PŮLKULOVÁ TENKOSTĚNNÁ NÁDOBA - AXISYMETRIE

Transkript

1 VŠB Technická univerzita Ostrava Fakulta strojní Katedra pružnosti a pevnosti (339) Metoda konečných prvků MKP I (Návody do cvičení) PŮLKULOVÁ TENKOSTĚNNÁ NÁDOBA - AXISYMETRIE Autoři: Martin Fusek, Radim Halama, Jaroslav Rojíček Verze: 0 Ostrava 2005

2 1 Zadání úlohy R t H=R S využitím axisymetrie analyzujte nebezpečné místo tenkostěnné rotačně symetrické nádoby konstruované dle obrázku. Dáno: R = 3 m, t = 1 mm, E = MPa, μ = 0.3, ρ kapaliny = 1000 kg/m 3, g = 9,81 ms Tvorba modelu Celou úlohu pojmenujeme, napíšeme popisný titulek, který se později zobrazí v grafickém okně - Pulkulova nadoba axisymetrie. Utility Menu > File > Change Title /TITLE,PULKULOVA NADOBA AXISYMETRIE /PREP7 Volba typu elementu V této úloze budeme používat element shell 51, základní informace o tomto elementu si můžeme zjistit v helpu. HELP 51 Zadáme typ elementu a požadované výsledky. Main Menu > Preprocesor > Element Type > Add/Edit/Delete Objeví se okno, kliknout Add, objeví se další okno, v prvním sloupci zvolit Structural Shell, v druhém sloupci 51. Element type reference number = 1 (referenční číslo pro typ elementů). APPLY Kliknout Options, viz Obr. 1 ve volbě Member force + moment output K4 změnit Exclude output na Include output, viz Obr. 2 (zadáno počítání normálových sil, posouvajících sil a ohybových momentů ve výsledcích, jinak by tyto výsledky ANSYS nepočítal, viz předchozí help pro tento typ elementu), kliknout OK, kliknout CLOSE. ET,1,SHELL51 KEYOPT,1,3,0 KEYOPT,1,4,1 2/11

3 Obr. 1 - Zadávání Options v Element Types. Zadáme tloušťku nádoby. Main Menu > Preprocesor > Real Constants > Add/Edit/Delete Kliknout Add, vybrat Type = 1 (referenční typ elementů), kliknout OK Real Constant Set no. = 1 (referenční číslo pro Real Constants), pak do dalších řádků napsat: Tk(I) = 1, Tk(J) = 1 (tloušťka nádoby t=1 mm). R,1,1,1,, Zadávání materiálových vlastností Main Menu > Preprocesor > Material Props > Material Models Material Model Number 1, Structural, Linear, Elastic, Isotropic, zadat EX = 2.1E6, PRXY =.3 (E= MPa, μ =0,3). UIMP,1,EX,,, UIMP,1,NUXY,,,0.3 Solidmodeling Main Menu > Preprocesor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS Nadefinujeme 3 keypointy K1[0,0], K2[0,-3000], K3[3000,0] pro tvorbu oblouku. K,,,,, K,,,-3000,, K,,3000,,, Uložení databáze uložíme již vykonanou práci. Utility Menu > File > Save as Jobname.db SAVE 3/11

4 Nyní vytvoříme oblouk z koncových bodů K2 a K3 a středu K1. Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Arcs > By End KPs &RAD Vybereme okraje oblouku 2 a 3, střed oblouku 1 a zadáme poloměr oblouku RAD = 3000 mm viz Obr. 2. LARC,2,3,1,3000 Obr. 2 - Tvorba oblouku Utility Menu > File > Save as Jobname.db SAVE Tvorba sítě konečných prvků Main Menu > Preprocesor > Meshing > Size Cntrls > ManualSize > Global > Size Objeví se okno viz Obr. 3, ve kterém zadáme SIZE = 60. ESIZE,60,0, Obr. 3 - Zadání globálních atributů Main Menu > Preprocesor > Meshing > Mesh > Lines LMESH,1 Můžeme si vykreslit elementy nebo uzly. Utility Menu > Plot > Elements EPLOT Utility Menu > Plot > Nodes NPLOT Utility Menu > File > Save as Jobname.db SAVE 4/11

