Pierwsze kroki w SW Simulation

Spis tresci

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Zadanie do rozwiązania

Naszym celem będzie modelowanie procesu odkształcenia miedzianej płaskiej tarczy (200×100×3 mm) ze środkowym otworem (⌀75 mm), która jest jednoosiowo ściskana rozłożonym obciążeniem o wypadkowej 1 kN. Przeprowadzimy analizy trzech typów: statyczną, wyboczeniową oraz modalną (wyznaczymy częstotliwości i postaci drgań własnych)

Uwaga praktyczna. W naszym przypadku jeden z wymiarów konstrukcji (grubość tarczy) jest wielokrotnie mniejszy od dwóch pozostałych (długości i szerokości tarczy). Modelowanie takich obiektów za pomocą modelu przestrzennego jest podejściem nieracjonalnym. W tym celu używane są albo modele powłokowe albo płaskie, które zostaną przedstawione w dalszej części tego przedmiotu. Na razie użyjemy model przestrzenny tylko dlatego, że jest domyślnym w SWS.

2 Utworzenie modelu tarczy z otworem

Utwórz w SW model 3D tarczy i zapisz go pod nazwą tarcza_z_otworem.sldprt. Sprawdź, czy jest uruchomiony dodatek SOLIDWORKS Simulation.

3 Analiza statyczna

3.1 Nowe badanie

     
  1. Przejdź do górnej zakładki Simulation, na wstążce wybierz Nowe badanie (alternatywa: menu górne Simulation / Badanie)
  2. W nowym oknie:
    1. Na liście Typ zaznacz Analiza statyczna
    2. Wpisz nazwę badania, np.: Statyka lub zostaw nazwę domyślną Analiza statyczna 1
    3. Zatwierdź zmiany przez kliknięcie na "zieloną fajkę"(dalej ) albo odpowiedni gest myszy

3.2 Definicja materiału

Krok ten jest opcjonalny ponieważ w większości realnych sytuacji materiał już jest zdefiniowany w modelu SW. Tylko jeżeli to nie zostało zrobione (np. nie wiemy, jaki materiał wybrać i planujemy dobrać go zgodnie z wynikami obliczeń) wykonujemy tę operację w SWS.

Operacja ta jest identyczna do używanej wcześniej w SimulationXpress, ale dostęp do bazy danych materiałowych w Simulation możliwy jest na 4 sposoby:

Wybierz Miedź w grupie Stopy miedzi. Jeżeli operacja ta została przeprowadzona poprawnie, nazwa tego materiału pojawi się na drzewku (w nawiasach po nazwie modelu), a sam model zmieni swój kolor. Zapisz model pod dowolną inną nazwą.

Uwaga praktyczna. Realnie w 90% przypadków wybór materiału dla pojedynczej części lepiej zrobić nie w dodatku Simulation, a w samym SW. Wyjątkiem jest sytuacja, kiedy chcemy w czasie symulacji sprawdzić kilka różnych materiałów. Wtedy lepiej postępować tak, jak w tym przykładzie. Dla złożenia często prościej zdefiniować materiał w SWS, ponieważ tylko tam jest opcja "hurtowej" definicji materiału dla kilku lub wszystkich części w złożeniu.

3.3 Definicja umocowania sztywnego

Do definicji umocowania typu "Nieruchoma geometria", jak i poprzednio, możemy użyć 3 metody:

Podobnie jak w SimulationXpress zaznacz ścianę, na której będzie działać umocowanie, , zapisz model.

Bardzo często w przypadku wąskich powierzchni zamiast całej powierzchni można omyłkowo zaznaczyć krawędź. Skutki tego będą opłakane.

3.4 Definicja obciążenia

     

Jak poprzednio, możemy zdefiniować obciążenie na 3 sposoby:

  1. Za pomocą menu kontekstowego gałęzi Obciążenia zewnętrzne na drzewku
  2. Za pomocą menu Doradca obciążeń zewnętrznych na wstążce
  3. Przez menu główne: Simulation / Obciążenia/Umocowania

W odróżnieniu od poprzednich wersji, w SWS zaczynając od wersji 2015 jest spora różnica pomiędzy zawartością odpowiednich menu. Poza złym tłumaczeniem z angielskiego (Pressure w drugim przypadku przetłumaczono jako Nacisk zamiast Ciśnienie), kolejność kilku typów obciążenia jest inna.

