Transient FEM analysis/pl

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

Kontekst

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 drugą bryłę sześcianu stal o 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 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. 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. W widoku listy powinna pojawić się pozycja "BooleanFragments:Solid1".

Zamykamy okno zadań i powtarzamy kroki, aby utworzyć drugi materiał "Stal" (karta materiału "CalculiX-Steel") i przypisać go do górnego paska ("BooleanFragments:Solid2").

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:

• Maksymalny rozmiar 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 10.
• Drugi rząd 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.
• 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.
• Optymalizuj: Jakiś rodzaj przetwarzania końcowego po generowaniu siatki. Pozostawiamy to pole zaznaczone.

Kliknięcie Zastosuj uruchamia generator siatki i - w czasie zależnym od komputera - na naszym modelu pojawia się szkielet siatki. Siatka powinna utworzyć około 4000 węzłów.

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 można wybrać żadnych części modelu, ponieważ ta nastawa dotyczy całego modelu.

Następnie używamy temperatury działającej na powierzchnię. Zaznaczamy dwie powierzchnie na jednym końcu paska (Ctrl + lewy klawisz myszy) i klikamy Dodaj w oknie zadań. Dwie powierzchnie 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 okno 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 400 K powyżej i dodajemy je do listy. Na modelu pojawią się czerwone paski, wizualizujące, że te powierzchnie są zamocowane w przestrzeni i nie mogą się poruszać podczas analizy.

Uruchomienie analizy

Analiza powinna już zawierać obiekt solwera CalculiXccx. Jeśli nie, dodajemy go za pomocą ikony solvera z paska narzędzi. (Istnieją dwie identyczne ikony, solwer eksperymentalny powinien również działać). Obiekt solwera ma listę właściwości poniżej w lewej części okna. Tutaj wybieramy następujące opcje (te niewymienione pozostawiamy bez zmian):

• Typ analizy: Chcemy przeprowadzić analizę termomechaniczną. Inne opcje to tylko statyczna (bez wpływu temperatury), częstotliwościowa (oscylacje) 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 ustawić wartość Fałsz.
• Czas zakończenia: Chcemy, aby nasza analiza zatrzymała się po 60 sekundach (tj. w czasie symulacji, a nie w czasie rzeczywistym).

Po dwukrotnym kliknięciu obiektu solwera sprawdzamy, czy wybrana jest opcja "termomechaniczna" i uruchamiamy Zapisz plik .inp. Zwykle zajmuje to kilka sekund (lub znacznie więcej w przypadku większych modeli) i zwraca komunikat "zapis zakończony" w polu poniżej. Teraz rozpoczynamy obliczenia za pomocą Uruchom CalculiX. Po pewnym czasie powinny pojawić się ostatnie komunikaty "Bezbłędnie wykonane obliczenia CalculiX!" i "Ładowanie zestawów wyników...". Gdy licznik czasu na dole zatrzyma się, zamykamy okno 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 wiele obiektów wynikowych MES na liście. Klikając dwukrotnie, możemy otworzyć każdy z nich i zwizualizować obliczone temperatury, przemieszczenia i naprężenia. Możemy wizualizować zginanie, wybierając opcję "Pokaż" w sekcji "Przemieszczenie". Ponieważ bezwzględne przemieszczenia są małe, używamy "Współczynnika", aby wyolbrzymić wartości.

W programie FreeCAD możemy użyć Prezentacji graficznej wyników, aby wykonać post-processing wyników. Alternatywnie, możemy wyeksportować wyniki w formacie VTK i zaimportować je do dedykowanych postprocesorów, takich jak ParaView. Do eksportu wielu wyników (jak w przypadku tej analizy) dostępna jest makrodefinicja.

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()