Раздел: Документация
0 1 2 3 ... 87 А. Б. Каплун Е. М. Морозов М. А. Олферьева Распространенность ANSYS в среде инженеров-расчетчиков, обусловленная широкими возможностями программы в области решения сложных проблем механики деформированного твердого тела, теплообмена, гидродинамики и электромагнитных полей, а также адаптированностью программы к конечному пользователю, не могла не вызвать потребности в специальной литературе. Надо сказать, что это общая тенденция. Процесс технического перевооружения ведущих промышленных предприятий, головных отраслевых НИИ и т. д., имеющий место в настоящее время, и альтернативы которому нет ввиду жесткой конкуренции на отечественном и мировом рынках, требует в числе прочего и обновления материального обеспечения для задач инженерного моделирования. Это так называемые системы автоматизированного проектирования (САПР), главной задачей внедрения которых является снижение издержек и сжатие сроков проектирования и производства, за счет замены реальных процессов прототипирования, макетирования, испытаний и т. д. — их виртуальными аналогами. Рост числа рабочих мест САПР на предприятиях, несмотря на нынешние финансовые трудности, есть объективное обстоятельство, из которого вытекает факт востребованности на рынке труда специалистов, владеющих подобными технологиями, — в данном случае технологией проведения инженерного анализа с помощью САЕ-снстемы ANSYS. Отсюда очевидно следствие о необходимости методической подготовки таких специалистов — это веление времени, и этой цепи как раз служит предлагаемая книга. Общеизвестен дефицит литературы подобного рода, как содержащей теоретические основы численных методов, так и по собственно техническим аспектам овладения конкретной программой. Не случайно технические вузы, не сговариваясь, выпускают свои собственные методические разработки на тему введения в какую-либо САПР и включают в свою программу соответствующие курсы подготовки, в том числе по ANSYS, как самой распространенной САЕ-снстемы. К сожалению, такая литература остается в стенах выпустившего ее вуза, не говоря уже об отсутствии унификации учебных курсов, терминологии и т. п.; кроме того, такие работы не гарантированы от ошибок. Данная книга восполняет этот пробел. Она характеризуется хорошим качеством изложения достаточно сложного и объемного материала, а также такими особенностями методического построения, которые позволяют рекомендовать ее как начинающим, так н опытным пользователям. Авторам удалось органично предварить основной текст сжатым и доходчивым изложением теоретических основ метода конечных элементов, а также практическими следствиями из теории и вытекающими из них рекомендациями, что будет, безусловно, полезным, например, для студентов, изучающих строительную механику и прочность. Книга снабжена подробно описанными примерами, что позволяет рекомендовать ее специалистам-расчетчикам, начинающим изучение программы ANSYS, а также преподавателям вузов, планирующим внедрять соответствующие учебные курсы. Введение в командный язык ANSYS, которое дается параллельно с описанием работы с интерфейсом, позволит грамотно пользоваться справочником команд, помещенным в третьей часть книги и предназначенным, в основном, для опытных пользователей. А. С. Шадскнй, представительство фирмы CAD-FEM GmbH в СНГ (официальный дистрибьютор ANSYS, www.cadfem.ru) Предисловие авторов Численные методы расчета напряженно-деформированного состояния на основе программных комплексов для ЭВМ находят все большее распространение. Весьма большими возможностями обладает программный комплекс ANSYS (продукт фирмы ANSYS Inc.), позволяющий решать краевые задачи практически во всех инженерных приложениях, таких как: гидромеханика, колебания, теплопроводность, прочность, специфические конструкции в виде трубных систем н т. п. Заметим, что ознакомиться с возможностями программы н овладеть основными приемами работы с ней можно, используя ее учебную версию - ANSYS ED, распространяемую в рекламных целях бесплатно. В настоящем руководстве затронуты только вопросы прочности конструкций, а именно расчета напряженно-деформированного состояния прн статическом нагруженнн. Это ограничение введено сознательно, поскольку прн изложении основ такого сложного программного комплекса, как ANSYS, невозможно, да и не нужно, охватить все области его возможного использования единовременно. Математической основой, на которой построен вычислительный аппарат этого программного продукта, является метод конечных элементов. Поэтому в