Використання ПК Femap — Nastran NX при розрахунку металевих конструкцій

Використання ПК Femap — Nastran NX при розрахунку металевих конструкцій

Зміст

1. Вступ

1. Принципи розрахунку ПЗ Femap Nastran NX, зокрема у будівництві

1.1 Основні команди та інструменти для створення певного геометричного тіла

1.2 Створення геометричної моделі.

1.3 Розбивка на скінченні елементи для подальшого розрахунку методом кінцевих елементів (МКЕ)

1.4 Аналіз розрахунку

2. Основні характеристики розрахунку металевих конструкцій.

2.1 Особливість створення моделі в конструкціях

2.2 Задання матеріалу моделі

2.3 Сортамент прокату Femap.

2.4 Розрахунок перерізу.

3.Зручність використання, плюси та мінуси ПЗ Висновок Список літератури модель геометричне тіло металева конструкція

Вступ

FEMAP (абревіатура від Finite Element Modeling Аnd Postprocessing) являє собою середовище для підготовки скінченних елементних моделей конструкції і відповідно крайових задач для подальшого їх розрахунку та перегляду результатів.

Популярність Femap характерна відносною простотою і, одночасно, значною універсальністю, оскільки Femap має інтерфейс імпорта та експорта проекта і його частин з багатьма другими програмами, такими як ANSYS, LS-DENA3D, MSC. Software, NEi.Nastran та іншими. Но в більшості випадках ми говоримо та працюємо як пре — і пост — процесор тільки для Nastran NX.

Здопомогою Femap можна підготувати для NX Nastran такі основні крайові задачі: теплопровідність стаціонарна і нестаціонарна, статичне (термо)пружне, пластичне, повзуче стани пружних тіл, оптимізація конструкції та багато інших.

Конструкція або середовище може бути апроксимована різноманітним набором кінцевих елементів: одно-, двомаі трьовимірними з різними властивостями, із різних матеріалів характеристики яких можуть залежити від температури або швидкості деформації.

Повний цикил проведення аналізу елемента конструкції заклечається в таких етапах;

Аналіз геометричного елемента конструкції (тіла), обумовлений чого навантаженням, властивості матеріала, створення розрахункової моделі;

Введення теплофізичних і механічних характеристик матеріалів;

Створення геометричної і на її основі - кінцево-елементної моделі тіла; і навпаки;

Введення початкових і граничних умов;

Створення завдання на розрахунок;

Проведення розрахунку;

Візуалізація получених результатів і їх критичний аналіз;

При необхідності проведення повторного розрахунку;

Фіксація результатів.

Також неможлива робота в Femap (і) без основ знань певної галузі.

Графічний інтерфейс програми Femap

1. Принципи розрахунку ПЗ Femap Nastran NX, зокрема у будівництві

1.1 Основні команди та інструменти для створення певного геометричного тіла

Основні команди та інструменти знаходяться у Головному меню

Таблиця з Головного меню.

Для створення геометричного тіла використовуємо команди з головного меню Geometry в якому знаходиться всі необхідні команди для побудови геометричного тіла і зокрема загального вигляду моделі.

Коротка характеристика мнемонічного меню View

В цьому меню знаходяться команди які допомагають збільшити, зменшити нашу модель, перемісти, покрутити відносно якоїсь осі у робочому просторі і показати зовнішній стиль моделі.

Коротка характеристика мнемонічного меню Post.

Це меню дуже зручне для перегляду результату розрахунку. Тобто нам зручно дивитися при розрахунку металевих конструкціях де виникають найбільші напруження як графічно так і за допомогою певних графіків чи епюр, таком можемо подивитися як деформується наша конструкція.

1.2 Створення геометричної моделі

Як вище сказано щоб побудувати геометричні модель нам потрібно скористатися із головного меню командою Geometry. Якщо детальніше розглянути ще меню то ми зможемо побудувати будь яку геометричну модель. Також зручно користуватися готовим набором геометричних форм із бібліотеки для створення металевих конструкцій так як здебільшого використовується сортамент.

