ANSYS и оптимизация формы детали

Подписаться на 3Dtoday
dagov
Идет загрузка
Загрузка
01.10.18
2370
28
печатает на Ultimaker 2 Extended+
3D-моделирование
27
Пожалуй, продолжу публикации по ANSYS, но попроще, заумные объяснения про конечно-элементный анализ, видимо, не зашел.
Итак, никаких солидов, только штатные инструменты (причем, они зачастую удобнее), стандартная сетка без кучи методов и выбора формы элементов.
Займемся оптимизацией треугольной пластины. Открываем ANSYS и вытягиваем в рабочее поле модуль Static Structural.
5b509e7ec761b8f820d995d863b8ef4b.JPG
Материал автоматически определен - по умолчанию сталь, но при желании можно добавить любой другой.
9bf470b69d1a461fa161f1564da432f6.JPG
Дальше кликаем дважды по ячейке Geometry. Или выбираем из списка SpaceClaim.
50a727b159eae72aec481569c25346d7.JPG
Открывается встроенный в ANSYS CAD. Он довольно прост и рисовать в нем можно практически без эскизов и размеров на них.
36286e0cb16112d579bfeb4dedf9c879.JPG
Для установки родного русского языка надо всего-то зайти в настройки и поставить его.
d98cd730ec7bc0aa4281742caa448077.JPG
44082cd6d25e85eb321870fdc1a0aff4.JPG
И все становится на родном великом и могучем. Правда после перезапуска у меня он слетает обратно на английский, но я уже привык к английскому, он тут везде.
fa87a22a56d8740e1d6df7db691bd703.JPG
Выбираем вид сверху.
9b9f91ac44f1f3f78a4b1d9d5a0da3da.JPG
И с помощью инструмента линия рисуем прямоугольный треугольник с катетами 30 и 20 мм.
30639c572e9fa8a720e0cd052998be73.JPG
eb2b1e6014ae406ae54556f57015603b.JPG
Теперь нужно сделать скругления. Выбираем инструмент вытянуть, подводим к углу и тянем мышкой внутрь треугольника. Выставляем размер 2 мм.
40c4e502f44376caefe6b0fe7d3ad551.JPG
Поступаем аналогично с двумя другими углами.
79b91f3f83433283c7ccb98b880d1524.JPG
Теперь необходимо сделать отверстия. Входим в режим эскиза и рисуем окружности. Для того, что бы отверстия были концентричны со скруглениями тут имеются автоматические привязки. Достаточно подвести мышку к скруглению и появляется центр. Оттуда и рисуем окружность.
7b476b22b2cbe6b1202d43b771fc95a7.JPG
137ff2b4c326ff052a8a018afcb19f5e.JPG
053a7b01d194199920b5e6fe97b09740.JPG
При рисовании окружности выставляем диаметр 2 мм. Аналогично рисуем 2 другие окружности.
3f447851d8e6d574807947908d2278f6.JPG
Теперь необходимо придать объем фигуре. Выбираем вытянуть, нажимаем в область вытягиваемой фигуры и выбираем линейку, чтобы ввести толщину пластины. Без линейки можно вытянуть пластину,но нужную толщину не задашь.
6ff77812f04ac465fcd885c07d236ed3.JPG
Вытягиваем на 2 мм.
42ba1e5aeef99e46185503d366f6589f.JPG
Помимо выдавленной детали у нас осталась поверхность с эскизом. Надо ее погасить.
13d9f0e6ec03cbc591785d850832102d.JPG
Деталь готова, можно смело нажать на крестик в спейсклайме. Все само сохранится во временных файлах. Возвращаемся в схему проекта. Напротив геометрии у нас появилась галочка. Значит с ней все ок.
ba077397f57c23614a9c444aaa2cc703.JPG
Дважды кликаем на Model, откроется ANSYS Mechanical. Да, тут интерфейс сугубо английский, никакого русского.
857c81e10970ee3d3ff64bf1d194474d.JPG
Для расчета необходимо построить сетку, о которой я писал в предыдущих постах про ANSYS ( тут, тут и тут). Суть в том, что определение напряжений возможно при понимании какие напряжения возникают в стержнях сетки. И чем их будет больше, тем точнее можно определить напряжения в детали. Выбираем Mesh и жмем Generated mesh.
