БГТУ ВОЕНМЕХ. Цифровизация высокотехнологичных отраслей. Упражнение 4.1 Оценка качества сетки

Выполнено Упражнение 4.1 Оценка качества сетки

Цель

В этом примере напряженно-деформированное состояние детали манипулятора будет определено при различных настройках сетки для сравнения. Наша цель состоит в исследовании того, как изменения сетки могут существенно повлиять на качество получаемых результатов.

Допущения

В рассматриваемых условиях нагружения деталь манипулятора находится одновременно под воздействием растягивающей и изгибающей нагрузки. Особый интерес представляют ребра жесткости внутри конструкции.

Схематика проекта

1. В панели инструментов дважды щелкните и добавьте в проект расчетную систему “Static Structural”.

2. Щелкните ПКМ на ячейке Geometry и выполните импорт файла “Mesh_Arm_2.stp”.

3. Дважды щелкните на ячейке “Model” и откройте окно Mechanical. 

Подготовка модели

4. Установите рабочую систему единиц измерения: • “Units > Metric (mm, kg, N, s, mV, mA)”.

5. Приложите растягивающую нагрузку: a. Выделите внутреннюю цилиндрическую поверхность меньшего диаметра. b. Войдите в ветку Solution, затем ПКМ > Insert > Force c. В свойствах силы выберите метод определения Components и установите значение 5000 N в направлении оси Y.

6. Приложите изгибающую нагрузку: a. Выделите круговую поверхность в основании меньшего цилиндра. b. “ПКМ > Insert > Force”. c. В свойствах силы измените метод определения на Components и укажите значение силы Fz = -1000 Н (1000 Н против оси Z).

7. Приложите заделку по всем степеням свободы (fixed support) : a. Выберите внутреннюю цилиндрическую поверхность большего диаметра. b. ПКМ > Insert > Fixed Support. 

8. Создайте КЭМ, используя настройки по умолчанию: a. Выделите ветвь Mesh. b. “ПКМ > Generate Mesh”.

Создание конечно-элементной модели

9. Проверьте качество элементов: a. Выделите ветвь Mesh. b. В свойствах сетки в разделе Statistics установите “Mesh Metric” = “Element Quality”.

Решение

10. Запрос результатов: a. Выделите ветвь “Solution” (A6). b. ПКМ > Insert > Stress > Equivalent Von Mises Stress. c. ПКМ > Insert > Stress > Error.

11. Нажмите Solve или ПКМ > Evaluate All Results.

Обработка результатов

12. Просмотр первичных результатов: Просмотр поля напряжений на детали показывает наличие концентрации на одном из ребер. Запомните значение максимального напряжения. Просмотр эпюры ошибки показывает, что на этом ребре имеет место резкий переход от высокой к низкой энергии смежных элементов. Это признак необходимого уплотнения сетки. 

Улучшение сетки 

Для улучшения сетки можно применить разные инструменты и подходы. Мы рассматриваем сейчас не сам процесс улучшения качества сетки, а возможные проблемы, поэтому будем использовать лишь несколько из возможных инструментов.

13.Измените глобальные настройки сетки: a. Выделите ветвь Mesh. b. В свойствах сетки измените значение “Relevance Center” на “Medium”.

14.Добавьте инструмент контроля размера: a. Выделите несколько внутренних (см. рисунок) поверхностей детали, вплоть до всех. b. В настройках выделения выберите “Extend to Limits” c. ПКМ > Insert > Sizing. d. В свойствах задайте размер элемента 3mm.

15. Сгенерируйте сетку: a. Выделите ветвь “Mesh”. b. ПКМ > Generate Mesh.

На новой сетке в области концентрации элементы значительно уплотнены.

16.Вновь просматривая метрику качества элементов в статистике сетки, можно увидеть определенное улучшение.

Просмотр результатов

17. Решите задачу и посмотрите результаты. Сравнение напряжений в доработанной модели с исходной показывает, что максимальное эквивалентное напряжение увеличилось с 58.2 Мпа до 62.7 Мпа (т.е. исходная сетка дала погрешность по напряжению около 7%).

18. Сравним эпюры ошибок в проблемной области.