Коли задаємо характеристики тіла є команда Shepe…в якій можна створити і самому переріз який нам підходить.

Створення моделі відбувається поєднанням простих геометричних форм у більш складні шляхом поєднання.

Ще одною особливістю при створення моделі є те що потрібно задавати яка ця модель є як об'ємна чи плоска (та інші) щоб при подальшому розрахунку ПЗ не вибивало помилок. Так і нам краще ми помучаємо більш точні розрахунки.

1.3 Розбивка на скінченні елементи для подальшого розрахунку методом кінцевих елементів (МКЕ)

Метод кінчевих елементів (МКЕ) -основний метод сучасної будівельної механіки, лежить в основі більшості сучасних програмних комплексів зокрема у Femap Nastran NX, призначених для виконання розрахунків будівельних конструкцій, а також для розрахунків інших задач в області міцності, а також і в багатоє інших сферах.

МКЕ розбиває на маленькі тетраїди (кубіки) або гексаїди (піраміди) що дає можливість знати певну інформацію в якісь із частин конструкції. За допомогою МКЕ програма розраховує кожну маленьку частину на яку ми розбиваєм тобто тетраїди або гексаїди.

В програмі це робиться за допомогою команди Mesh Control яка знаходиться у головному меню Mesh. Щоб розбити на скінченні елементи потрібно вибрати елемент який розбиваємо і задаємо на скільки частин хочемо розбити цей елемент .

1.4 Аналіз розрахунку

Щоб проаналізувати розрахунок потрібно виконати всі умови програми наприклад: взявши якусь металеву балку, задавши характеристики металу, закріпивши і навантаживши можемо порахувати як моменти так і інші параметри які відбудуться з балкою. Отримаючи дані можемо знати чи підходять такі параметри. Ще одна особливість Femap те що пісня всіх розрахунків можна подивитися у 3D вигляді деформації чи інши можливі характеристики балки, а за допомогою скінченних елементів можни щей у певній частині.

2. Основні характеристики розрахунку металевих конструкцій

2.1 Особливість створення моделі в конструкціях

Для розрахунку металевих конструкцій необхідно насамперед створити геометричну модель конструкції. Особливостями створення та розрахунку є задання частин конструкція як плоске чи об'ємне тіло .Також потрібно задавати, як ціла або якась частина конструкції, буде працювати тобто чи то балочний елемент чи просто об'ємне тіло .Задається через головне меню команду ModelProperty… -Elem/Property Type.

2.2 Задання матеріалу моделі

Задання матеріалу відбувається через команду Material яка знаходиться в головному меню Model. Механічні характеристики можна ввести вручну або прочитати з невеликої бази даних в Femap. Беручи металеві конструкції можна створити свою базу даних з різними марками сталі. При створення характеристик (беремо металу) задажмо такі параме три як модуль пружності, коефіцієнт Пуассона, граничні напруження при розтягу, стиску, зсуві, густину матеріалу та багато інших.

2.3 Сортамент прокату Femap

Сортамент прокату перелік всіх прокатних профілів (з розмірами), що випускаються в країні, на металургійному заводі (або групі заводів), на даному прокатному стані. Сотамент фемапу невеликийі має здебільшого прості форми перерізу. Однак у Femap є одно особливість яка дозволяє створити свій перезіз по стандартних формах тільки зі своїми розмірами. Таким чином можна створити свою бібліотеку прокату якою найчастіше користуємося. Створення або завантаження вже існуючого перерізу виконується командаю Shape. яка знаходиться у головому меню Model/Property.

2.4 Розрахунок перерізу

Після всіх вище згаданих команд і правил програма сама порахує характеристики нашого перерізу такі як площа, перимитр, момент інерції та інші. Особливіятю є що нівіть якщо ми задамо доволі стладний переріз програма доволі швидко та насамперед точно прорахує характеристики як нам потрібні.

3. Зручність використання, плюси та мінуси ПЗ

NX Nastran має досить широкі можливості для створення геометричної і звичайно — елементної моделі, найрізноманітніших конструкцій, дозволяє виконувати практично будь-які види аналізу і, що має особливу цінність оптимізувати параметри конструкції при заданих обмеженнях. Кінцевоелементна модель з крайовими умовами та умовами аналізу. Підготовляється в середовищі Femap. Потім необхідний аналіз виконується в NX Nastran, а результати візуалізуються і документуються в середовищі Femap. Вирішувач NX Nastran має практично однаковий інтерфейс з версіями програм MSC Nastran і MD Nastran. Тому ці програми також можуть бути підключені в якості вирішувачів. 60 -х роках коли інтерфейс користувача зводився до висновку або надрукувальний пристрій, або на інші, а введення здійснювався з перфокарт. З тих пір інтерфейс програми не міняється, а для підготовки моделі та обробки результатів розрахунку використовується графічні оболонки. Як правило, ці програми є приладдям незалежними програмними продуктами і орієнтуються на кілька вирішувачів з різним ступенем сумісності. Для програм MSC Nastran і MD Nastran однією з таких оболонок служить програма MSC. Patran, що забезпечує повністю інтегрований нулеві середовище для моделювання та аналізу результатів. ця програма в 90 — ті роки була орієнтована на робочі станції, що мають тоді більш високу продуктивність, ніж персональні комп’ютери, і працювала в середовищі UNIXподібних операційних систем. Розумної альтернативою MSC. Patran в якості графічної оболонки для Nastran може служити програма Femap, орієнтована на персональні комп’ютери та операційні системи Windows. Вибір тієї чи іншої оболонки залежить від уподобань користувача. Оскільки інтерфейс програми Femap як і раніше не дозволяє отримати доступ до всіх можливостей Nastran, особливо в області оптимізації конструкцій, передбачається, що MSC. Patran більш підходить для професійного використання, але Femap зручний для самостійного вивчення, так як має простий і дружелюбний інтерфейс. У цих порівняннях не враховується, що основна сутність при використанні пакету звичайно елементного моделювання міститься таки в програмі аналізу, яка в даному випадку має одні й ті ж коріння. З появою багатопроцесорних комп’ютерів і підвищенням ефективності чисельних методів прийнята тій чи іншій конфігурації пакету звичайно елементного аналізу, і раніше досить умовні, стали носити символічний характер. Оскільки завдання будь-якої розумної ступеня подробиці тепер може бути вирішена за кінцеве і невеликий час, значно більше зусиль потрібно на постановку завдання і розуміння результату.

Висновок

Освоєння програми Nastran може служити хорошим стимулом для вивчення різних областей теорії пружності та пластичності, будівельної механіки, механіки композиційних матеріалів, лінійної алгебри та проблеми власних значень, динаміки

і стійкості конструкцій, чисельних методів розв’язання не лінійнихних систем, оптимізації конструкцій. При цьому Nastran має порівняно невеликий набір базових понять, які необхідно засвоїти, щоб почати використовувати його в практичній роботі.

Список літератури

1.Рудаков К. Н. Femap 10.2.0 Геометрическое и конечноэлементное моделирование конструкий. -К.:КПИ, 2011. 317 с., ил

2.MCS. Visual NASTRAN для Windows/ Рычков С. П. -М.:НТ Пресс, 2004.-552 с.:ил

3.Розрахунок балок при прямому згині методом скінченних елментів .Завдання та методичні вказівки для розрахунково — графічної робоит з курсу «Опір матеріалів» для студентів будівельних спеціальносте/ Укладачі: Харченко С. В., Стасюк Б. М., Ковальчук Р. А. -Львів: НУ «Львівська політехніка». 2011. 34 с.

4.Конспект лекцій з курсу «Числові методи будівельної механіки та систем автоматизованого проектування». -Львів: НУ «Львівська політехніка». 2014.