Создание суперэлементов(Generation Pass).

На этом этапе происходит конденсация группы конечных элементов в суперэлемент. Определение суперэлемента заключается в выборе КЭ, из которых он будет состоять, и конечного числа Основных степеней свободы (Master Degrees of freedom) – фактически узлов, которые ограничивают Ваш суперэлемент. Также на этом этапе необходимо прикладывать нагрузки к суперэлементу, которые действуют на всю модель (Это является спецификой системы Ansys).

Начало работы:

1. Инициализация.

Кнопка INI_JOB в панели инструментов Ansys (Ansys Toolbar),

и появится следующее меню:

Далее, нажать кнопку INI_PAR. В появившемся окне в одинарных кавычках следует ввести основу имени создаваемых суперэлементов, например – ‘SUPER’. В дальнейшем имена файлов суперэлементов будут выглядеть вот так -- <основа_имени><> ьнейшем имена файлов суперэлементов будут выглядеть вот так --ни создаваемых суперэлементовдель(Это является спецификой сис><порядковый_номер>.<расширение>

Важно: всякий раз, когда начинатся новая работа, следует нажимать эту кнопку, так как помимо имени суперэлементов происходит инициализация многих параметров, необходимых для работы.

2. Удаление совпадающих узлов.

Если при построении создается последовательно несколько областей, то вероятно появления узлов с одинаковыми координатами.

Для исключения этого необходимо нажимать кнопку MERGENOD.При нажатии кнопки MERGENOD, такие узлы выявляются и объединяются, и принимаю единую систему нумерации. После нажатия выводится сообщение о выполнении, для проверки Вы можете вывести список узлов List->Nodes.

Создание суперэлемента:

После того, как определены все параметры для работы заданы, и удалены повторяющиеся узлы, приступают к созданию суперэлементов.

Меню создания суперэлемента находится под кнопкой GENSE, после нажатия видим следующие кнопки:

Define – предназначена для определения элементов, составляющих суперэлемент и Основных Степеней Свободы, Generate – для создания суперэлемента, который будет в дальнейшем использован.

Суперэлемент можно создавать последовательным указанием связанных конечных элементов. Но понятие подобластей(Area) позволяет существенно упростить этот процесс.

Например, необходимо создать суперэлемент из нижней области нашей пластины

Как уже говорилось при генерации суперэлементов работа идет с конечноэлементными моделями, поэтому. пластина должна быть разбита на конечные элементы.

Нажимаем кнопку Define, далее в диалоговом окне ОК.

Система предложит выбрать области из содержащие КЭ из которых будет составлен суперэлемент:

В данном случае, выбрана одна область, но их может быть несколько.

После того, как выбраны области, нажимаем кнопку ОК окне меню выбора:

Далее, появится предложение выбрать дополнительные КЭ, которые также станут частью суперэлемента.

Замечание: при выборе областей можно нажать Cancel, для того чтобы вручную выбрать КЭ, которые образуют суперэлемент.

После выбора КЭ, образующих суперэлемент, на экран выведутся все узлы, которые входят в выбранные КЭ, и появится следующее сообщение:

Как показано на рисунке, следует выбрать граничные узлы будущего суперэлемента.

Далее, нажать кнопку ОК. В появившемся окне ОК.

Далее появится сообщение:

Теперь необходимо приложить нагрузки и закрепление к будущему суперэлементу – Solution->Define Loads->Apply.

В рабочей области будет изображен будущий суперэлемент, закрепления фиолетового цвета – это Основные степени свободы:

После приложения нагрузок и закреплений необходимо нажать кнопку Generate. Если все сделано правильно должно появиться сообщение Solution is done:

После этого система вернется в первоначальное состояние, т.е. Вы снова увидите перед собой конечноэлементную модель. На панели инструментов будет меню создания суперэлемента. Далее Вы можете создать еще один суперэлемент, или перейти к этапу использования суперлементов.

Этап использования суперэлементов(Use Pass).

На этом этапе решения задачи создается модель, состоящая из, созданных ранее, суперэлементов и части обычных КЭ. Здесь также получается решение для КЭ части модели, а также решения для конденсированных матриц жесткости суперэлементов, которые на этапе развертки будут необходимы для получения решений в суперэлементах.

Пункт меню в панели инструментов отвечающий за этап использования – USE_PASS.

После нажатия кнопки, система попросит ввести имя рабочего проекта для этапа использования суперэлементов.

Следует ввести имя проекта в одинарных кавычках, например ‘use’. Далее, нажать ОК.

Система выведет предложение выбрать часть модели, которая не содержит суперэлементов, т.е. состоит из обычных КЭ. Сначала будет предложено выбрать области, затем конечные элементы.

Замечание: следует помнить форму и расположение сгенерированных суперэлементов, для того чтобы выбрать часть модели, состоящую их обычных КЭ.

В нашем примере надо выбрать все области, за исключением нижней области, т.к. там у нас будет располагаться суперэлемент.

Далее, в окне выбора областей, нажать ОК.

Система предложит выбрать дополнительные КЭ. Если есть необходимость, выбрать дополнительные КЭ. Если нет, то нажать ОК.

Если все прошло успешно, на экране появится следующая картинка и сообщение:

Ansys изображает суперэлементы тонкими линиями.

Далее, следует приложить нагрузки и закрепления на ту часть модели, которая не является суперэлементами, в соответствии с решаемой задачей, пункт главного меню Ansys Solution->Define Loads->Apply->Structural.

