Использование программы ansys для анализа работоспособности конструкций Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»
Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Маркова Екатерина Витальевна, Чечуга Ольга Владимировна
Анализировали возможность применения программы ANSYS для оценки конструкционной прочности изделий машиностроения. Использовали два метода создания конечно элементной модели: геометрическое моделирование и прямая генерация узлов и элементов.
Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Маркова Екатерина Витальевна, Чечуга Ольга Владимировна
USING THE SOFTWARE ANSYS TO ANALYZE THE HEALTH OF STRUCTURES
Analyzed the possibility of using ANSYS program to evaluate structural strength of engineering products. Used two methods for creating finite-element models: geometric modeling and direct generation of nodes and elements.
Текст научной работы на тему «Использование программы ansys для анализа работоспособности конструкций»
УДК 621.9 + 621.002.2
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММЫ ANSYS ДЛЯ АНАЛИЗА РАБОТОСПОСОБНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ
Е.В. Маркова, О.В. Чечуга
Анализировали возможность применения программы ANSYS для оценки конструкционной прочности изделий машиностроения. Использовали два метода создания конечно элементной модели: геометрическое моделирование и прямая генерация узлов и элементов.
Ключевые слова: моделирование, генерация, прочность, метод конечных элементов, конструкция, нагрузки.
Широкое распространение современной вычислительной техники за последние 10-15 лет привело к существенным изменениям в процессах конструирования деталей и механизмов. Появление на рынке программного обеспечения современных комплексов CAD и САЕ позволяет ускорять процессы проектирования и исследования различных конструкций, в том числе и машиностроительных.
Использование современных методов вычислений, реализованных в комплексах CAD, дает возможность проводить исследования различных характеристик проектируемых объектов, что позволяет менять конструкцию этих объектов без создания экспериментальных образцов и не прибегать к длительной и дорогостоящей процедуре натурных исследований.
Комплекс МКЭ ANSYS широко используется для проектирования изделий, к которым предъявляются повышенные эксплуатационные требования. С помощью данного комплекса можно производить расчеты напряжений, деформаций, форм и частот собственных колебаний конструкций, используя метод конечных элементов.
В качестве исходных данных для расчета служат сведения о геометрии рассчитываемой конструкции, характеристики ее материала, а также значения прилагаемых к ней сил и нагрузок.
Для проведения расчета строят трехмерную параметрическую модель конструкции и транслируют ее в ANSYS, затем разбивают на конечные элементы и нагружают заданными силами.
Расчет может быть произведен как для статического, так и для динамического состояния конструкции. Выполнение расчета в пакете ANSYS позволяет, не проводя дополнительных экспериментов получить необходимые сведения о прочностных характеристиках моделируемого изделия и на этой основании внести в его конструкцию необходимые для улучшения качества продукции изменения с экономической оптимизацией изделия.
В работе использовали два метода создания конечно элементной модели: геометрическое моделирование и прямая генерация узлов и элементов.
В случае использовании геометрического моделирования проводилось описание геометрической формы модели, после чего автоматически была создана сетка из узлов и элементов на основе геометрической модели (рис. 1). При этом имелась возможность определять размеры и форму элементов, создаваемых комплексом (рис. 2).
Рис. 1. Получение сетки из узлов и элементов на основе геометрической модели
Рис. 2. Изменение размеров элементов при построении сетки
Доступными средствами управления качеством сетки были выбраны: указание общего размера элемента, деление граничной линии, размеры в окрестности заданных геометрических точек, коэффициенты растяжения или сжатия вдали от границ, ограничения на кривизну и возможность задания «жестких» точек (т. е. задание точного положения узла вместе с размерами сетки в такой точке).
В случае прямой генерации непосредственно указывали координаты каждого узла и последовательность узлов в элементах. Вследствие этого существовала возможность проведения ряда дополнительных действий.
Тип расчета выбирали в соответствии с условиями нагружения и вычисляемым откликом системы. Например, при вычислении собственных частот и формы колебаний, применяли расчет собственных колебаний.
В комплексе ANSYS можно выполнять расчеты статических процессов, переходных процессов, вынужденных колебаний, собственных колебаний, а также устойчивости системы.
Опции расчета позволяют проводить настройку расчета выполняемого типа. Типовыми опциями расчета являются метод проведения вычислений, учет изменения жесткости при приложении нагрузки и опции Ньютона - Рафсона.
В комплексе ANSYS нагрузки разделены на шесть основных категорий, к которым можно отнести: ограничения степеней свобод; усилия; нагрузки, приложенные на поверхности; нагрузки, приложенные в объеме; инерционные нагрузки; нагрузки связанных расчетов.
Большинство из этих нагрузок можно прикладывать как к геометрическим объектам (точкам, линиям и поверхностям), так и к объектам расчетной модели (узлам и элементам).
Освоение инструментов компьютерного инженерного моделирования, к которым относится программа ANSYS, позволяет с большой экономической выгодой выполнять научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, исключая проведение натурных испытаний, которые не всегда оправдывают вложенные затраты. Компьютерное моделирование играет важнейшую роль в современных условиях рыночной экономики, уменьшая себестоимость и время разработки нового.
1. Басов К. А. ANSYS и LMS Virtual Lab. Геометрическое моделирование. М., 2006.
2. Басов К.А. Графический интерфейс комплекса ANSYS. М.,
3. Каплун А.Б., Морозов, Е.М., Олферьева, М.А. ANSYS в руках инженера: практическое руководство. М.: Едиториал УРСС, 2003.
4. Moaveni, Saeed. Finite element analysis. Theory and application with ANSYS. New Jersey: PRENTICE HALL, 1999.
5. К.А. Басов. ANSYS в примерах и задачах. М.: КомпьютерПресс,
6. Исаев В.В., Ласкин А.С. Опыт применения программного комплекса ANSYS для проведения прочностных расчетов. СПб., 2006.
7. Берендеев Н.Н. Применение системы ANSYS к оценке усталостной долговечности: учеб. метод. пособие. Н. Новгород: Изд-во НГУ, 2006. 83 с.
Маркова Екатерина Витальевна, канд. техн. наук, доц., tmsat.su. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чечуга Ольга Владимировна, канд. техн. наук, доц., tms@tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
USING THE SOFTWARE ANSYS TO ANALYZE THE HEALTH OF STRUCTURES
E. V. Markova, O. V. Chechuga
Analyzed the possibility of using ANSYS program to evaluate structural strength of engineering products. Used two methods for creating finite-element models: geometric modeling and direct generation of nodes and elements.
Key words: simulation, generation, strength, finite element method, design, load.
Markova Ekaterina Vitalievna, candidate of technical science, docent, tms@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Chechuga Olga Vladimirovna, candidate of technical science, docent, tms@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University