5 Zadání okrajových podmínek Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Nodes Kliknout na uzel č. 1, kliknout OK, zadat Lab2 = UX, UZ, ROTZ, zbytek nevyplňovat! (Uložení uzel č.1 UX=UZ=ROTZ=0), APPLY Kliknout na uzel č. 2, kliknout OK, zadat Lab2 = UY, ROTZ (uzel č.2 UY=ROTZ=0). D,1,,,,,,UX,UZ,ROTZ,,, D,2,,,,,,UY,ROTZ,,,, SAVE Nadefinování funkce (hydrostatický tlak) jen přes GUI (uživatelské rozhraní). Utility Menu > Parameters > Functions > Define/Edit Objeví se okno viz Obr. 4. Obr. 4 - Function editor v Ansysu slouží k vytváření funkcí pro pozdější aplikaci Uložení funkce do souboru. V menu Function editoru kliknout File a SAVE Objeví se okno obvyklé pro ukládání souborů ve Windows zadat jméno TLAK.func. Načtení funkce ze souboru do tabulky. Utility Menu > Parameters > Functions > Read From File Objeví se okno obvyklé pro otevírání souborů ve Windows najít TLAK.func Najede Function Loader (načtení funkce do tabulky) zadat jméno tabulky TLAK. Kdybychom zadali nějakou konstantu v definici funkce (FunctionEditoru), nyní musíme definovat její hodnotu v bloku Constant Values (nyní none) viz Obr. 5. 5/11

6 Obr. 5 - Function Loader v Ansysu slouží k načtení funkce do tabulky Vytvořila se nám tabulka (pole-anglicky array) TLAK, zkontrolujeme, že existuje. Utility Menu > Parameters > Array Parameters > Define/Edit Objeví se okno (Obr. 6), zkontrolujeme Obr. 6 - Seznam všech vytvořených tabulek 6/11

7 Aplikování tlaku (tabulky) na elementy. Nejprve zjistíme jak je orientován souřadný systém elementů (ESYS). Utility Menu > PlotCtrls > Symbols Změnit přepínač u ESYS (element coordinate systém) na ON. /PSYMB,ESYS,1 EPLOT V helpu pro SHELL51 zjistíme, že musíme aplikovat tlak na face (stranu) 1 (kolečko v kroužku na Obr. 7), abychom tlak zadali proti směru souřadnice Y elementu. Obr. 7 - Prvek Shell51 (vlevo), zobrazení souřadného systému elementů (ESYS) Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On elements Zadat PickAll na všechny elementy, Constant value změnit na Existing table, OK. Obr. 8 - Aplikování tabulky TLAK na všechny elementy 7/11

8 V dalším okně jen kliknout OK (máme pouze tabulku TLAK). SFE,ALL,1,PRES,, %TLAK% SAVE 3 Spuštění výpočtu Main Menu > Finish FINISH Main Menu > Solution /SOLU Main Menu > Solution > Solve > Current LS Objeví se dvě okna, prohlédnout a zavřít okno /Status Command, kliknout OK. /STAT,SOLU SOLVE Main Menu > Finish FINISH 4 Získání výsledků Main Menu > General Postproc /POST1 Načtení výsledků. Main Menu > General Postproc > Read Results > First Set SET,FIRST Main Menu > General Postproc > Plot Results > Deformed Shape Objeví se okno, zvolit Def + Undeformed (Vykreslení původní a deformované sítě). PLDISP,1 8/11

9 Obr. 9 - Vykreslení původní a zdeformované sítě Vykreslování výsledných meridiánových napětí SM[MPa] a tečných napětí ST[MPa]. Main Menu > General Postproc > Element Table > Define Table kliknout na Add..., objeví se další okno, nadefinovat postupně 2x Lab (="SM", ="ST"), Item = By sequence num, dopsat do okna v pravo dole hodnoty "LS,5" (pro SM) a "LS,7" (pro ST), viz Obr. 10. ETABLE,ST,LS, 7 ETABLE,SM,LS, 5 Obr Definování element table 9/11

10 Po zadání zkontrolujeme v seznamu definovaných tabulek. Main Menu > General Postproc > Element Table > List Elem Table PRETAB Vykreslení obrazce tečných napětí, viz Obr. 11. Main Menu > General Postproc > Plot Results > Line Elem Res Zadat Lab I = ST, Lab J = ST. PLLS,ST,ST,1,1 Obr Průběh meridiánových napětí Obdobně Lab I = SM, Lab J = SM (Vykreslení obrazce tečných napětí, viz Obr. 12). PLLS,SM,SM,1,1 10/11

11 Obr Průběh tečných napětí Další získání výsledků je na uživateli. Ukončíme práci v Ansysu. Utility Menu > File > Exit /EXIT 11/11