Урок №13 – Анализ переходных процессов

Динамический анализ используется, когда конструкция подвергается воздействию переменной по времени нагрузки, в противоположность статическому анализу, который принимает во внимание характеристики конструкции для одноразового нагружения. Во многих случаях, динамический анализ является более реалистическим типом анализа по сравнению со статическим анализом, но он более сложен. В ходе динамического анализа нагрузка прикладывается как функция от времени, поэтому, реакции на нагружение, такие как перемещения, скорости, ускорения, силы и напряжения также являются функциями от времени.

Для нашего первого изучения динамического анализа мы рассмотрим анализ переходных процессов. Анализ переходных процессов может использоваться для определения реакции конструкции на переменное по времени нагружение, когда все приложенные силы известны в каждый момент времени. Во многих случаях искомые реакции, которые будут вычислены, являются узловыми перемещениями и ускорениями, а также, силами и напряжениями в элементах.

Для этого примера мы будем использовать модель уже созданного шарнирного кронштейна. Вы проведете полный анализ, который включает в себя:

• Создание функции нагружения, чтобы представить синусоидальное возбуждение.
• Приложение нагрузок и ограничений.
• Анализ модели, используя NX Nastran.
• Последующая обработка результатов, используя построение графика.

Импорт геометрии

Что делать:
Импортируем геометрическую модель, которая содержит в себе узлы, элементы, свойства и материалы.
Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		File, New (Файл, Новый)
2.		File, Import, FEMAP Neutral (Файл, Импорт, Нейтральный Формат FEMAP)
3.		Укажем путь в диалоговом окне FEMAP Neutral (Нейтральный Формат FEMAP), где находится модель: FEMAP93/Examples/Dynamics/hinge.neu
4.		Выделите модель hinge.neu Нажмите на кнопку Open (Открыть)  В диалоговом окне Neutral File Read Options: (Опции Чтения Нейтрального Формата FEMAP)  Нажмите на кнопку ОК

 

Создание функции динамической нагрузки

Для того чтобы сделать нагружение зависимым от времени, мы должны создать функцию, представляющую условие нагружения в виде синусоидального импульса.

Что делать:
Создайте функцию, которая будет применена для приложения динамической нагрузки.
Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		Model, Function (Модель, Функция)
		Совет: вы также можете создать новую функцию, используя команду New (Новый) в меню, расположенном в ветке Function (Функция) в дереве Model Info (Информация Модели).
2.		В диалоговом окне Function Selection (Выбор Функции): В поле Title (Название) введите название
3.		Из выпадающего меню пункта Type (Тип) выберите значение «1..vs. Time»
4.		Нажмите на кнопку Equation (Уравнение)
5.		Введите следующие значения в соответствующие поля: X = 0 To X = 0.005 Delta X = (0.005/8) Y = sin (360*200*!x) Примечание: в уравнении, которое вы ввели в поле Y, используется синтаксис создания формулы, который FEMAP в состоянии прочитать. Например, синус перед скобками сообщает FEMAP’у, брать значение синуса из величины в скобках перед ним. Значение «!x» представляет собой переменную x, которая возрастает от 0 до 0,005 с шагом «Delta X» (0,005/8 = 0.000625 для данного примера, что даст требуемые восемь точек на синусоиде). Величина «200» означает частоту в Гц.
6.		Нажмите на кнопку More (Больше)  Значения для X и Y для функции были созданы. Нам нужна «нулевая» точка на кривой после одного импульса, поэтому нам необходимо добавить одну точку со значением для Y равным 0, а для X больше чем 0.005. Примечание: NX/NASTRAN будет использовать координаты кривой с целью интерполяции, вот почему «нулевая» точка должна быть добавлена.
7.		Нажмите на кнопку Single Value (Единичное Значение)
8.		Введите следующие значения в соответствующие поля: X = 0.0055 Y = 0
9.		Нажмите на кнопку ОК, затем… Нажмите на кнопку Cancel (Отмена)

Что делать:
Проверьте функцию, используемую для построения графика XY.
Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		View, Select (Отображение, Выбор)
2.		В диалоговом окне View Select: (Отображение Выбора)  Нажмите на кнопку XY of Function
3.		Нажмите на кнопку Model Data (Данные Модели)
4.		В диалоговом окне Select Model Data for View: (Выбрать Данные Модели для Отображения)  Выберите «1..200 Hz Sinusoidal Pulse» из выпадающего меню Select (Выбор).
5.		Нажмите на кнопку OK
		Совет: в пользовательском интерфейсе FEMAP есть быстрый способ представления специального вида, именуемого «XY Show», чтобы показать график функции XY. Это достигается использованием ветви Functions (Функция) в дереве Model Info (Информация Модели). Расширьте ветвь Functions (Функции), и все функции, используемые в модели, будут представлены. Чтобы представить этот вид, вы должны использовать команду Show (Показать) в меню для пункта Functions (Функции). Просто выделите девять функций, затем нажмите правую кнопку мыши и выберите команду Show (Показать). Новый вид, появится в FEMAP и может быть закрыт в любое время, но будет оставаться в модели. Если вы хотите удалить «XY Show» навсегда, используйте команду Delete View... (Удалить Вид…) Вы можете изменить цвета и другие параметры для каждой кривой, используя опции «XY Curve #» в категории PostProcessing (Последующая Обработка) опции View, Options (Отображение, Опции) (F6).

