ANSYS Motion EasyFlex на примере дроп теста

Аватар пользователя brsv
0 208

ANSYS Motion EasyFlex на примере дроп теста

Решатель ANSYS Motion EasyFlex является мощным инструментом для анализа моделей с жесткими и упругими телами и при этом исключает потребность в построении сетки. Однако разбиение на сетку конечных элементов так или иначе происходит, но отсутствует возможность ее настраивать или просматривать. Пользователю также доступно управлять точностью решения с помощью уровней (Level).

 После сказанного выше у опытного пользователя возникнет вопрос: «А что же такого мощного в данном инструменте? Все равно приходится проходить те же самые этапы только сетка не отображается и настраивается глобальный размер…». Негодование по данному инструменту были и у меня. Далее рассмотрим подробнее данный инструмент и решим небольшую задачу.

Сравнение EasyFlex и FEM

Для начала сравним два решателя в ANSYS Motion. На рисунке 1 представлена таблица с основными возможностями каждого.

Рис.1 – Сравнение EasyFlex и FEM

Особенностями EasyFlex являются невозможность использования нелинейных моделей материала и ограничения по типу контактов (допускается только General 3D). Напомню, что контакт General 3D можно определять для жестких, модальных и EasyFlex (модальных и узловых) тел, т.е. претендует на звание универсального в ANSYS Motion. Из этого уже вытекает то, что «под капотом» EasyFlex использует не просто функцию Hide для сетки, а свои методы и подходы. Рассмотрим еще несколько моментов.

Порядок проведения анализа и типы результатов

Порядок работы с использованием стандартного решателя и EasyFlex представлен на рисунке 2.

Рис.2 – Алгоритм работы

По схеме видно, что при использовании тел типа EasyFlex этап генерации сетки конечных элементов формально существует. Однако примечательно не это. При использовании любого решателя доступны все результаты: реакции в шарнирах или контактах, скорости, ускорения, напряжения, деформации и т.д. Кроме того, если мы обратимся на ветку Connection, то увидим, что в качестве регионов, которые служат для определения контактов между жесткими телами и телами EasyFlex используются наборы поверхностей Faceset (геометрические поверхности), в то время как для упругих тел используются наборы узлов (Nodeset) или наборы конечных элементов (Patchset).

Таким образом, EasyFlex позволяет быстро перейти от анализа жестких тел к анализу упругих тел, т.к. не требуется переопределение регионов. Поговорим об этом позже, а пока пойдем дальше.

Level, Scale, Seed Point, Output Patch

Как уже было сказано выше, точность решения в EasyFlex определяется уровнями (Level). Всего уровней 5, где 1-ый уровень – рекомендуется для грубой оценки, а 5-ый – для решения с высокой точностью. Для получения оптимальных результатов лучше всего использовать 2-ой уровень с целью получения адекватных результатов на качественном уровне, а 4-ый уровень использовать при необходимости оценки численных результатов.

Нередко в различных конструкциях используются тела типа оболочек или стержней. В данной ситуации имеется возможность масштабировать (иными словам сгущать) сетку по каждому направлению с помощью инструмента Scale. Рассмотрим на примерах. На рисунке 3 представлено окно выбора уровней и масштабирования.

Рис.3 – Окно настроек уровней и масштабирования

Рис.4 – Пример деталей типа оболочек и стержней

На рисунке 4 представлены примеры деталей типа оболочек и стержней. Соответственно, диафрагму (сверху) необходимо масштабировать по оси Y, а рычаг (снизу) по оси Y и Z.

Также часто встречаются различные детали с полостями внутри (например, пористые материалы). Для определения подобных полостей необходимо дополнительно определять точки (Seed point), которые привязаны к поверхностям полости (см. Рис.3). Без подобного определения внутренние пустоты будут игнорироваться.

Еще один важный момент. Для вывода могут быть доступны как поверхностные результаты, так и объемные. Чтобы определить тип геометрии на выходе нужно перейти на вкладку Geometry for Output и выбрать тип поверхность (Surface) или объем (Volume).

