Урок №11 – Анализ срединно-поверхностной модели сварной трубы

В этом примере вы смоделируете сварную трубу, чтобы определить распределение сил вдоль сварного шва между двумя трубами.

Используя данную модель, вы смоделируете сетку срединно-поверхностной оболочки четверти данной детали, а затем, используя симметричные граничные условия, представите оставшиеся три четверти модели.

Пример включает следующие шаги:

• 
  Импорт геометрии, используя интерфейс Parasolid.


• 
  Разрезание модели.


• 
  Создание срединно-поверхностной модели.


• 
  Создание сетки.


• 
  Приложение нагрузок и ограничений.


• 
  Анализ модели, используя NX Nastran.


• 
  Последующая обработка результатов равновесия сил в узлах сетки, используя Freebody Display.

 

Импорт геометрии

Вначале импортируем геометрическую модель.

Что делать:

Запустите FEMAP и откройте новый файл модели. Импортируйте файл геометрии формата Parasolid.

Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		File, Import, Geometry (Файл, Импорт, Геометрия) Перейдите в директорию с примерами. Импортируйте файл Pipe.X_T.
2.		В диалоговом окне Solid Model Read Options: (Опции Чтения Твердого Тела)  OK
3.		Поверните модель как показано ниже на рисунке.

 

Разрезание модели

Разрежьте модель так, чтобы осталась ее четверть.

Что делать:

Разрежьте модель плоскостью XY при Z = 5. Затем, разрежьте модель плоскостью YZ при X = 0.



Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		Geometry, Solid, Slice (Геометрия, Твердое Тело, Разрезать)
2.		В диалоговом окне Entity Selection: (Выбор Объекта)  Выберите твердое тело. OK
3.		В диалоговом окне Plane Locate: (Расположение Плоскости)  Methods (Методы)
4.		Global Plane (Глобальная Плоскость)
5.		XY Plane (Плоскость XY)
6.		Z: 5 OK
7.		Geometry, Solid, Slice (Геометрия, Твердое Тело, Разрезать) Выберите твердое тело +Z (справа на виде снизу). Разрежьте модель плоскостью YZ при X = 0.

Что делать:

Удалите половину модели -Z и четверть модели +X.

Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		Delete, Geometry, Solid (Удалить, Геометрия, Твердое Тело)
2.		В диалоговом окне Entity Selection: (Выбор Объекта)  Выберите половину модели -Z. (тело слева на рисунке сверху). OK OK
3.		Delete, Geometry, Solid (Удалить, Геометрия, Твердое Тело) Удалите половину модели +X.

 

Создание срединно-поверхностной модели

Создайте срединно-поверхностную модель, затем удалите исходное тело. Сшейте несоединенные поверхности вместе, чтобы сформировать цельную геометрию.

Создание срединной поверхности

Что делать:

Используйте функцию автоматического создания срединной поверхности для создания срединно-поверхностной модели.

Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		Geometry, Midsurface, Automatic (Геометрия, Срединная Поверхность, Автоматически)
2.		В диалоговом окне Entity Selection: (Выбор Объекта)  Select All (Выбрать Все) OK
3.		В диалоговом окне Midsurface tolerance: (Допуск Срединной Поверхности) Переместите курсор в графическое окно.
4.	Ctrl + D	Внимание: команда Ctrl + D позволяет задать толщину объекта. Программа использует это значение для определения поверхностей, между которыми должна быть расположена срединная поверхность. Заданная толщина должна быть слегка больше, чем наибольшее расстояние между плоскостями на твердом теле, между которыми должна быть проведена срединная поверхность. Если заданная толщина слишком мала, срединная поверхность не может быть создана. А если слишком велика, то срединная поверхность будет создана неправильно.
5.		В диалоговом окне Locate: (Расположение)  Methods (Методы)
6.		On Point (На Точке)
7.		Переместите курсор в графическое окно. Snap to Point (Привязка Точки)
8.		В диалоговом окне On Point: (На Точке)  Выберите точку A (смотрите рисунок ниже). OK
		Примечание: при неправильном выборе нажмите на поле Point ID (Идентификатор Точки) для перезагрузки выбранного объекта.
9.		Выберите точку B OK
10.		В диалоговом окне Midsurface Tolerance: (Допуск Срединной Поверхности)  OK (согласитесь с значением посчитанным с использованием команды Ctrl + D).
		Примечание: значение заданной толщины должно быть приблизительно равно 0.1.
		Совет: команда Geometry, Midsurface, Automatic (Геометрия, Срединная Поверхность, Автоматически) в действительности является комбинацией трех команд: (1) Geometry, Midsurface, Generate (Геометрия, Срединная Поверхность, Генерация); (2) Geometry, Midsurface, Intersect (Геометрия, Срединная Поверхность, Пересечь); и (3) Geometry, Midsurface, Cleanup (Геометрия, Срединная Поверхность, Очистка). Если команда Automatic (Автоматически) удаляет необходимые срединные поверхности, вы можете работать с командами создания срединных поверхностей поодиночке, так что вы можете легко выбирать какие поверхности необходимо сохранить.

  Удаление твердого тела

Что делать:

Удалите исходное твердое тело.

Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		Delete, Geometry, Solid (Удалить, Геометрия, Твердое Тело)
2.		В диалоговом окне Entity Selection: (Выбор Объекта)  Выберите твердое тело. OK OK

  Объединение геометрии

Объедините три поверхности вместе в одну геометрию.

Что делать:

Сшейте три поверхности вместе.

Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		Geometry, Solid, Stitch (Геометрия, Твердое Тело, Сшить)
2.		В диалоговом окне Entity Selection: (Выбор Объекта)  Select All (Выбрать Все)  OK
3.		В диалоговом окне Surface/Solid Stitching: (Сшить Поверхность/Твердое Тело)  OK
		Заметьте, модель становится прозрачной, и несвязанные кривые будут подсвечены и отмечены. Это позволит вам узнать все внутренние поверхности, которые являются частью вышеупомянутого твердого тела.

  Разбиение модели на КЭ сетку

Первым шагом в разбиении модели на конечно-элементную сетку, является задание параметров конечно-элементной сетки для различных поверхностей. Если будут заданы неправильные параметры, то результаты могут быть неточными. Затем, укажите размер элемента. И, в конечном счете, разбейте на сетку срединную поверхность.

Задание параметров КЭ сетки

Что делать:

Задайте параметры конечно-элементной сетки для поверхностей.

Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		Geometry, Midsurface, Assign Mesh Attributes (Геометрия, Срединная Поверхность, Задать Атрибуты КЭ Сетки)
2.		В диалоговом окне Entity Selection: (Выбор Объекта)  Select All (Выбрать Все)  OK
3.		В диалоговом окне Define Material – ISOTROPIC: (Определить Материал - ИЗОТРОПНЫЙ)  Load (Нагрузка)
4.		AISI 4340 Steel (Сталь AISI 4340)  OK (все диалоговые окна)
		Примечание: теперь каждая поверхность, имеет принадлежащее ей, свойство материла.

 

Разбиение модели на КЭ сетку

Что делать:

Установите размер КЭ сетки по умолчанию и разбейте модель.

Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		Mesh, Mesh Control, Size on Surface (КЭ Сетка, Контроль КЭ Сетки, Размер на Поверхности)
2.		В диалоговом окне Entity Selection: (Выбор Объекта)  Select All (Выбрать Все)  OK
3.		В диалоговом окне Automatic Mesh Sizing: (Автоматическое Задание Размера КЭ Сетки)  Element Size: 0.3 (Размер Элемента)  OK
		Примечание: FEMAP будет отображать маленькие ромбики, которые показывают места узлов КЭ сетки вдоль кромок поверхностей, разбиваемых на КЭ сетку.
4.		Mesh, Geometry, Surface (КЭ Сетка, Геометрия, Поверхность)
5.		В диалоговом окне Entity Selection: (Выбор Объекта)  Select All (Выбрать Все)  OK
6.		В диалоговом окне Automesh Surfaces: (Автоматическое Разбиение Поверхностей на КЭ Сетку)  OK
		Примечание: Поле Property (Свойство) заполняется свойствами «Use Meshing Attributes» (Использовать Атрибуты КЭ Сетки).
7.	Ctrl + Q	Это выдаст вам диалоговое окно View Quick Options (Просмотр Быстрых Опций)
8.		В диалоговом окне View Quick Options: (Просмотр Быстрых Опций)  Для отмены поля Surface (Поверхность) в окне Geometry (Геометрия) нажмите Done (Готово)

 

Приложение нагрузок и ограничений

Вы прикладываете нагрузку 1000 фунтов, направленную вверх. Поскольку модель симметричная, вам следует приложить ограничения, определяющие эту симметрию.

Что делать:

Приложите нагрузку 1000 фунтов, направленную вертикально вверх (+Y). Поскольку вы моделируете только одну четверть, вы должны приложить нагрузку 250 фунтов к верхней кривой.

Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		Model, Load, Set (Модель, Нагрузка, Набор)
2.		В диалоговом окне Create or Activate Load Set: (Создать или Активировать Набор Нагрузок)  Title: (Название) (введите название) OK
3.		Model, Load, On Curve (Модель, Нагрузка, На Кривой)
4.		В диалоговом окне Entity Selection: (Выбор Объекта)  Выберите кривую линию, показанную на рисунке ниже. OK
5.		В диалоговом окне Create Loads on Curves: (Создать Нагрузки на Кривых)  FY: 250 OK

Что делать:

Укажите узловые ограничения на симметричных кромках и зафиксируйте одну кромку детали.



Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		Model, Constraint, Set (Модель, Ограничение, Набор)
2.		Model, Constraint, Nodal (Модель, Ограничение, Узловой)
3.		В диалоговом окне Entity Selection: (Выбор Объекта)  Method (Метод)
4.		On Curve (На Кривой)
5.		Выберите две кривых линии показанных на рисунке ниже. OK
6.		В диалоговом окне Create Nodal Constraints/DOF: (Создать Узловые Ограничения/Степень Свободы)  Z Symmetry (Симметрия по оси Z)  OK
7.		В диалоговом окне Entity Selection: (Выбор Объекта)  Выберите три кривых линии показанных на рисунке ниже. OK
8.		В диалоговом окне Create Nodal Constraints/DOF: (Создать Узловые Ограничения/Степень Свободы)  X Symmetry (Симметрия по оси X)  OK No (комбинируйте, не перезаписывайте)
9.		В диалоговом окне Entity Selection: (Выбор Объекта)  Выберите кривую линию, показанную на рисунке ниже. OK
10.		В диалоговом окне Create Nodal Constraints/DOF: (Создать Узловые Ограничения/Степень Свободы)  Fixed (Закрепленный)  OK No (комбинируйте, не перезаписывайте)
11.	Ctrl + Q	Это приведет к появлению диалогового окна View Quick Options (Просмотр Быстрых Опций)
12.		В диалоговом окне View Quick Options: (Просмотр Быстрых Опций)  Labels Off (Метки Выключены)  Нажмите Done (Готово)

 

Анализ модели

Запустите задачу на расчет, используя решатель NX Nastran.

Что делать:

Создайте новый анализ и решите систему.

Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		Model, Analysis (Модель, Анализ)
2.		В диалоговом окне Analysis Set Manager: (Менеджер Набора Анализов)  Создайте новый анализ. Выберите «36..NX Nastran» из выпадающего меню Analysis Program (Программа Анализа)  Выберите «1..Static» из выпадающего меню Analysis Type (Тип Анализа)  OK
3.		Master Requests and Conditions (Мастер Запросов и Условий) (двойной щелчок для раскрытия) Output requests (Запрос Ввода-Вывода) (отметьте)
4.		Edit (Редактировать)
5.		В диалоговом окне Output Requests: (Запрос Ввода-Вывода)  Nodal: Force Balance (Узел: Баланс Силы) (отметьте).
6.		В разделе Customization (Настройка) диалогового окна: Results Destination: 2..PostProcess Only (Назначение Результатов: 2..Только Последующая Обработка)
7.		Нажмите OK, затем… Нажмите Analyze (Анализировать)

 

Последующая обработка результатов

Для этого анализа нужно создать Freebody Display. Для начала сгруппируйте элементы модели, чтобы разбить ее вдоль линии сварки. Затем вы можете посмотреть диаграмму Freebody Diagram для части модели, таким образом, отображая силы вдоль сварного шва.

Что делать:

Создайте группу узлов и элементов нижней поверхности.

Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		Group, Set (Группа, Набор)
2.		В диалоговом окне Create or Activate Group: (Создать или Активировать Группу)  ID: 2 Title (Название) OK
		Примечание: группа 1 была создана автоматически, когда вы сформировали срединные поверхности.
3.		Group, Element, On Surface (Группа, Элемент, На Поверхности)
4.		В диалоговом окне Entity Selection: (Выбор Объекта)  Выберите нижнюю поверхность. OK
5.		Group, Node, On Surface (Группа, Узел, На Поверхности)
6.		В диалоговом окне Entity Selection: (Выбор Объекта)  Выберите нижнюю поверхность. OK
7.		Grp (Нажмите на строку состояния внизу окна FEMAP).
8.		Активизируйте Group 2 (Группа 2).
		Примечание: в строке состояния перечислены активные группы (например, Grp: 2).
9.		Grp (строка состояния)
10.		View Active (Отобразить Активный)
		Совет: вы можете управлять группами, используя дерево Model Info (Информация Модели). Двойной щелчок на любую группу делает ее активной и вы можете переключать команду View Active (Отобразить Активный) вкл/выкл используя «контекстно-чувствительное меню» правым щелчком любой группы. Есть много других функций выполняемых «контекстно-чувствительным меню» для групп.

Что делать:

Создайте Freebody Display.

Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.	F5	View Select (Отобразить Выбор)
2.		В диалоговом окне View Select: (Отобразить Выбор)  Deformed and Contour Data (Деформированные и Контурные Данные)
3.		В диалоговом окне Select PostProcessing Data: (Выбрать Данные Последующей Обработки)  Freebody Display (Отобразить Свободное Тело)
4.		В диалоговом окне View Freebody Options: (Просмотр Опций Свободного Тела)  Freebody Style: Show Freebody Display (Стиль Свободного Тела: Показать Отображение Свободного Тела) (отметьте)
5.		Freebody Group: Active (Группа Свободного Тела: Активировать) (включите)
6.		Freebody Options: Show Forces (Опции Свободного Тела: Показать Силы) (отметьте) Show Moments (Показать Моменты) (выключите) Entity Colors (Управление Цветами) (отметьте) Show Load Summation (Показать Совокупность Нагрузок) (отметьте) Show Freebody on All Internal Nodes (Показать Свободное Тело на Всех Внутренних Узлах) (выключите) Scale Vectors by Magnitude (Масштаб Векторов по Величине) (выключите) Minimum Vector Magnitude (Минимальная Величина Вектора) (отметьте) Display Vector Components (Отобразить Компоненты Вектора) (отметьте) Y (отметьте) X and Z (выключите) OK (все диалоговые окна)
		Примечание: поскольку вы рассматриваете только вертикальную составляющую силы, вы увидите вертикальную реакцию сил на закрепленный конец детали, а также вертикальную нагрузку передаваемую через узлы на сварной шов. Отметьте изменения вертикальной нагрузки передаваемой через сварное соединение.

Это конец упражнения. Вы можете не сохранять файл вашей модели.