Слайд 1Конечно-элементный анализ оболочек, моделирующих многослойную конструкцию с заполнителем
(**)
(*)
Слайд 3Шаг 1. В модуле Part выбираем инструмент Create Part и
создаем Planar Shell:
Далее выбираем инструмент Create Lines: Rectangle (4 Lines):
ENTER
ENTER
Слайд 5Присваиваем компоненту имя, чтобы в дальнейшем упростить его использование в
Composite Modeler:
Слайд 6Шаг 2. В модуле Property выбираем инструмент Create Material и
создаем первый материал с названием “face”:
Слайд 7Далее в том же модуле создаем второй материал с названием
“core”:
Слайд 8Шаг 3. Для моделирования сэндвич-конструкции используем Composite Modeler. В дереве
модели раскрываем ветвь Parts и двойным щелчком щелкаем по пункту
Composite
Layups. В появившемся меню задаем название для укладки – “NAFEMS-sandwich” и устанавливаем настройки, указанные ниже:
Слайд 9Назначение укладки покажем на примере слоя core:
Двойной щелчок
Слайд 10Шаг 4. Далее создаем сборку. В модуле ASSEMBLY выбираем инструмент
Create Instance:
Слайд 11Шаг 5. Создаем шаги анализа. Для этого в модуле STEP
выбираем инструмент Create Step и выбираем следующие настройки:
Слайд 12Шаг 6. Создаем нагрузки и ограничения для анализа. Для этого
в модуле LOAD выбираем инструмент Create Load:
Слайд 14Далее для создания ограничений для пластины выбираем инструмент Boundary Condition
Manager.
Слайд 16Тем самым создаем Encastre /Заделку/ для x=0 и y=0:
Слайд 17Далее создаем следующее граничное условие – симметрию относительно X =
127:
Слайд 20Далее создаем следующее граничное условие – симметрию относительно Y =
127:
Слайд 23Шаг 7. Создаем конечно-элементную сетку. Для этого в модуле MESH
выбираем инструмент Seed Part Instance:
Далее выбираем инструмент Assign Mesh Controls
Слайд 24Далее выбираем инструмент Assign Element Type:
Слайд 26Далее выбираем инструмент Mesh Part Instance:
Слайд 27Шаг 8. Решение и визуализация результатов. В модуле JOB выбираем
инструмент Job Manager:
1
2
Слайд 28В модуле VIZUALISATION в панели инструментов Field Output в выпадающем
списке выбираем следующие настройки: Primary – U – U3:
Слайд 29(b) Решение с использованием сплошных оболочечных элементов
В данном случае мы
покажем, как смоделировать геометрию сэндвич-пластины в виде трехмерного тела. Обратите
внимание, что в Composite modeler относительные толщины не нужно суммировать для того, чтобы получить 1.0. Фактические толщины слоев рассчитываются по толщине сетки. Чтобы подчеркнуть это, мы решили ввести толщину слоев в дюймах (0.028”, 0.75”, 0.028”), несмотря на то, что модель настроена в единицах Си.
Слайд 30Шаг 1. В модуле Part выбираем инструмент Create Part и
создаем 3D Solid:
Далее выбираем инструмент Create Lines: Rectangle (4 Lines):
ENTER
ENTER
Слайд 33Присваиваем компоненту имя, чтобы в дальнейшем упростить его использование в
Composite Modeler:
Слайд 34Шаг 2. В модуле Property выбираем инструмент Create Material и
создаем первый материал с названием “face”:
Слайд 35Далее в том же модуле создаем второй материал с названием
“core”:
Слайд 36Шаг 3. Для моделирования сэндвич-конструкции используем Composite Modeler. В дереве
модели раскрываем ветвь Parts и двойным щелчком щелкаем по пункту
Composite
Layups. В появившемся меню задаем название для укладки – “sandwich” и устанавливаем настройки, указанные ниже:
Двойной щелчок
Слайд 37Назначение укладки покажем на примере слоя plate (3-й слой в
укладке):
Двойной щелчок
Слайд 38Во вкладке Shell Parameters необходимо задать следующие значения:
Слайд 39Шаг 4. Далее создаем сборку. В модуле ASSEMBLY выбираем инструмент
Create Instance:
Слайд 40Шаг 5. Создаем шаги анализа. Для этого в модуле STEP
выбираем инструмент Create Step и выбираем следующие настройки:
Слайд 41Далее необходимо сделать запрос на вывод специфических данных. Для этого
в дереве модели разворачиваем ветвь Field Output Requests (1) и
двойным щелчком кликаем по
пункту F-Output-1. В появившемся диалоговом окне задаем следующие параметры:
