Задание условий циклической симметрии в ANSYS Workbench Mechanical

Задание условий циклической симметрии в ANSYS Workbench Mechanical

Расчётный модуль ANSYS Mechanical среды Workbench поддерживает задачи с циклической симметрией и позволяет с легкостью выполнять их расчёт при помощи инструментов раздела «Symmetry» (симметрия), который можно добавить в дерево структуры модели из верхнего уровня (Model). Пользователю необходимо указать нижнюю границу (Low Boundary) и верхнюю границу (High Boundary) для рассматриваемой циклической области (Cyclic Region). Далее можно выполнить такие расчёты, как статический расчёт конструкции и модальный расчёт, причем оба они выполняются не для одного сектора, а для целой конструкции.

 

ANSYS Один сектор в задаче с циклической симметрией с указанием выбранных нижней и верхней границ (Low and High Boundary)

 

В простейших случаях нижняя и верхняя границы циклической области выбираются на противоположных боковых гранях одного тела. Их можно также задать на противоположных боковых гранях составной детали (multibody part), как в полуцилиндрах на рисунке 1. При работе в модуле DesignModeler детали, которые не соприкасаются, можно объединять в единую составную деталь (multibody part), что помогает при задании циклической симметрии. В данной статье рассматриваются некоторые особенности и рекомендации по решению задач с циклической симметрией.

Особенности задания условий циклической симметрии

При работе в модуле DesignModeler среды Workbench тела можно объединять в единую составную деталь. Для этого следует выделить их в дереве построения или в графической области и по щелчку правой кнопки мыши выбрать из выпадающего меню пункт «Form New Part». Если между твёрдыми телами, объединенными в составные детали (multibody part), есть общие грани, то это создаёт неразрывную связь тел, и в модуле Mechanical будет построена совместная сетка с общими узлами на гранях между этими телами. Тела, которые не соприкасаются, также могут быть объединены в составные детали, как показано ниже на рисунке 2:

 

ANSYS Составные детали (Multibody Parts) в рассматриваемой модели сектора колеса

 

Объединение тел в составные детали позволяет задавать условия циклической симметрии, поскольку нижняя и верхняя границы не могут находиться на абсолютно независимых телах даже при одинаковой топологии и размерах граней. Если же созданы составные детали как на рисунке 2, то задание нижней и верхней границ будет доступно.

 

ANSYS Задание нижней и верхней границ в секторе циклической симметрии

 

Благодаря заданию циклической области, сетки на гранях нижней и верхней границы будут совпадать, что позволит связать степени свободы узлов на границах сектора для задания циклической симметрии. На рисунке 3 показана цилиндрическая система координат с осью Z на оси колеса, используемая для условий симметрии. Обратите внимание на несовместную сетку конечных элементов на стыке тел на рисунке 4.

 

ANSYS Разбивка на конечные элементы для решения задачи с циклической симметрией

 

При статическом расчёте необходимо задать граничные условия для предотвращения линейных перемещений вдоль оси Z цилиндрической системы координат и закрепления углов поворота вокруг оси Y. При модальном расчёте пользователь может сам решить, какие перемещения необходимо закрепить, так как в нём поддерживаются незакреплённые тела.

 

ANSYS Отображение результатов статического расчёта циклически симметричной модели сектора на полную модель

 

При модальном расчёте пользователь должен проанализировать формы колебаний и по номеру циклической формы (Cyclic Mode), и по числу гармонических волн (Harmonic Index). Необходимо учитывать такое количество форм и чисел гармоник, чтобы полностью охватить интересующий диапазон частот. Модуль Workbench Mechanical позволяет отображать результаты для целой модели на основании расчёта для одного сектора.

 

ANSYS Результаты модального расчёта задачи с циклической симметрией, Циклическая форма колебаний (Cyclic Mode) – 3, число гармоник (Harmonic Index) – 0, частота – 739,79 Гц.

 

Анимация результатов расчёта позволяет наглядно увидеть и проанализировать полученные деформации.

Выводы

Расчётный модуль Workbench Mechanical позволяет задать верхнюю и нижнюю границу циклической области для модели сектора, которая состоит из множества тел, при условии, что тела, грани которых лежат на нижней и верхней границах, объединены в единую составную деталь (multibody part). Это справедливо и для тел, которые не имеют общей границы. После создания требуемой составной детали грани нижней и верхней границ, необходимые для определения циклической области, можно указать в инструменте «Cyclic Region».

Далее перед пользователем стоят обычные задачи корректного задания граничных условий, создания сетки конечных элементов, задания контактных пар, нагрузок и т.д.

Результаты расчёта автоматически отображаются для целой модели, что позволяет их проанализировать и убедиться, что сектора правильно соединены. Последние версии ANSYS Workbench позволяют указывать количество отображаемых секторов и допускают некоторую неточность в плане совпадения форм граней нижней и верхней границ.

Источник: www.ansys.soften.com.ua


Печать   E-mail