График XY должен показать синусоиду, которая выравнивается в правой части графика, показанного ниже.

Создание кратковременной нагрузки

Что делать:
Приложите кратковременную нагрузку на шарнирный кронштейн.
Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		View, Select (Отображение, Выбрать)
2.		В диалоговом окне View Select: (Отображение Выбора)  Нажмите на кнопку Draw Model (Рисовать Модель)
3.		Нажмите на кнопку ОК
4.		Model, Load, Set (Модель, Нагрузка, Набор)
5.		В диалоговом окне Create or Activate Load Set: (Создать или Активировать Набор Нагрузок)  Введите название в поле Type (Тип)
6.		Нажмите на кнопку ОК
7.		Model, Load, Nodal (Модель, Нагрузка, Узловой)
8.		В диалоговом окне Entity Selection – Enter Node(s) to Select: (Выбор Объекта – Введите Узел(ы)  для Выбора)  Выберите узел под номером 44, который показан на рисунке ниже.
9.		Нажмите на кнопку ОК
10.		В диалоговом окне Create Loads on Nodes (Создать Нагрузки на Узлах)  Из выпадающего списка выберите пункт Force (Сила)
11.		Введите значение «75» в поле FZ
12.		Из выпадающего меню Time/Freq Dependence (Зависимость Время/Частота) выберите «1..200 Hz Sinusoidal Pulse»
13.		Нажмите на кнопку ОК, затем… Нажмите на кнопку Cancel (Отмена)

 

Определение параметров для анализа переходных процессов

Для того чтобы NX Nastran выполнил анализ переходных процессов, существуют определенные параметры, которые должны быть определены в пределах набора нагрузок. Это позволит NX Nastran знать количество необходимых временных шагов (каждый временной шаг сформирует множество результатов), выходной интервал, а так же как, принять во внимание эффекты демпфирования.

Что делать:
Определите параметры для динамического анализа
Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		Model, Load, Dynamic Analysis (Модель, Нагрузка, Динамический Анализ)
2.		В диалоговом окне Load Set Options for Dynamic Analysis: (Опции Набора Нагрузки для Динамического Анализа)  Нажмите на кнопку Direct Transient (Прямой Переходной)
3.		Введите следующие значения в соответствующие поля: Overall Structural Damping Coefficient (G) = 0.2 (Общий Структурный Коэффициент Демпфирования)  Frequency for System Damping (W3) = 90 (Частота для Демпфирования Системы)  Number of Steps = 99 (Количество Шагов)   Time per Step = 0.0005 (Время Шага)  Output Interval = 1 (Выходной Интервал)
4.		Нажмите на кнопку ОК

 

Создание ограничений

В данном примере необходимо закрепить модель в соответствующих местах.
Что делать:
Задайте полное ограничение по перемещениям в модели.
Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		Model, Constraint, Set (Модель, Ограничение, Набор)
2.		В диалоговом окне Create or Activate Constraint Set: (Создать или Активировать Набор Ограничений)  Введите название в поле Title (Название)
3.		Нажмите на кнопку ОК
4.		Model, Constraint, Nodal (Модель, Ограничение, Узловой)
5.		В диалоговом окне Entity Selection – Enter Node(s) to Select: (Выбор Объекта – Введите Узел(ы) для Выбора)  Выберите узлы, расположенные вокруг кромки отверстия. Это действие подразумевает выбор каждого узла по отдельности. Или же вы можете зажать кнопку Ctrl, нажать приблизительно в центре отверстия, и, не отпуская кнопки потянуть мышь вверх, тем самым создавая круглую область, которая будет захватывать попадающие в нее узлы. Примечание: зажав кнопку Shift, вы также можете выбирать определенные объекты, попадающие в прямоугольную, свободную или другие области, доступные для выбора в диалоговом окне Entity Selection (Выбор Объекта).
6.		Нажмите на кнопку ОК В диалоговом окне Create Nodal Constraints/DOF: Нажмите на кнопку Fixed (Зафиксирован), затем… Нажмите на кнопку ОК, затем… В диалоговом окне Entity Selection – Enter Node(s) to Select: (Выбор Объекта – Введите Узел(ы) для Выбора ) Нажмите на кнопку Cancel (Отмена)

Модель готова к анализу!