Двойной щелчок
(Вывод данных в 3-х точках сечения для каждого
слоя: 3x3=9)
Слайд 42Шаг 6. Создаем нагрузки и ограничения для анализа. Для этого
в модуле LOAD выбираем инструмент Create Load:
Выбираем верхнюю поверхность (z=20.4724):
Слайд 44Далее для создания ограничений для пластины выбираем инструмент Boundary Condition
Manager:
Слайд 45Выбираем стороны с координатами x=0, y=0:
Слайд 47Далее создаем следующее граничное условие – симметрию относительно X =
127:
Слайд 48Выбираем сторону с координатой X=127:
Слайд 50Далее создаем следующее граничное условие – симметрию относительно Y =
127:
Слайд 51Выбираем сторону с координатой Y=127:
Слайд 52Закрываем окно менеджера граничных условий кнопкой
Слайд 53Шаг 7. Создаем конечно-элементную сетку. Для этого в модуле MESH
выбираем инструмент Seed Part Instance:
Слайд 54Далее выбираем инструмент Assign Mesh Controls и назначаем форму элемента,
а также метод построения сетки – sweep /построение КЭ сетки
протягиванием/:
Слайд 55Далее выбираем инструмент Assign Element Type:
Выбираем все
Слайд 56Обратите внимание, что выбран
тип элемента SC8R
Слайд 57Далее выбираем инструмент Mesh Part Instance:
Слайд 58Шаг 8. Решение и визуализация результатов. В модуле JOB выбираем
инструмент Job Manager:
1
2
Слайд 59В модуле VIZUALISATION в панели инструментов Field Output в выпадающем
списке выбираем следующие настройки: Primary – U – U3:
Слайд 60(c) Решение с использованием расположенных друг над другом сплошных оболочечных
элементов
В данном случае мы покажем, как смоделировать геометрию сэндвич-пластины в
виде трехмерного тела, разделенного на заполнитель и два облицовочных листа. Каждая область затем дискретизируется сплошными оболочечными элементами (CS). Дискретизация трехмерными сплошными элементами потребует очень густой КЭ сетки в пределах размеров пластины (3000 × 600), чтобы избежать locking /эффекта запирания/ <например, shear locking – чрезмерное увеличение сдвиговой жесткости элементов первого порядка>. Фактически размеры элемента не могут быть более чем в 10 раз меньше по сравнению с толщиной обшивки. Кроме того, в этом примере мы покажем, как выполнять разбивку с помощью метода sweep /протяжки/ и как повторно переразбить ребро, используя окно Local seeds /локального разбиения/. Не забудьте назначить модуль по толщине во вкладке Shell Parameters /Параметры оболочки/ окна Edit Composite Layup /Редактирования композитной укладки/.
Слайд 61Шаг 1. В модуле Part выбираем инструмент Create Part и
создаем 3D Solid:
Далее выбираем инструмент Create Lines: Rectangle (4 Lines):
ENTER
ENTER
Слайд 64Далее нужно выполнить разделение созданного объемного тела на облицовочные листы
и заполнитель. Для этого вначале создадим секущие плоскости. Создаем плоскость
методом Offset From Principal Plane:
2
1
ENTER
ENTER
Слайд 66Далее создаем разбиение тела с использованием созданных datum planes /базовых
плоскостей/:
Выделяем первую плоскость:
Слайд 68Указываем тело, которое собираемся разбить:
Слайд 71Шаг 2. В модуле Property выбираем инструмент Create Material и
создаем первый материал с названием “face”:
Слайд 72Далее в том же модуле создаем второй материал с названием
“core”:
Слайд 73Шаг 3. Для моделирования сэндвич-конструкции используем Composite Modeler. Создаем укладку
для переднего листа обшивки. В дереве модели раскрываем ветвь Parts
и двойным щелчком кликаем по пункту Composite Layups. В появившемся меню задаем название для укладки – “front face” и устанавливаем настройки, указанные ниже:
Двойной щелчок
Слайд 74Двойной щелчок
Выбираем передний лист обшивки:
Слайд 76Во вкладке Shell Parameters задаем следующие параметры:
Слайд 77Далее аналогично создаем укладку для заднего листа обшивки. Также двойным
щелчком кликаем по пункту Composite Layups. В появившемся меню задаем
название для укладки – “back face” и устанавливаем настройки, указанные ниже:
Двойной щелчок
Слайд 78Двойной щелчок