первой части книги детально, с примерами, изложен метод конечных элементов. В определенном смысле эта часть имеет самостоятельное значение. Во второй части дано последовательное изложение действий пользователя прн решении задач сопротивления материалов н строительной механики, а также одномерных н двумерных задач теории упругости для тел произвольного очертания и схем нагружения. В третьей части дано описание основных команд, задание которых необходимо прн вводе-выводе данных и результатов счета. Приведенный материал далеко не исчерпывает все возможности программного комплекса, однако авторы рассчитывают в дальнейшем на продолжение своей работы с целью расширения круга решаемых задач. Авторы выражают искреннюю благодарность представительству фирмы CAD-FEM GmbH в СНГ (официальный дистрибьютор ANSYS) в лнце его руководителя В. Н. Анпило-ва н технического специалиста А. С. Шадского за тщательное н плодотворное рецензирование рукописи книги. Все возможные замечания по содержанию кингн будут с благодарностью восприняты авторами. Введение При выполнении инженерных расчетов на прочность неизбежен этап создания моделей прочностной надежности элементов конструкций. С помощью таких моделей возможно выбрать материал и необходимые размеры конструкций и оценить ее сопротивление внешним воздействиям. Моделью называется система представлений, зависимостей, условий и ограничений, описывающих исследуемый и рассчитываемый процесс или явление. Модель представляет собой отображение объективной реальности н может иметь разную природу, структуру и форму представления. Надежностью называют свойство изделия выполнять свои функции в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Прочностной надежностью называют отсутствие отказов, связанных с разрушением или с недопустимыми деформациями, или, вообще, с наступлением предельного состояния в определенном смысле. Основной мерой надежности является вероятность безотказной работы изделия. Другой, более распространенной величиной оценки прочностной надежности является запас прочности. Пусть р — параметр работоспособности изделия (например, действующее усилие, давление, эквивалентное напряжение в опасной точке и т. п.). Тогда запасом прочности называют отношение Ркр П =-*Ц(В.1) Ртах где рКр — критическое (предельное) значение параметра р, нарушающее нормальную работу изделия, />тах — наибольшее значение параметра в рабочих условиях. Условие прочностной надежности записывается в виде: П > [и],(В.2) где [и] — допустимое значение запаса прочности. Допустимый запас прочности назначают на основании инженерного опыта эксплуатации подобных конструкций (прототипов). Ряд отраслей техники имеют нормы прочности, в которых допустимые запасы прочности регламентированы для разных условий эксплуатации. Обычный диапазон изменений \п\ колеблется от 1, 3 (прн стабильных условиях нагружения) до 5 и более (прн переменных и динамических нагрузках). Отметим основные модели прочностной надежности, которые практически всегда (явно или неявно) присутствуют прн проведении расчетов. Это модели материала, формы детали (конструкции), нагружения (условий нагружения) и предельного состояния (нарушения прочности). Прн разработке (назначении) моделей приходится идти на компромисс между достаточно полным и адекватным описанием рассчитываемого яаления и доступностью (трудоемкостью) расчета на основе принятых моделей. Напомним, что цепью расчетов является определение запасов прочности. Однако на этом пути находится этап определения напряженно-деформированного состояния, н именно данный этап рассматривается в настоящей книге. В практике расчетов используют как аналитические, так и численные методы. Первые базируются на математических методах решения краевых задач, обычно сложных и трудоемких, н зачастую ограничены достаточно простыми геометрическими формами тел и схем нагружения. Численные методы, к которым относятся, в частности, метод конечных Разностей, метод граничных интегральных уравнений, метод граничных элементов, метод конечных элементов н другие методы, напротив, не ограничены ни формой тел, ни способом приложения нагрузки. Это, наряду с повсеместным распространением мощной вычислительной техники, способствует их распространению в инженерной среде. Нередки случаи, когда важно знать эволюцию процесса деформирования (или разрушения) конструкции с продолжающимся во времени внешним воздействием. При этом естественны большие геометрические н физические нелинейности. В таких случаях обойтись без чис- 0 1 2 3 ... 87
|