04855b1ede0f8cc1aeba87eddf95590a.JPG
Получившаяся сетка из разряда "Ну такое...".
850e6dfff273f0c837e812cfaf1ea54e.JPG
Для улучшения ее выбираем Sizing, а там как на картинке ниже.
ed507758a2411111a1fee7a30cef6aaf.JPG
da90d52629f5b770e33e5dc0b99af9bc.JPG
Proximity используется для измельчения сетки в тонких местах, а Curvature для измельчения вокруг окружностей и кривых, что бы отверстия не были квадратными, а форма приближалась к окружности. Для улучшения параметров сетки выбираем наилучшее качество. Для сравнения методов есть такая картинка.
d1022c205dffdf562d242935a40c4a93.JPG
Получившаяся сетка стала куда лучше. Нам ее хватит.
7722a2f2e63f0fd41514be09c8f3d211.JPG
Теперь необходимо приложить нагрузку. Закреплять будем 2 отверстия, причем дадим возможность детали вращаться вокруг оси отверстий, а к третьему отверстию будет приложена сила через "установленный" подшипник в отверстии. Cylindrical support применим к 2 отверстиям и нажмем apply.
0eaf5192c6f9959babbbd3edb20b5b87.JPG
9e3e53bd45da14c691c9efa821e761df.JPG
Для задания возможности поворота вокруг оси необходимо освободить поддержку в тангенциальном направлении.
88fba618ff92428d733c2b1c2527e016.JPG
Теперь приложим усилие к третьему отверстию с помощью Bearing load.
b6fa1d0e0086b0ed8064a1e49552df1c.JPG
Силу будем прикладывать не по вектору, а по компонентам вдоль каждой оси.
17d34be34ad1daecc4d9a66f5646cda4.JPG
Как критерий оценки напряжений в детали будем использовать напряжения по Мизесу. В ветке solution выбирем его.
dfaf0902b47bbb661a1d7aa0a9810155.JPG
Теперь жмем Solve и смотрим на результат.
057b66343836501a03f28493686d4f61.JPG
b7f144dd431f093fa89a058a1d5a9481.JPG
Собственно, все синее - металл, в котором нет никаких напряжений. И его можно безболезненно удалить. Этим мы и займемся. Закрываем Mechanical крестиком справа сверху и возвращаемся к схеме проекта. Видим модуль Topology Optimization и перетаскиваем его в ячейку Solution как показано на картинке.
2c6645bef8f13f620bceb7a984de2f45.JPG
Связи сами появятся и получится вот такая связка модулей.
07ee18dbec8fecde84d194bb06066bb1.JPG
Теперь дважды кликаем по ячейке Setup во втором модуле. Откроется Mechanical, только теперь в нем будет доступна еще одна ветка в древе расчетов.
a2b93a680dae252b260818c969642774.JPG
В analysis settings указаны настройки критериев обрезки детали, приближенность к геометрии исходной детали.
70384d5749776828ee87086148ab5fc0.JPG
В Optimization region указывается место или деталь в сборке к которой необходимо применить оптимизацию.
9cb448019023454fa2585dfea358a484.JPG
В ветке Objective - детали, к которым применяется оптимизация и методы.
35944cad5237dcbd992036d28c0b3f5a.JPG
В response constraint указывается сколько нужно оставить при обрезке детали. Критерии есть разные, масса, объем, напряжения и т.д. Мы хотим оставить 60% массы. Указываем это в соответствующей клетке.
d9ad01fa8d04d76a76afa3cb500bd02e.JPG
В ветке Solution выставляем экспорт топологии в STL. Она нам понадобится до корректировки формы, что бы исключить некоторые уродства обусловленные качеством сетки. Ведь удаление материала происходит в ячейках, в которых наиболее низкие напряжения.
88760ae2075b51a064d774e98607700b.JPG
Теперь смело жмем Solve.
f7bd9350018494cd44b9e38b38c1c6f1.JPG
И видим то, чего нам понаотрезал ANSYS.
ff763794fe7df74ec79bbd2e0250e565.JPG
Собственно, если сделать сетку получше, то можно получить более точную форму.
ef086717b1db2d314040bc790e5c0e16.JPG