Рис. 5 – Окно настроек геометрии для результатов

 

Для получения адекватных и достаточно точных результатов важно помнить, что тела EasyFlex необходимо объединять для построения совместной сетки. Это можно двумя способами:

  • Объединение тел в CAD
  • С помощью определения сварных швов EasyFlex (Рис.6; рекомендуемый способ)

Рис.6 – Объединение тел с помощью сварного шва в EasyFlex

 

Для тел EasyFlex имеется возможность прикладывать различные нагрузки (Force) и граничные условия (Constraint). Именно с помощью граничных условий можно определить связь тела с Ground (использовать Boundary Condition), а RBE используются в качестве жестких связей.

Пример

Далее попробуем использовать технологию EasyFlex на практике. Рассмотрим падение кубика на платформу. Создаем модель как показано на рисунке 7. Для создания геометрии может быть использован любой CAD пакет. Кубик поверните вокруг оси X на произвольный угол.

Рис.7 – Модель для анализа

 

Следующим шагом создаем новый проект в ANSYS Motion Preprocessor (это как раз тот случай, когда модель удобно будет хранить и использовать дальше в виде одно файла, поэтому используем New file…) и импортируем геометрию. Далее в навигаторе подсистем (Subsystem Navigator) заходим в свойства кубика и определяем его как EasyFlex Nodal (узловое представление). Переходим на вкладку EasyFlex и задаем 3-ий уровень точности.

Рис.8 – Окно свойств

Далее создаем три региона (Faceset): нижняя и верхняя поверхности платформы и нижняя грань кубика.

Затем создаем шарнир Fixed между нижней поверхностью платформы и Ground (расположение шарнира делаем в любой точке нижней грани). Также определяем контакт General между верхней гранью платформы и нижней гранью куба.

Созданная расчетная модель представлена на рисунке 9. Для более подробного описания выше описанных процедур рекомендую обратиться к ранним статьям и видео на нашем канале на YouTube.

Рис.9 – Расчетная модель

 

 Далее необходимо определить силу тяжести. По умолчанию она направлена по направлению минус Z. Также определим скорость. Переходим в свойства кубика, затем на вкладку Initial Velocity. Скорость определяем из уравнения равноускоренного движения (время определяем исходя из заданной высоты):

V = g * t,

Следующим этапом задаем время моделирования. Для начала зададим 0,05 сек (при необходимости корректируем). Запускаем расчет (расчет занимает 20-30 минут, в зависимости от размеров модели).

После решения откроется окно постпроцессора. Делаем отображение эквивалентных напряжений Мизеса и запускаем анимацию.

Рис.10 – Поля эквивалентных напряжений Мизеса

Создадим график зависимости силы реакции в контакте от времени для оценки амплитуды во время удара (график создается в отдельном окне New Plot Window).

Рис.11 – Зависимость силы реакции в контакте от времени

 

Практическое применение

При разработке новых изделий требуется проводить большое количество расчетов различных вариантов конструкций. При этом непозволительно затрачивать большое количество времени на расчет.

Рассмотрим на примере подвески автомобиля. На этапе проектирования новой конструкции необходимо оценивать кинематические, силовые и прочностные параметры нескольких вариантов конструкций. С помощью ANSYS Motion Car Toolkit можно создать параметризованные расчетные модели с жесткими телами, а с помощью решателя EasyFlex можно перейти к анализу конструкции с упругими телами, при этом затраченное время будет незначительным.

Что касается рассмотренной задачи, то в качестве реального примера можно рассмотреть дроп тест корпуса принтера. Стоит отметь, что для решения такой практической задачи необходимо повторить все выше описанные шаги (единственное отличие заключается в выборе нескольких поверхностей принтера для Faceset).

Рис.12 – Дроп тест принтера

 

Заключение

В данной статье были рассмотрены основные возможности и области применения ANSYS Motion EasyFlex. Используя данный решатель, возможно значительно сократить время на разработку моделей и расчет. Кроме того, EasyFlex упрощает переход от жестких тел к упругим во время решения, что очень важно при работе с большими комплексными моделями (модели, которые состоят из большого количества жестких и упругих тел, и граничных условий).

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии