Александр Чернов, ЗАО «ЕМТ Р»
В 11-й версии ANSYS Workbench в расчетном модуле DesignSimulation появился решатель для проведения кинематического анализа абсолютно жестких тел, а также реализована возможность решения НДС одного из тел как деформируемого при расчете динамики, когда остальные тела в исследуемой системе являются абсолютно жесткими.
В DesignSimulation (DS) в разделе дерева, который описывает геометрическую модель (по умолчанию он называется Geometry), задается определение для тел — деформируемые они или абсолютно жесткие (Flexible/Rigid). Примеры описания абсолютно жесткого и деформируемого тела представлены на рис. 1.
Далее необходимо задать новый расчет New Analysis и выбрать соответствующий тип расчета. На рис. 2 показаны опции окна свойств расчета, соответствующие расчету кинематики (Rigid Dynamic) в DS.
Эта технология использует конечный элемент многоточечных связей MPC184 Joint Element, в котором реализована возможность задания кинематических связей между узлами. Более подробная информация об элементах MPC184 Joint Element изложена в документации к программному комплексу ANSYS 11.0.
При кинематическом расчете абсолютно жестких тел в расчетной модели объемные звенья представляются элементами MASS21. Если наложенная кинематическая зависимость требует решения задачи для соприкасающихся поверхностей (например, для кинематической зависимости поступательного скольжения тяги в гидроцилиндре — MPC184 Translational Joint Geometry), то могут создаваться оболочечные элементы типа SHELL181. Пример конечно-элементной модели механизма показан на рис. 3.
В разделе Connections, описывающем взаимодействие тел друг с другом, необходимо создать кинематические связи (Joints). Предусмотрена возможность автоматического определения связей. Для этого в контекстном меню правой кнопки мыши при выборе раздела Connections надо выбрать пункт Create Automatic Joints. Затем, если некоторые связи определились неверно, необходимо вручную их отредактировать для правильного описания работы звеньев всего механизма.
На практике более удобно задавать кинематические связи вручную, используя средства контекстной панели Connections, которая появляется при выборе этого раздела в дереве. Средства создания кинематических связей контекстной панели Connections представлены на рис. 4.
Для проверки правильности задания кинематической связи лучше использовать опцию Configure (рис. 5).
Обратите внимание, что в окне свойств для выбранной на рис. 5 кинематической связи.
Translational — gidrocilindr To tyaga отсутствуют параметры трения. Для задания параметров трения для элемента MPC184 Translational Joint можно использовать объект Commands. Пример задания параметров трения указанным способом показан на рис. 6.
Далее задается граничное условие для одной из кинематических связей. В зависимости от типа кинематической связи это может быть перемещение, скорость, ускорение, сила, угол вращения, скорость вращения, ускорение вращения или момент. Доступные опции для объекта Joint Condition представлены на рис. 7.
Пример задания изменения силы поступательного движения тяги от времени представлен на рис. 8.
После задания кинематических связей в разделе Analysis Settings задаются параметры решателя. Один из вариантов настройки параметров решателя показан на рис. 9.
Для абсолютно жестких тел проводится кинематический анализ, после чего можно ознакомиться с типовыми результатами теории машин и механизмов (рис. 10).
Результаты расчета могут быть представлены как в виде контуров, так и в табличном виде по всей длине временной шкалы Timeline (рис. 11). Доступна анимация работы механизма.
Далее рассмотрим пример расчета НДС одного из звеньев механизма 3D-модели, построенной в модуле DesignModeler (рис. 12). Предполагается выполнить расчет НДС вилки (рис. 13).
Выбираем тип анализа — Flexible Dynamic и определяем вилку как деформируемое тело (см. рис. 16 и 14).
Расчетная КЭ-модель в данном случае будет содержать, помимо элементов MASS21 и MPC184, необходимых для расчета кинематики, объемные элементы SOLID187 для решения.
НДС. Пример КЭ-модели для раздела Flexible Dynamic показан на рис. 15. Все необходимые опции решения НДС вилки в динамике Analysis Settings представлены на рис. 16.
Данные для изменения силы поступательного движения тяги от времени при расчете НДС задаются иначе, чем при расчете кинематики абсолютно жестких тел. Пример задания изменения силы поступательного движения тяги от времени показан на рис. 17.
На рис. 18 приведены результаты расчета НДС вилки в динамике.
Заметим, что данная статья носит лишь ознакомительный характер и не претендует на полное и детальное изложение процедуры расчета динамики твердых и деформируемых тел (ANSYS Rigid & Flexible Dynamics 11.0) в модуле DesignSimulation среды ANSYS Workbench 11.0.