Ansys. Введение

Очень много было обсуждений на тему расчетов слоистых материалов, коими и являются 3D печатные детали. Возможно это можно учесть в расчетах. На данный момент постигаю методику расчета слоистых материалов, в частности различных карбонов. Это упругие материалы вакуумной формовки из тонких слоев ткани, пропитанных резиновой смолой. После вакуумной формовки получается очень легкое изделие, различные свойства которого можно задавать используя тот или иной препрег. Препрег это та самая ткань, пропитанная смолой. Она бывает однонаправленной и двунаправленной.Так вот, зная свойства этой пропитки и свойства этих тканей можно посмотреть как поведет себя, скажем доска для серфинга при приложении к ней определенной нагрузки, вот к примеру, кручение.Так же можно задавать не целые слои, то есть сложная деталь, рассчитанная под определенную упругость имеет различные уклоны и вырезы.Причем эти раскладки тоже можно задавать самим. Это действительно, очень увлекательно. И для тех, кто хочет познакомиться с расчетами я планирую рассказать о том,что знаю в цикле статей. SolidWorks я не буду забрасывать и планирую параллельно писать.

И так, все основные расчеты базируются на конечно-элементном анализе. Это метод при котором деталь разбивается на большое множество элементов,образующих сетку. Причем этой сеткой можно и нужно управлять. То,есть в местах, где возникают большие напряжения стоит уменьшить размер ячеек для того,что бы понять почему в этом месте происходит излом, так ли он велик и так далее. Это все относится к курсу Meshing, то есть построению сеток, и как только соображу, как правильно и понятно описать, то вернусь к этому курсу.

Давайте начнем с базы.

Русского языка не было никогда и не будет. Пора привыкнуть к тому, что многие специализированные программы идут только с одним-двумя языками.

ANSYS, а конкретно Workbench это такой инструмент по управлению проектами. Он позволяет создавать связи между геометрией, сеткой, решателем и постпроцессингом.

Это очень удобно при управлении между проектами. Не нужно париться за каждый отдельно файл на диске (геометрии или сетки), то есть изменения не касаются исходного файла.

Как видно выше на скриншоте каждый отдельный модуль имеет связи с другими модулями, которые мы сами хотим создать.

Модули находятся в блоке слева. Их нужно вытаскивать мышкой в рабочее поле. Для создания связи с отдельным блоком тащить можно прямо в него.

Самый большой блок. Это Analysis Systems. Он включает в себя все приложения (каждый блок - отдельное приложение для расчета), на которые есть лицензия.

В Component Systems хранятся блоки, которыми можно дополнить схему с аналитическими системами.

В Custom systems хранятся пользовательские шаблоны. Можно вручную создать такой шаблон перетаскиванием модулей. Готовые шаблоны можно активировать двойным кликом.

Еще один блок это Design Exploration. Вкратце скажу, что это инструменты для оптимизации формы наших испытываемых деталей, в зависимости от пакета испытаний и с помощью этих инструментов можно строить графики, изменять аэродинамику моделей, с тем, чтобы в дальнейшем, после экспорта в CAD изменить геометрию.

Теперь рассмотрим статусы, которые отображаются справа в ячейках.

Составил картинку с пояснениями. Обновлять можно как отдельную ячейку, так и весь проект сразу.

Теперь поговорим о связях блоков.

Квадратный коннектор говорит о том,что тут используется геометрия, созданная в другом блоке, поэтому клетки серые, их нельзя изменить. Круглый говорит о том,что конечные данные из одного блока могут быть перенаправлены в другой блок как часть исходных данных.

Если вы хотите просмотреть какие файлы загружены в проект и где они лежат в подменю View ставим галочку Files и видим новое окно с расположением и названием файлов.

В проекте можно использовать много разных файлов из разных директорий. Для того, что бы поделиться проектом его можно заархивировать, и потом архив уже пересылать, без каких-либо проблем с тем, что какого-то файла нет.

Для того,что бы распаковать архив есть функция ниже - Restore Archive.

Для упрощения однообразных расчетов тут так же как и CAD системах предусмотрена параметризация.

Открыв эти параметры можно изменять размеры, которые заданы параметрически.

Основным и самым часто используемым приложением в прочностных расчетах является ANSYS Mechanical. Его используют при:

1. Structural. Как Static, так и Transient. Для линейного и нелинейного анализа.

2. Dynamic. Расчет собственных частот, расчет при воздействии случайных вибраций и много другого.

3. Heat transfer. Как Steady state, так и Transient. Расчет тепловых полей, расчет температурной зависимости проводимости, теплопередачи конвекцией,излучением и другие.

4. Magnetostatic. Анализ магнитных полей.

5. Electrical. Симуляция работы таких устройств как двигатели, соленоиды и другие.

ANSYS доступен как для Windows, так и под Linux.

Основу всех расчетных программ, и ANSYS в том числе составляет FEA (finite element analysis), это анализ на основе конечных элементов, то есть CAD-геометрия разделяется на mesh (сетку) из разных плоских геометрических фигур, и уже в каждом отдельном узле сетки рассчитываются напряжения,перемещения и прочее.То есть имея геометрию импортированную из любой CAD-системы ( а я настоятельно рекомендую импортировать именно в *.x_t, хоть ANSYS и читает практически любые файлы) получить путем несложных манипуляций такую модель в сеточном формате.CAD - геометрия это такой идеал, поскольку поверхности там заданы математически. В сетке любой элемент это плоская фигура, увеличение числа элементов может помочь приблизить сеточную модель к идеальной. Но, увеличение числа элементов влияет на то как быстро будет посчитана ваша модель. Поэтому увеличивать число элементов нужно только там, где вам необходимо более точно рассчитать напряжения, возникающие в данном месте.

Для проведения полноценного анализа надо задаться некоторым количеством вопросов:

1. Какой тип анализа необходим (Static, modal и т.д.)?

2. Какой тип модели (деталь или сборка)?

3. Какие элементы в модели (твердые тела или поверхности)?

4. Можно ли как-то упростить систему (например, если деталь симметричная, то можно просто отсечь половину и приложить в месте отсечения реакции и т.д.)?

После этого занимаемся предварительной обработкой (Preprocessing):

1. Вытащить нужную систему анализа.

2. Прикрепить геометрию.

3. Сгенерировать нужную сетку.

4. Приложить силы и закрепления.

5. Решить задачу.

После этого можно оценивать результаты.

Пока это первый пост на тему инженерного анализа, он косвенно связан с 3D-моделированием. Тем не менее, если тема будет интересной, то я продолжу.