nx bude popisovat mernou norma-

lovou sılu ve smeru X)

• etable,ny,smisc,2 (jmeno ny bude popisovat mernou norma-

lovou ve smisc X )

• etable,nxy,smisc,3 (jmeno nxy bude popisovat „smykovou“

sılu)

• pletab,nx (vykreslenı sıly nx)

Pozor! Uvedene hodnoty SMISC (1, 2, 3) platı jen pro tento kon-

kretnı typ konecneho prvku (PLANE42).

27

Tenke desky

• Kirchhoffova teorie

• body ve strednicove rovine se mohou premist’ovat pouze ve

smeru osy z

• normaly strednicove roviny zustavajı i po deformaci prıme a

kolme k teto rovine

• posunutı a pootocenı : w, ϕx, ϕy [m]

• merne momenty: mx, my (ohybove), mxy (krouticı) [N mm ], [N ]

• merne posouvajıcı sıly: qx, qy [Nm]

• ANSYS: SHELL63 (pozor, neplatı vzdy – pro „tluste“ prvky

ANSYS bez varovanı pouzıva Mindlinovu teorii tlustych desek)

28

Vnitrnı sıly na desce

x

y

τ

τ

σσ

τ

τ

yz yx

y

xz

xy

x

m m

m mx

yyx

xy qx

qy

z

29

Mindlinova teorie ohybu desek

• Mindlin predpokladal, ze normaly strednicove roviny zustanou

po deformaci prıme, avsak nemusı byt kolme k teto rovine.

• ANSYS: SHELL93

Kirchhoff Mindlin

30


• System ANSYS neposkytuje vnitrnı sıly na deskach auto-

maticky, jejich vypocet je potrebne nastavit.

• Jde o veliciny pocıtane na prvcıch: „Element Table Items“

• Obvykle 1 hodnota dane veliciny pro 1 konecny prvek

(napr. u nosnıku muze byt i vıce)

31


• help,63 (zjistenı cısel velicin v napovede – tabulka s ”SMISC”)

• etable,mx,smisc,4 (jmeno mx bude popisovat moment mx)

• etable,mx,smisc,5 (jmeno my bude pro moment my)

• etable,mx,smisc,6 (jmeno mxy bude pro moment mxy)

• pletab,mx (vykreslenı momentu mx)

Pozor! Uvedene hodnoty SMISC (1, 2, 3) platı jen pro tento kon-

kretnı typ konecneho prvku (SHELL63).

32

Hlavnı a dimenzacnı momenty

m1,2 =1

2

[

(mx +my)±√

(mx +m + y)2 + 4m2xy

]

α1 =1

2arctg

2mxy

mx − my

mxy,max = ±1

2(m1 − m2)

mx,dim = mx + sgn(mx) |mxy|

my,dim = my + sgn(my) |mxy|

33

Veliciny pro dimenzovanı (1)

• Normove vzorce prevazne pro dimenzovanı prutu

• Desku je mozne dimeznovat jako „prut“ pri pouzitı dimen-

zacnıch momentu

• Dale popsany postup je treba provest pro oba smery (x a

y) pro prıslusny moment v danem smeru

34

Veliciny pro dimenzovanı (2)

Postup:

1. Rez A-A

2. Vykreslenı mdim v rezu A-A

3. Po castech konstantnı nahrada mdim

4. Dimenzujeme na Mi = ai mi

Doporucenı:

• polohu rezu A-A zvolıme z rozlozenı

vysledku ve 2D zobrazenı

• nahrada mi: prumer v poli ai nebo o

neco vyssı

• provest nekolik rezu po delce desky

A A

m x,dim

ai

m i

y

x

A

A

35

Skorepiny

• Prvky SHELL63 nebo SHELL93 jsou ve skutecnosti imple-

mentovany jako skorepiny

• 6 neznamych parametru: ux, uy, uz, ϕx, ϕy, ϕz

• pootocenı v rovine skorepiny ϕz v teorii pruznosti chybı a je

„nejak“ doplneno ⇒ muze pusobit vypocetnı obtıze (platı pro

prakticky vsechny MKP systemy)

x

y

τ

τ

σσ

τ

τ

yz yx

y

xz

xy

x

m m

m mx

yyx

xy qx

qy

z

x

yx

xyn

z

n

n

n

y

τxy

yx

h

τ

σ

σx

y

y

��

��

x

��

��

��

��

��

��

36

materia´l pro internı´ potˇebu fastfast10.vsb.cz/brozovsky/data/ansys1.pdfprogramovy´ syste´m...

Documents