52c57b2ba07eca99a01636187ce67ce6.JPG
5de164684d589e861a21871ed6567883.JPG
Далее будем исправлять нашу деталь до приемлемого состояния. Закрываем Mechanical. И в схеме проекта жмем на ячейке Result - Transfer to Design Validation System.
5e5906c25953dc3b0d4f5a9bfebda407.JPG
Появится новый модуль Static Structural. Ячейка Result требует обновления, поэтому жмем Update на ней.
c0f32a0a914129d73dc58b2c895967d7.JPG
А потом обновляем связанную с ней ячейку Geometry.
ab9f7a0eb2c0d176f222331ea7d5620b.JPG
Теперь дважды кликаем по ячейке Geometry и в SpaceClaim увидим 2 детали: исходную и экспортированную STL. Снимаем галочку с исходной детали.
PREVIEW
Можно, конечно, преобразовать STL в солид за 1 клик мышки, но мы же не ищем легких путей. Преобразовать можно так.
008d758c797837c9b71a609eb41dcb74.JPG
Мы переходим в режим эскиза, выбираем грань на поверхности нашей STL.
bfcbc3ec9f1fc7cae5155ee54084458b.JPG
И выделяем область вокруг детали, просто из угла в угол. Выделятся все грани на плоскости.
41384ae9185904d8c4921b5f75ffb556.JPG
Теперь жмем Copy и Past.
7275d0c9eee2941799bb3aa0c6b71fc6.JPG
Теперь у нас есть эскиз и деталь можно погасить.
57b728e1e77092ca9ff0ef8dd4967183.JPG
10c500c71d2f37b2bfdc00d218e36c9c.JPG
Все эти неровности немного напрягают, поэтому неплохо бы их причесать. Для этого сначала проаппроксимируем кривые.
5889c6989a90694159ee1cb21663efa6.JPG
Не забывая поставить галочку.
39fb702033f2c33200680a472b35df2d.JPG
45c0e688ad11b27bbd9ac47b5e483b3d.JPG
После этого исправления сделаем внешнюю границу отверстий круглой. Рисуем окружности и отрезаем лишнее.
0d7a03893d3dc0a4435dc509cb757750.JPG
edfa46eeddbc907a17250ff4a41ba426.JPG
1a7122682a535e6cd093619e08106d37.JPG
a0627c45d2aca2f9ca80139ec308419d.JPG
0b13ea6ed5e2d19a526689f9690880e8.JPG
1092e36651c3e6b065681cbd80947335.JPG
Теперь поправим прямые участки. Удаляем лишнее.
3a2659a8baa74b682062debefb7716cc.JPG
И рисуем прямые линии.
e65a23fbf42bcb94c1fdf882dcb3d208.JPG
Добавляем скруглений по вкусу.
8a71a5877654ba076556d678ccfecfc1.JPG
И вытягиваем на 2 мм.
e1d2d4e6e500ae20ee8829b47e5b6f14.JPG
И неплохо бы объединить грани.
cc2c573bffc56e093cc759d126be4e48.JPG
Объединяем и получаем вполне приличную детальку.
5b989cc58980a5532880d8636c0de5ba.JPG
Осталось проверить ее на воздействие нагрузки. Скрываем для физики все ненужное.
5d27dbe811c76ccec6f54b9a4715c471.JPG
0bcb6cfb24760ad53c0506f7719fcee3.JPG
Выходим из спейсклайма. И кликаем дважды на ячейку Model. Жмем Yes на вопрос "Хотите ли перечитать данные?"
b02d7a6fc8d169d024127120230aa4cb.JPG
Теперь в Mechanical обновляем грани, т.е. указываем граничные условия и к каким граням они прикладываются. При перерисовке грани потерялись и нужно это исправить. Они помечены знаком вопроса.
36026adf10b50f2d7295b562943aed07.JPG
После привязки нагрузок к граням жмем Solve и смотрим результат. Максимальные напряжения остались те же, а масса уменьшилась на 40%.
d29ae844592a37b857804afdf9b0ba5d.JPG
Если все устраивает, то смело закрываем Mechanical и возвращаемся в CAD, жмем Save as и выбираем наиболее приятный нам формат.
02b33550b3c87e6bcc49e1cfe4c6d1df.JPG
А дальше, можно хоть чертежи делать, хоть в CAM запихивать или на печать отдавать.
Данный модуль задумывался для расчеты под печать металлов и пластиков в порошке (SLS/SLM),т.к. они ведут себя после спекания как изотропный материал и их легко можно посчитать. Думаю, что проведя немного опытов, можно подогнать свои цифры и под SLA и FDM.

