Все ответы об инженерном анализе

Перед началом работы настоятельно рекомендуем ознакомиться с правилами форума.

Определение потенциальной деформации тела

Пономарёв Владислав
Аватар пользователя Пономарёв Владислав

Добрового времени суток!

Помогите, пожалуйста, разобраться с потенциальной энергией деформации тела.

Я провожу исследования по моделированию деформации древесины при её усушке и набухании в Ansys Workbench. Для этого я провожу аналогию между деформацией усушки/набухания и деформацией линейного расширения при изменении температуры (кому интересно, можете ознакомиться вот здесь www.research-collection.ethz.ch/bitstream/handle/20.500.11850/151409/eth-201-02.pdf?sequence=2&isAllowed=y стр 33-35).

В качестве модели материала я применил данные зарубежных исследователей (ссылку также прикрепляю https://docviewer.yandex.ru/view/0/?page=5&*=yH1Scrw3G3OUAPxF6gEmTLHhUPN7InVybCI6Imh0dHBzOi8vYXJ4aXYub3JnL3BkZi8xNDExLjEzNTgucGRmIiwidGl0bGUiOiIxNDExLjEzNTgucGRmIiwibm9pZnJhbWUiOnRydWUsInVpZCI6IjAiLCJ0cyI6MTYyMDQ1ODU5MzE4NiwieXUiOiIyOTIxNjY0NzAxNjIwNDU3MjU2Iiwic2VycFBhcmFtcyI6Imxhbmc9ZW4mdG09MTYyMDQ1ODU5MCZ0bGQ9cnUmbmFtZT0xNDExLjEzNTgucGRmJnRleHQ9Umhlb2xvZ2ljYWwrbW9kZWwrZm9yK3dvb2QmdXJsPWh0dHBzJTNBLy9hcnhpdi5vcmcvcGRmLzE0MTEuMTM1OC5wZGYmbHI9NTAmbWltZT1wZGYmbDEwbj1ydSZzaWduPTMyMGU1YWVkNWUyZjRlNWZmYzFmY2E2Nzk4Njc0ZjkxJmtleW5vPTAifQ%3D%3D&lang=en)

На данном этапе мне пока удалось задать только модель упругой деформации древесины, и деформации усушки/набухания, которые зависят от влажности древесины и ориентации волокон образца. Также для учета ориентации волокон древесины, я задаюсь геометрическими размерами деревянного образца (ширина и толщина) и привязываю его центр тяжести на поперечном распиле бревна, как показано на рисунке 1. Для моделирования расположения деревянного образца в Ansys Workbench я использую цилиндрическую систему координат и перемещаю её в центр поперечного распила бревна.

Рисунок 1. Поперечный распил бревна с расположение на нём деревянного образца.

Таким образом, на мой взгляд, мне удаётся учитывать влияния угла наклона волокон на процесс деформации усушки/набухания древесины. В качестве примера привожу результаты полной деформации деревянных образцов, при различном их расположении на поперечном распиле бревна (см. рисунок 2 и 3). Цилиндрическая ось координат соответствует центру поперечного распила бревна.

Рисунок 2. Слева: расположение центра поперечного распила бревна относительно образца; справа: полная деформация образца при изменении влажности древесины с 30 до 10 процентов. 

Рисунок 3. Слева: расположение центра поперечного распила бревна относительно образца; справа: полная деформация образца при изменении влажности древесины с 30 до 10 процентов.

​​​​​​Для практического применения и оценки влияния угла наклона волокон, я решил для деревянного образца с заданными геометрическими размерами построить зависимость между его расположением, относительно центра поперечного распила бревна и потенциальной энергией деформации. Потенциальная энергия деформация мне нужна для дальнейшего выполнения анализа моей исследовательской работы. Проблема, с которой я столкнулся заключается в следующем: в Ansys Mechanical есть вывод результатов Strain Energy, благодаря которому можно увидеть энергию деформации, но только для каждого конечного элемента в отдельности. В информационной сети "Интернет" и наткнулся на статью (https://www.ansys.soften.com.ua/about-ansys/blog/338-primenenie-ansys-mechanical-dlya-rascheta-pogloshchennoj-energii-deformatsii-v-sistemakh-zashchity-pri-oprokidyvanii-i-zadnikh-protivoudarnykh-elementakh-pritsepov.html), в которой есть код для определения полной потенциальной энергии деформации всего тела. В моем случае, визуально, деревянный образец деформируется не только линейно по направлению осей координат, но также изгибается (см. рисунки 2 и 3). Вопрос, какими способами можно определить суммарную потенциальную энергию деформации всего тела для конкретного вида деформации: изменение геометрических размеров только по оси X или Y, а также изгиб в плоскости XOY?

brsv
Аватар пользователя brsv

Добрый день. Посмотрите в Worksheet. Там перечень доступных результатов есть, которые можно вывести через пользовательские результаты. Потенциальная энергия есть. Изгиб можно получить с помощью добавления локальной системы координат и запросе результатов Directional Deformation. Возможно, что потенциальная энергия в результатах не относится к энергии деформации, тогда придется доработать скрипт. Если это не подходит, то сообщите) 

Пономарёв Владислав
Аватар пользователя Пономарёв Владислав

Спасибо за помошь. Посмотрев Worksheet, проанализировав результаты и немного почитав руководстово пользователя, я понял, что потенциальная эенергия деформации высчитывается через напряжение. В моём случае, система статически определима и при набухании или усушки напряжения не возникают (за исключением собственного веса древесины), и следовательно энергия деформации стремиться к нулю. Я попытался использовав команды Worksheet в результатах User Defined Result вести формулу U=(0,5*Ex*F*(Δl)^2)/L, где Ex - модуль упругости в направлении оси x, F - площадь сечения, Δl - деформация, L - длина элемента. Как я понял, в Worksheet Δl соответствует "UX", значения переменных L и F я ввиду вручную, а вот что делать с модулем упругости Ex я не знаю, в Worksheet я не нашел.

Ещё есть альтернативный вариант, подобрать такое силовое нагружение, которое будет по деформациям эквивалентно деформациям усушки или набухания древесины. Но данный вариант довольно не простой и вряд ли получиться добиться большой точности результатов.

Пономарёв Владислав
Аватар пользователя Пономарёв Владислав

1

brsv
Аватар пользователя brsv

Добрый день. Модуль упругости должен быть известен, Вы его определили когда материал задавали. Если у Вас изотропная упругость, то можно попробовать вычислить с помощью Material Designer, промоделировав структуру.

Пономарёв Владислав
Аватар пользователя Пономарёв Владислав

В данном случая я рассматриваю древесину как ортотропный материал. К тому же для учета наклона годичных колец я ввожу местую цилиндрическую систему координат. Таким образом местная ось конечного элемента не совпадает с глобальной ось координат. Моя задача сводиться к тому, чтобы определить модуль упргости конечного элемента по глобальной оси координат X и подставить данное "выражение" в формулу, про которую я писал выше, а именно:

U=(0,5*Ex*F*(Δl)^2)/L, где Ex - модуль упругости в направлении оси x, F - площадь сечения, Δl - деформация, L - длина элемента.

brsv
Аватар пользователя brsv

Тогда я думаю, что нужно провести дополнительные расчеты для определения модуля упругости

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
Приложить файл

Максимальный размер файла: 999 МБ.
Допустимые типы файлов: txt doc docx xls xlsx pdf rar zip 7zip tar.