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.
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:
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.
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.
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.
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.
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