P.S. Считалось и делалось гораздо быстрее, чем писал статью.
Подписаться на 3Dtoday
27
Комментарии к статье

Комментарии

01.10.18 в 11:52
1
Интересный мануал. Спасибо
01.10.18 в 11:55
0
на самом деле мне бы хотелось увидеть в конце видео где испытывают такие детали.
01.10.18 в 12:08
1
Сходу не нашел, но тут рассказывают как испытывают и проверяют печатные детали.
01.10.18 в 12:02
0
И все становится на родном великом и могучем. Правда после перезапуска у меня он слетает обратно на английский, но я уже привык к английскому, он тут везде.
Запусти один раз программу от имени администратора и измени настройки. Скорее всего поможет.
01.10.18 в 12:09
0
Мне лениво, везде инглиш,а уж ради одного приложения заморачиваться - фу.
01.10.18 в 12:05
2
Я понимаю, это туториал, но можно же было сделать нагрузку более реальной, например нагрузка будет во все стороны в каждом отверстии, а еще у нас нагрузка на изгиб/скручивание пластины возможна, после того как пластина хоть чуть чуть изогнется, вся картина нагрузок тут же изменится кардинально, грубо говоря ее поведет и она начнет работать на сминание.

А что по поводу динамических нагрузок? т.е. есть разница однократно приложить большое давление и миллион раз слабое (вибрации)?

Подобные задачи решаются методом грубой силы, т.е. перебором - с помощью средств автоматизации системе подставляют последовательную серию задач с разными нагрузками, но как тогда результат интерпретировать?

p.s. я кажется уже задавал вопрос, но все же, как и можно ли в подобных пакетах, решать задачи с предварительным напряжением? т.е. конструкция с натянутыми внутри стальными струнами (например нагретых перед сборкой или натянутых специальным механизмом), ведь прочность такой конструкции заметно выше (по некоторым направлениям)... необходимо рассчитать предельные нагрузки да и собственно размеры и точки крепления струн, в идеале.

p.p.s. было бы интересно, используя тесты пластиковых распечаток, загрузить профиль своего материалла, и провести испытание, грубо говоря сравнить теорию и практику.
01.10.18 в 12:14
1
но можно же было сделать нагрузку более реальной,
А чем вам тут нереальная нагрузка? Я просто не понял претензии. Я показал как все это в примитиве считается.
А что по поводу динамических нагрузок? т.е. есть разница однократно приложить большое давление и миллион раз слабое (вибрации)?
Если вы посмотрите внимательно, то оптимизация происходит по методу отсечения ненагруженных участков, с валидацией адаптированной детали. А там, хоть циклика, хоть ударная нагрузка, хоть статика - без разницы, главное - правильно приложить правильную нагрузку.
можно ли в подобных пакетах, решать задачи с предварительным напряжением? т.е. конструкция с натянутыми внутри стальными струнами (например нагретых перед сборкой или натянутых специальным механизмом), ведь прочность такой конструкции заметно выше (по некоторым направлениям)... необходимо рассчитать предельные нагрузки да и собственно размеры и точки крепления струн, в идеале.
Можно. Когда не хватает родных граничных условий - всегда есть APDL и вы можете написать свои условия на этом языке.
01.10.18 в 12:20
0
Поиск точек соединения струн - своим приложением? грубо говоря строим конкретную модель, считаем нагрузку, на основе результата (отдельный разговор как) меняем модель, сдвигая соединения/меняя размеры струн, снова строим и так до достижения цели?