Выбираем задний лист обшивки:
Слайд 80Во вкладке Shell Parameters задаем следующие параметры:
Слайд 81Далее аналогично создаем укладку для заполнителя. Также двойным щелчком кликаем
по пункту Composite Layups. В появившемся меню задаем название для
укладки – “core” и устанавливаем настройки, указанные ниже:
Двойной щелчок
Слайд 84Во вкладке Shell Parameters задаем следующие параметры:
Слайд 85Шаг 4. Далее создаем сборку. В модуле ASSEMBLY выбираем инструмент
Create Instance:
Слайд 86Шаг 5. Создаем шаги анализа. Для этого в модуле STEP
выбираем инструмент Create Step и выбираем следующие настройки:
Слайд 87Далее необходимо сделать запрос на вывод специфических данных. Для этого
в дереве модели разворачиваем ветвь Field Output Requests (1) и
двойным щелчком кликаем по
пункту F-Output-1. В появившемся диалоговом окне задаем следующие параметры:
Двойной щелчок
(Вывод данных в 1-й точке сечения для каждого
слоя: 1x3=3)
Слайд 88Шаг 6. Создаем нагрузки и ограничения для анализа. Для этого
в модуле LOAD выбираем инструмент Create Load:
Слайд 90Далее для создания ограничений для пластины выбираем инструмент Boundary Condition
Manager:
Слайд 91Выбираем стороны с координатами x=0, y=0:
Слайд 93Далее создаем следующее граничное условие – симметрию относительно X =
127:
Слайд 94Удерживая клавишу SHIFT, выбираем три поверхности с координатой X=127:
Слайд 96Далее создаем следующее граничное условие – симметрию относительно Y =
127:
Слайд 97Удерживая клавишу SHIFT, выбираем три поверхности с координатой Y=127:
Слайд 99Шаг 7. Создаем конечно-элементную сетку. Для этого в модуле MESH
выбираем инструмент Seed Part Instance:
Слайд 100Далее выбираем инструмент Seed Edges и выбираем 4 вертикальных ребра
заполнителя (удерживая клавишу SHIFT):
Слайд 101Далее выбираем инструмент Assign Mesh Controls и выбираем все:
Слайд 102Далее выбираем инструмент Assign Element Type и выбираем все:
Слайд 104Далее выбираем инструмент Mesh Part Instance и нажимаем кнопку Yes:
Слайд 105Шаг 8. Решение и визуализация результатов. В модуле JOB выбираем
инструмент Job Manager:
1
2
Слайд 106В модуле VIZUALISATION в панели инструментов Field Output в выпадающем
списке выбираем следующие настройки: Primary – U – U3:
Смещение в
правом верхнем углу составляет − 1,892 мм. Для получения более густой сетки в области заполнителя измените описанную выше процедуру следующим образом:
Слайд 107Выберите инструмент Seed Edges и выделяем 4 вертикальных ребра заполнителя
(удерживая клавишу SHIFT):
Слайд 108Далее выбираем инструмент Mesh Part Instance и нажимаем кнопку Yes:
Слайд 109Далее повторяем выполнение решения и визуализации результатов. В модуле JOB
выбираем инструмент Job Manager:
1
2
Слайд 110В модуле VIZUALISATION в панели инструментов Field Output в выпадающем
списке выбираем следующие настройки: Primary – U – U3:
Слайд 111(d) Решение с помощью обычных и сплошных оболочечных элементов
В данном
случае мы покажем, как смоделировать геометрию заполнителя в виде трехмерного
тела, а затем как наложить две обшивки для представления граней. Заполнитель разбивается с применением сплошных оболочечных элементов, а грани - обычными оболочечными элементами. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы смещение положения опорной поверхности обшивок соответствовало толщине заполнителя. В противном случае результаты могут оказаться в той или иной степени неправильными в зависимости от толщины обшивки. Для правильного смещения необходимо разместить опорную поверхность в верхней или нижней части обшивки. Это зависит от направления нормали к поверхности оболочки. Обшивки наследуют нормаль подстилающей (базовой) оболочки. Таким образом, нужно визуализировать нормаль, чтобы принять решение. Если нормаль направлена наружу, то при назначении опорной поверхности для нижней части skin /обшивки/, это задаст опорную поверхность именно там, где находятся узлы, лежащие на поверхности заполнителя.
