Transient FEM analysis/pl

Ćwiczenie
Temat
Przejściowa analiza MES
Poziom trudności
Czas wykonania
Autorzy
Wersja FreeCAD
Pliki z przykładami
Zobacz również
-

Wprowadzenie

Ten przykład pokazuje, jak wykonać analizę nieustaloną termiczno-mechaniczną termobimetalu.

Tworzenie modelu

1. Zaczynając od pustego projektu FreeCAD, budujemy naszą listwę bimetaliczną w środowisku pracy Część
2. Narysuj Sześcian i zmień jego nazwę na aluminium.
3. Nadaj temu elementowi wymiary 100 x 10 x 2 mm (Długość x Szerokość x Wysokość).
4. Utwórz drugi Sześcian o nazwie stal i takich samych wymiarach.
5. Przesuń tę część o 2 mm wzdłuż osi Z (za pomocą Edycja ... → Umiejscowienie → Pozycja → Z).
6. Zaznacz obie bryły (używając klawisza Shift + kliknięcie myszą) i utwórz z nich obiekt funkcją Fragmentacja.
7. Zmień nazwę obiektu Boolean Fragments na listwa bimetaliczna.
8. W Edytorze właściwości zmieniamy tryb z WIDOKStandard na WIDOKCompSolid. (Powinno też zadziałać użycie polecenia Utwórz kształt złożony zamiast Fragmentacji funkcją logiczną, jednak w przypadku bardziej złożonych przecinających się kształtów mogą wystąpić problemy z późniejszą analizą MES. Lepiej więc przyzwyczaić się do używania w pierwszej kolejności Fragmentacji funkcją logiczną). Wynik powinien wyglądać następująco:

Przygotowanie i uruchomienie analizy MES

Przydzielanie materiałów

W środowisku pracy MES tworzymy nowy kontener Analizy i dodajemy do niego nowy Materiał bryły o nazwie 'Aluminium'. W następnym oknie zadania wybieramy jeden z predefiniowanych stopów aluminium, taki jak "Aluminum-6061-T6". W sekcji "Wybór odniesienia dla geometrii" przypisujemy materiał do niższej części naszego modelu, ustawiając tryb wyboru na Bryła. W środowisku pracy MES tworzymy nową analizę i dodajemy do niej nowy materiał . W następnym oknie zadania wybieramy jeden z predefiniowanych stopów aluminium. W sekcji "Wybór odniesienia dla geometrii" przypisujemy materiał do niższej części naszego modelu, ustawiając tryb wyboru na Bryła, klikając Dodaj i wybierając powierzchnię lub krawędź dolnego paska.

Zamykamy okno zadań i powtarzamy kroki, aby utworzyć drugi materiał "Stal" (karta materiału "CalculiX-Steel") i przypisać go do górnego paska.

Tworzenie siatki

Ponieważ analiza elementów skończonych wymaga oczywiście elementów do pracy, musimy podzielić nasz model na tak zwaną siatkę. Środowisko pracy MES oferuje dwa narzędzia do tworzenia siatek: Netgen i GMSH. W tym przypadku wybierzemy Netgen: Po wybraniu obiektów Boolean Fragments "listwa bimetaliczna", klikamy na ikonę . Netgen w oknie roboczym MES. W następnym oknie zadań musimy dokonać różnych wyborów, zaczynając od góry:

• Stopień rozdrobnienia: wybierz, jak drobno model powinien zostać pocięty na elementy. W przypadku bardziej złożonych modeli z krzywiznami i przecięciami możemy zwiększyć liczbę elementów w tych regionach, aby uzyskać lepsze wyniki (oczywiście kosztem dłuższego czasu obliczeń). Eksperci mogą również ustawić opcję Zdefiniowane przez użytkownika i ustawić następujące parametry. W przypadku naszego prostego modelu prostokątnego wybór stopnia rozdrobnienia nie ma większego wpływu, dlatego utrzymujemy go na umiarkowanym poziomie.
• Maksymalny rozmiar: jest to maksymalny rozmiar (w milimetrach) elementu. Im mniejszy maksymalny rozmiar elementu, tym więcej elementów otrzymamy - zwykle wynik będzie bardziej precyzyjny, ale z dramatycznym wzrostem czasu obliczeń. Ustawiliśmy go na 2.
• Drugiego rzędu: oznacza, że w każdym elemencie zostaną utworzone dodatkowe węzły. Zwiększa to czas obliczeń, ale zwykle jest dobrym wyborem, jeśli chodzi o zginanie, jak w naszej analizie. Pozostawiamy to pole zaznaczone.