И еще, я спросил про то, как система позволяет анализировать нагрузку после деформаций, ведь все материалы так или иначе подвержены деформации, т.е. после приложения усилий конфигурация меняется, помогает ли пакет хотя бы рассчитать форму этой деформации, чтобы запустить следующий шаг рассчета уже с ней?

p.s. я сам не специалист и у меня тупо не хватит знаний чтобы самому работать в этом пакете, но знание возможностей и принципиальных ограничений не помешают... ну и, фраза о том что есть язык программирования и все можно выглядит как анекдот про 'как нарисовать сову'.
01.10.18 в 12:24
1
своим приложением?
Не приложением, а описанием граничного условия (Нагружения или закрепления)
сдвигая соединения/меняя размеры струн, снова строим и так до достижения цели?
Можно размеры задать параметрически. То есть пишем, что нам нужно, что бы реакции опор были не больше 100 МПа, а ансис дальше сам подгонит размеры.
01.10.18 в 14:22
0
Топологическая оптимизация теперь доступна и в АПМ ФЕМ модуле КОМПАС18, там все существенно проще чем в приведенном выше мануале. Ну и самое важное это не то чем как, и зачем вы будете считать - самое важное это составление адекватной и правильной схемы нагружения вашей детали. И не стоит забывать про динамику, и способы ее расчета если она предусмотрена.
01.10.18 в 14:32
0
Топологическая оптимизация теперь доступна и в АПМ ФЕМ модуле КОМПАС18,
Да она много где доступна, не стоит это преподносить как рекламный слоган. Просто APM FEM модуль в компасе - всего лишь урезанная версия APM Machine, стоящего многаденех.
там все существенно проще чем в приведенном выше мануале.
Это простой пример, а инструменты рассчитаны на большую сложность и параметризацию,поэтому и кажется, что сложнее. А вместо того, что бы кричать, что ваш компас куда круче рассказали бы как это там сделать. Местным любителям компаса это будет приятно.
Ну и самое важное это не то чем каки зачем вы будете считать - самое важное это составление адекватной и правильной схемы нагружения вашей детали. И не стоит забывать про динамику, и способы ее расчета если она предусмотрена.
Куда же без воды. Надо обязательно ее налить, что б подчеркнуть важность и авторитетность вашего высказывания, и не забыть приправить фразочками типа "самое важное" и "не стоит забывать".
01.10.18 в 14:36
0
Я считаю в Abaqus когда нужно по работе, не стоит преподносить ансис как что то уникальное. Не думал что автор настолько нежное и ранимое существо.
01.10.18 в 14:40
0
Я где-то сказал,что Ansys это нечто уникальное и считать надо только там? Просто так лить воду не нужно, пишите конкретнее.
Да хоть комсол,мне честно говоря без разницы, но фразочки вроде "теперь доступна" и " существенно проще" не придают вашим словам никакой конкретики.
01.10.18 в 15:05
0
Любителям КОМПАС будет очень приятно. Жаль не всем доступно.
01.10.18 в 15:06
0
А чего, в хоум версии за 1,5 тысячи рублей не работает?
01.10.18 в 15:10
0
В хоум нет вкусных сторонних запчастей.
01.10.18 в 16:48
0
Все отрезали, рисовать-то там можно? :-D
01.10.18 в 19:51
0
я не нашёл )))
01.10.18 в 19:56
0
В полной версии есть,но урезанная версия. Полную версию апм можно скачать на их сайте. Но триальную.
01.10.18 в 15:27
0
Ну наконец то дождались !!!
Однозначно - в избранное !
Спасибо за урок. Побольше бы таких уроков !
Сам черчу детальки и делаю сборки в CATIA. Так же пользуюсь простенькими встроенными в нее расчетами статической нагрузки.
Но по количеству расчетов ANSYS с CATIA - это как небо и земля. Если нужны дополнительные расчеты для CATIA, то нужно искать, качать и доставлять дополнительные плагины и модули (типа Flow и прочие), что немного геморно.
А тут все различные расчеты собраны в одной программе. Что на мой взгляд намного удобнее.
Так же конвертация детали CATIA - ANSYS-CATIA не вызывает проблем.