После приложения нагрузок, необходимо решить задачу Solution -> Solve->Current LS.

Теперь можно просмотреть результаты решения в области модели, состоящей из обычных КЭ. Суперэлемент по-прежнему будет обозначен тонкими линиями.

После решения общей задачи, генерируется решения для суперэлементов в узлах с определенными Основными степенями свободы – файл имеет расширение .dsub ( Вы можете увидеть его в папке с Вашим проектом).

Получение решения внутри суперэлемента. Этап развертки(Expansion Pass).

Получение решения внутри суперэлемента происходит на этапе развертки.

Все функции для получения находятся в пункте EXPASS на панели инструментов.

Получим решение для нашей задачи.

После нажатия кнопки EXPASS, Вы увидите следующее меню:

Если Вы уверены, что все необходимые действия на этапе использования произведены, и Вы получили все необходимые результаты, можно начинать развертку, нажав кнопку BEG_EX .

После нажатия этой кнопки, рабочий экран очистится – теперь можно нажимать кнопку EX_ALL. По нажатию этой кнопки система автоматически начнет открывать и решать все файлы, созданных суперэлементов – это может занять некоторое время.

После завершения работы, текущим рабочим проектом будет проект, название которого совпадает с именем максимального по номеру суперэлемента. Решения для каждого суперэлемента записаны в файлах с расширением .rst, например “se1.rst”,“se2.rst” и т.д.

Теперь, необходимо просмотреть результаты решения внутри суперэлементов – для этого предназначены кнопка GET_RES в меню EXPASS.

По нажатию на эту кнопку Вы перемещаетесь в исходный рабочий проект, в котором готовы к отображению результаты решения задачи на этапе использования.

По умолчанию, Вам доступны результаты решения в обычных КЭ, которое было получено на этапе использования суперэлементов. Для просмотра результатов внутри суперэлементов предназначена кнопка GET_SE в меню EXPASS. При нажатии на эту кнопку, Вы увидите следующее диалоговое окно:

По умолчанию, система предлагает подгрузить результаты решения первого суперэлемента. Для просмотра результатов решения внутри других суперэлементов, следует указать номер, интересующего Вас суперэлемента в числовом поле. Далее нажать кнопку ОК.

Если существует файл «базовое имя суперэлемента»«введенный номер».rst, система подгрузит результаты, и Вы увидите следующее сообщение:

Теперь для просмотра результатов внутри выбранного суперэлемента, можно воспользоваться стандартными средствами Ansys.

Вот так, например, будет выглядеть эквивалентное напряжение в нашем суперэлементе:

3. Создание СЭ.

Очевидно, что при создании множества СЭ, необходимо обеспечить максимально эффективную работу. Рассмотрим дейстия пользователя при создании СЭ.

Основными действиями пользователя будут:

• Выбор КЭ образующих СЭ.

• Выбор узлов с основными степенями свободы.

Допустим, КЭ модель состоит из 300 КЭ, и пользователю необходимо создать 10 суперэлементов. Получается, что, если пользователь будет выбирать КЭ по одному, ему предстоит как минимум сделать 300 кликов мышкой.

Следует заметить, что модель, состоящая из 300 КЭ – это очень маленькая модель, или с очень редкой сеткой. На практике, даже при решении учебных задач, модели содержат большее число КЭ.

Таким образом, нам необходимо обеспечит более эффективный выбор КЭ.

При построении общей КЭ модели, в большинстве случаев уже известно, какую форму будут иметь СЭ.

Исходя из этого, был разработан следующий метод.

В системе Sigma геометрия модели строится из набора «зон», каждая зона представляет собой одну из частей модели.

По аналогии с Sigm’ой, при создании КЭ модели для последующей генерации СЭ, пользователю предлагается строить ее как набор связанных областей («зон»). В отличии от Sigm’ы, в которой создание зон продиктовано свойствами сеточного генератора и является обязательным, в нашей системе – это скорее шаг обеспечивающий более удобную работу.

Зачем нужно создавать геометрию модель пластины как набор связанных областей?

Как и говорилось выше, пользователь, приступая к моделированию в системе конечно элементного анализа, должен представлять какие СЭ он сбирается создать, их форму и расположение. Соответственно, если модель будет создаваться из набора областей, которые будут повторять форму предполагаемых СЭ – это обеспечит более легкий контроль над моделью на этапе генерации СЭ.

Пластина созданная как одна область

Пластина, созданная из 3 областей.

При таком подходе к моделированию пластины, существует ряд преимуществ.

Сеточный генератор, Ansys, при разбиении этих областей обеспечит совпадение координат и узлов на границах областей. Более того, можно производить любые действия над сеткой внутри одной области, т.е, например, мы можем участить сетку КЭ внутри только одной из областей, а не на всей пластине.

Можно говорить, что моделируя пластину из областей, геометрия области у нас, в той или иной степени, определяет форму СЭ.

При выборе КЭ, образующих СЭ, на этапе генерации, можно сделать следующее.

Пользователю будет предложено сначала выбрать область. Все КЭ лежащие внутри области, которая будет помечена, будут выбраны автоматически.

В реализации системы у пользователя есть возможность выбора КЭ любым способом:

• Выбор областей, внутри которых лежат КЭ

• Выбор КЭ указанием каждого по отдельности.

• Выбор областей, содержащих КЭ, плюс дополнительный выбор КЭ