Слайд 112Шаг 1. В модуле Part выбираем инструмент Create Part и
создаем 3D Solid:
Далее выбираем инструмент Create Lines: Rectangle (4 Lines):
ENTER
ENTER
Слайд 115Присваиваем компоненту имя, чтобы в дальнейшем упростить его использование в
Composite Modeler:
Слайд 116Шаг 2. В модуле PROPERTY через пункт главного меню Special
создаем skins /обшивки/ для верхней и нижней поверхности созданного тела,
которые будут моделировать облицовочные листы:
Выбираем верхнюю поверхность:
Слайд 118Шаг 3. В модуле Property выбираем инструмент Create Material и
создаем первый материал с названием “face”:
Слайд 119Далее в том же модуле создаем второй материал с названием
“core”:
Слайд 120Шаг 4. Для моделирования сэндвич-конструкции используем Composite Modeler. В дереве
модели раскрываем ветвь Parts и двойным щелчком кликаем по пункту
Composite
Layups. В появившемся меню задаем название для укладки – “core” и устанавливаем настройки, указанные ниже:
Двойной щелчок
Слайд 123Во вкладке Shell Parameters задаем следующие параметры:
Слайд 124Далее аналогично создаем укладку для заднего листа обшивки. Также двойным
щелчком кликаем по пункту Composite Layups. В появившемся меню задаем
название для укладки – “back face” и устанавливаем настройки, указанные ниже:
Двойной щелчок
Слайд 127Во вкладке Offset задаем следующие параметры:
Слайд 128Далее аналогично создаем укладку для переднего листа обшивки. Также двойным
щелчком кликаем по пункту Composite Layups. В появившемся меню задаем
название для укладки – “front face” и устанавливаем настройки, указанные ниже:
Двойной щелчок
Слайд 131Во вкладке Offset задаем следующие параметры:
В обоих случаях выбрана опция
Bottom surface, т.к. поверхность строится по направлению
нормали.
Слайд 132Шаг 5. Далее создаем сборку. В модуле ASSEMBLY выбираем инструмент
Create Instance:
Слайд 133Шаг 5. Создаем шаги анализа. Для этого в модуле STEP
выбираем инструмент Create Step и выбираем следующие настройки:
Слайд 134Далее необходимо сделать запрос на вывод специфических данных. Для этого
в дереве модели разворачиваем ветвь Field Output Requests (1) и
двойным щелчком кликаем по
пункту F-Output-1. В появившемся диалоговом окне задаем следующие параметры:
Двойной щелчок
(Вывод данных в 3-х точках сечения для каждого
слоя: 3x3=3)
Слайд 135Шаг 6. Создаем нагрузки и ограничения для анализа. Для этого
в модуле LOAD выбираем инструмент Create Load:
Выбираем верхнюю поверхность (z=19.05
):
Слайд 137Далее для создания ограничений для пластины выбираем инструмент Boundary Condition
Manager:
Слайд 138Удерживая клавишу SHIFT, выбираем стороны с координатами x=0, y=0:
Создаем условие
закрепления – жесткая заделка:
Слайд 140Далее создаем следующее граничное условие – симметрию относительно X =
127:
Слайд 141Выбираем поверхность с координатой X=127:
Создаем условие симметрии относительно оси X:
Слайд 143Далее создаем следующее граничное условие – симметрию относительно Y =
127:
Слайд 144Выбираем поверхность с координатой Y=127:
Создаем условие симметрии относительно оси Y:
Слайд 145Закрываем окно менеджера граничных условий кнопкой
Слайд 146Шаг 7. Создаем конечно-элементную сетку. Для этого в модуле MESH
выбираем инструмент Seed Part Instance:
Слайд 147Далее выбираем инструмент Assign Mesh Controls и выбираем опцию Sweep:
Слайд 148Далее выбираем инструмент Assign Element Type и выбираем все:
Слайд 149Далее не выходя из инструмента Assign Element Type из выпадающего
списка выбираем опцию Skins:
Слайд 150Подтверждаем выбор первой обшивки нажатием на кнопку OK:
В данном случае
нужная нам поверхность выбралась сразу
Слайд 151Далее разворачиваем сборку на 180 градусов и выбираем заднюю поверхность.
При выборе поверхности может возникнуть диалог, показанный ниже. Чтобы выбрать
нужную
нам поверхность последовательно кликаем по кнопке Next пока не выберем нужную нам поверхность:
Слайд 153Далее выбираем инструмент Mesh Part Instance и нажимаем кнопку Yes:
Слайд 154Шаг 8. Решение и визуализация результатов. В модуле JOB выбираем
инструмент Job Manager:
1
2
Слайд 155В модуле VIZUALISATION в панели инструментов Field Output в выпадающем
списке выбираем следующие настройки: Primary – U – U3:
Слайд 156Сравнение результатов
Таблица 1. Прогиб в центре сэндвич-пластины для 4 рассмотренных
методов