Всяким злопыхателям - вместо критики, чем в пустую балаболить, создали бы свои уроки и тут бы выложили.
01.10.18 в 15:48
1
3e368752c12e29ceb70c10d3e8068872.png
Вот здесь, где выделил не рекомендовал бы я материал убирать вокруг отверстия. Если видите, как распределяется напряжение, то становится понятно, что программа всю округлую грань зафиксировала, поэтому напряжения не с той стороны, с какой на самом деле бы были относительно отверстия. Я сам не редко провожу расчеты МКЭ в Autodesk Inventor. Отверстие по факту может просто разорвать.
01.10.18 в 16:54
0
Вот здесь, где выделил не рекомендовал бы я материал убирать вокруг отверстия.
Я не касался целесообразности обрезок и прочего, лишь показал как.
Если видите, как распределяется напряжение, то становится понятно, что программа всю округлую грань зафиксировала, поэтому напряжения не с той стороны, с какой на самом деле бы были относительно отверстия.
Если б вся грань была зафиксирована, то там бы дополнительное растяжение было. Ну и плюс 80 МПа для стали это очень мало.
01.10.18 в 16:57
0
Если б вся грань была зафиксирована, то там бы дополнительное растяжение было.
Да нет, в этих программах идет просто жесткая фиксация, если передняя стенка на себя нагрузку всю забрала, то задняя уже и не растягивается, ей некуда, она жестко (шарнирно) зафиксирована.
01.10.18 в 17:34
0
Да, совсем забыл. Статья хорошая, для нужных людей очень нужная. Подобного материала не хватает в открытом доступе. Спасибо!
02.10.18 в 10:09
0
Верно человек пишет. Здесь идет жесткая фиксация. Вот для примера снял приблизительно вашу модель и приложил силы в 50 и 100Н. Жестко зафиксировав ненагруженные отверстия, картина такая же как у вас.
ca50709d38dfde5e68f0e518caf3f61a.jpg
02.10.18 в 10:22
0
картина такая же как у вас.
Не совсем. Сделал другую заделку для понимания, раз уж вам так принципиально показать свою авторитетность.
ed4e705e1bed2629a4e0d30a5595e75f.JPG

Сути не меняет, я показал как, а не рассказывал основы сопромата, дальше каждый думает своей головой.
02.10.18 в 10:38
0
Суть ясна и вероятно многим статья будет полезна, за проделанную работу спасибо, не увидел кстати, где коэфф Пуассона задается
02.10.18 в 10:42
0
не увидел кстати, где коэфф Пуассона задается
В свойствах материала.
35ad727cdf3ea55dcc67cfc26936a70d.JPG

А там хоть модуль сдвига, хоть модуль Юнга....

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Приз, такса, АБС, катушка!

Экструдер 1

4+1+Москва!

Prusa i3 PRO Long - прюша–лимузин на рельсах от компании Гералком-3Д (обзор «на коленках»)

Подведение итогов масштабного конкурса обзоров и рассказов!

Ярославская компания «Спецавиа» продемонстрировала напечатанную на 3D-принтере часовню