 

Настройка менеджера анализа

Есть возможность сохранить множество наборов для анализа или «случаев» параллельно с вашей моделью созданной в FEMAP. Это позволит вам создать множество наборов для анализа, а затем выбрать соответствующий случай, который и будет представлен в NX Nastran. Например, вы можете представить один случай для статического анализа, один для модального анализа, другой для анализа переходных процессов, и еще один для расчета теплообмена. Все случаи могут быть сохранены с одной моделью параллельно с различными граничными условиями, требуемыми для каждого отдельного анализа с наборами нагрузок и ограничений. Вы можете также представить задачи в решатель NX Nastran непосредственно из менеджера, нажав на кнопку Analyze (Анализировать).

Что делать:
Создайте набор анализов, для анализа переходных процессов используя, менеджер анализов.
Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		Model, Analysis (Модель, Анализ)
2.		В диалоговом окне Analysis Set Manager: (Менеджер Набора Анализа)  Нажмите кнопку New (Новый)
3.		В диалоговом окне Analysis Set: (Набор Анализа)  Введите название в поле Title (Название).
4.		Выберите «36..NX Nastran» из выпадающего меню пункта Analysis Program (Программа Анализа), затем… Выберите «3..Transient Dynamic/Time History» из выпадающего меню пункта Analysis Type (Тип Анализа)
5.		Нажмите на кнопку ОК
		Расширенное примечание: Существует большое количество опций для решателя NX Nastran, которые могут быть выбраны, а затем сохранены, используя менеджер анализов. Эти опции включают в себя исполнительные контрольные точки, контрольные точки решения, качество элементов, специфические опции для анализа, запросы на вывод результатов и множество других. В этом примере мы будем использовать настройки по умолчанию.
		Расширенное примечание: Для пользователей, знакомых с любым решателем Nastran’а, которые хотят визуально наблюдать за входными данными до передачи решателю задачи на расчет, могут нажать кнопку Preview Input в диалоговом окне Analysis Set Manager (Менеджер Набора Анализа).
6.		В диалоговом окне Analysis Set Manager: (Менеджер Набора Анализа) Нажмите кнопку Analyze (Анализировать)

Анализ запущен, когда он закончится, вы сможете посмотреть полученные результаты.
 

Последующая обработка результатов

Во многих случаях результаты динамического анализа лучше всего представлять, используя графические возможности FEMAP. Мы исследуем реакцию отдельного узла, в ходе всего времени анализа. Для этого примера мы будем использовать нагруженный узел под номером 44.

Что делать:
Создайте график реакции для одного узла конструкции.




Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		View, Select (Отображение, Выбор)
2.		В диалоговом окне View Select: (Отображение Выбора)  Нажмите на кнопку XY vs. Set Value
3.		Нажмите на кнопку XY Data (Данные XY)
4.		В диалоговом окне Select XY Curve Data: (Выбор Данных Кривой XY)  Выберите «1..Case 1 Time 0» из выпадающего меню, расположенного в секции Output Set (Выходной Набор), затем… Выберите «4..T3 Translation» из выпадающего меню, расположенного в секции Output Vector (Выходной Вектор)
5.		Введите значение «44» в поле под названием Node (Узел), расположенного в секции Output Location (Выходное Расположение)
6.		Нажмите кнопку OK, затем… В диалоговом окне View Select: (Отображение Выбора) Нажмите кнопку ОК

На графике XY показано перемещение узла под номером 44 вдоль оси Z.

Графиком можно манипулировать, увеличивая его определенный участок. Наибольшие отклонения нагруженного узла под номером 44 лежат между 0 и 0.03 по оси X (Время), поэтому мы можем изменить диапазон оси X, чтобы изменить масштаб изображения этой части графика.

Что делать:
Измените диапазон оси Х на графике XY для узла под номером 44.
Как делать:

Шаг	Интерфейс	Команда на дисплее
1.		View, Options (Отображение, Опции)
2.		В диалоговом окне View Options: (Отображение Опций)  Нажмите кнопку PostProcessing (Последующая Обработка)
3.		Выберите пункт «XY X Range/Grid», затем… Выберите пункт «2..Max Min» в диалоговом окне Axis Range (Осевой Диапазон)
4.		Введите следующие значения в соответствующие поля: Minimum (Минимум) = 0 Maximum (Максимум) = 0.03
5.		Нажмите на кнопку ОК

Это конец упражнения. Вы можете сохранить или не сохранять файл модели на ваше усмотрение.