Kliknięcie Zastosuj uruchamia generator siatki i - w czasie zależnym od komputera - na naszym modelu pojawia się siatka.

Przypisywanie warunków brzegowych

Analiza MES nic by teraz nie dała, ponieważ w naszym modelu nic się jeszcze nie dzieje. Dodajmy więc trochę temperatury: Użyj temperatury początkowej ze środowiska pracy MES i ustaw temperaturę na 300 K. Tutaj nie wybieramy żadnych części modelu, ponieważ ta nastawa dotyczy całego modelu.

Następnie używamy temperatury działającej na powierzchnię. Klikamy Dodaj w Panelu zadań i wskazujemy dwie ściany na końcu pasków. Dwie ściany obiektu Fragmentacji funkcją logiczną, powinny pojawić się na liście, a na modelu powinny pojawić się małe ikony temperatury. Ustawiamy temperaturę na 400 K i zamykamy Panel zadań. Na początku analizy wybrane powierzchnie otrzymają natychmiastowy wzrost temperatury z 300 do 400 K. Ciepło będzie przewodzone wzdłuż metalowych pasków i spowoduje ich odgięcie.

Przed uruchomieniem analizy należy ustawić dodatkowy warunek brzegowy: Analiza może zostać uruchomiona tylko wtedy, gdy nasz model jest zamocowany gdzieś w przestrzeni. Za pomocą wybieramy te same dwie ściany, co dla warunku brzegowego temperatury powyżej. Na modelu pojawią się czerwone paski, wizualizujące, że te powierzchnie są zamocowane w przestrzeni i nie mogą się poruszać podczas analizy.

Uruchomienie analizy

Analiza może już zawierać obiekt solvera SolverCalculiX. Jeśli nie, dodajemy go za pomocą ikony solvera z paska narzędzi. Obiekt solvera ma listę właściwości poniżej w lewej części okna. Tutaj wybieramy następujące opcje (te niewymienione pozostawiamy bez zmian):

• Typ analizy: Chcemy przeprowadzić analizę termomechaniczną. Inne możliwe tu opcje to analiza czysto statyczna (bez wpływu temperatury), częstotliwościowa (drgania) lub tylko w celu sprawdzenia poprawności modelu.
• Termomechaniczny stan ustalony: Stan ustalony oznacza, że solwer zwróci jeden wynik, w którym fizyka osiągnie równowagę. NIE chcemy tego robić, chcemy uzyskać wiele wyników w czasie (analiza przejściowa). Należy więc to wyłączyć.
• Czas analizy: Chcemy zasymulować 60 s procesu.

Po dwukrotnym kliknięciu obiektu solwera sprawdzamy, czy wybrana jest opcja "termomechaniczna" i klikamy 'Zastosuj', aby uruchomić obliczenia. Po pewnym czasie powinien pojawić się ostatni komunikat 'Process finished'. Gdy licznik czasu na dole zatrzyma się, zamykamy Panel zadań. (Przy większych modelach i / lub wolniejszych komputerach FreeCAD może się zawiesić i nie zobaczymy działającego timera. Ale bądź cierpliwy, w większości przypadków CalculiX nadal działa w tle i ostatecznie wygeneruje wyniki).

Powinniśmy teraz mieć obiekt prezentacji graficznej wyników "SolverCalculiXResult" z wieloma klatkami. Domyślnie powinien być wyświetlany rozkład temperatury. Możemy dwukrotnie kliknąć na obiekcie prezentacji graficznej wyników i przełączyć na Displacement Magnitude, aby zobaczyć wypadkowe przemieszczenia. Następnie możemy dodać Filtr wizualizacji deformacji, aby zwizualizować przeskalowaną deformację. Alternatywnie, moglibyśmy wyeksportować wyniki do formatu VTK i zaimportować je do dedykowanego post-processora, takiego jak ParaView.

Do pobrania

• Przykładowy plik bez wyników (200 kB).

• Przykładowy plik z wynikami (10 MB).

Inny przykład

• Analityczny przykład bimetalu. Przykład analityczny przedstawiony na forum jest zawarty w przykładach FreeCAD FEM. Można go uruchomić w Pythonie za pomocą:

from femexamples.thermomech_bimetall import setup
setup()