Podobnie jak w SimulationXpress wybierz obciążenie normalne typu Siła, zaznacz ścianę, na której ono będzie działać, podaj wartość siły (1000 N), , zapisz model.

Ponownie warto sprawdzić, czy obciążenie działa na powierzchnie, czy tylko na jej krawędź.

3.5 Uruchomienie obliczeń z domyślną gęstością siatki

SWS pozwala użytkownikowi na większą kontrolę siatki, niż SWSX, ale wciąż jest możliwość "działania na skróty" — szybkiego przeprowadzania obliczeń na siatce domyślnej. Możemy zrobić to na 3 sposoby:

Po przeprowadzeniu obliczeń zapisz model.

3.6 Wstępna analiza wyników obliczeń

SWS domyślnie wyświetli rozkład naprężeń zredukowanych na tle odkształconego modelu. Ich wartość wstępna (około 28 MPa dla siatki domyślnej) wydaje się być bezpieczną w porównaniu do granicy plastyczności materiału (ok. 259 MPa). Czy oznacza to, że nasza konstrukcja jest bezpieczna? Nie koniecznie.

4 Analiza wyboczeniowa

Celem tej analizy jest wyznaczenie krytycznej wartości obciążenia, przy której konstrukcja utraci stateczność.

4.1 Nowe badanie

     
  1. Na wstążce Simulation wybierz Nowe badanie (alternatywa: menu górne Simulation / Badanie)
  2. W nowym oknie:
    1. Na liście Typ zaznacz opcję Wyboczenie
    2. Wpisz nazwę badania, np.: Wyboczenie lub zostaw domyślną Wyboczenie 1
    3. Zatwierdź zmiany przez

4.2 Kopiowanie umocowania, obciążenia, materiału i siatki

Zamiast ponownej definicji parametrów modelu obliczeniowego (tzn. umocowania, obciążenia, właściwości materiału oraz siatki) można to wszystko skopiować z badania statycznego. Zrobimy to na 2 sposoby: metodą "Kopiuj/Wklej" albo metodą "Przeciągnij/Upuść".

4.2.1 Kopiowanie umocowania (metoda "Kopiuj/Wklej")

  1. Przejdź do zakładki Statyka
  2. PPM na gałąź Umocowania, wybierz Kopiuj na końcu menu kontekstowego
  3. Wróć do zakładki Wyboczenie
  4. PPM na gałąź Umocowania, wybierz Wklej

4.2.2 Kopiowanie pozostałych parametrów (metoda "Przeciągnij/Upuść")

  1. Wróć ponownie do zakładki Statyka
  2. LPM na gałąź Obciążenia zewnętrzne, przeciągnij wskaźnik myszy do zakładki Wyboczenie do momentu, kiedy ikonka obok wskaźnika zmieni się z  na . "Upuść" informację, czyli uwolnij wskaźnik myszy.

W podobny sposób skopiuj właściwości materiału (gałąź Tarcza_z_otworem, czyli nazwa modelu) i siatkę (gałąź Siatka). Zapisz model.

Uwaga praktyczna. Najprościej było zaznaczyć w zakładce wejściowej (w danym przypadku Statyka) interesujące nas parametry, czyli umocowanie, obciążenie i materiał (klawisz Ctrl ma być wciśnięty) i przeciągnąć wszystko razem.

4.3 Uruchomienie obliczeń, wstępna analiza wyników

Wynikami obliczeń w analizie wyboczeniowej są:

  1. Wartość siły krytycznej. SWS podaje ją w postaci tzw. "współczynnika obciążenia", który jest ilorazem siły krytycznej w odniesieniu do aktualnego obciążenia. Czyli w naszym przypadku siła krytyczna wynosi około 1000 N×0,853=853 N (dokładniejszą wartość można otrzymać na gęstszej siatce lub na modelu powłokowym). Oznacza to, że nośność konstrukcji jest znacznie niżej 1kN.
  2. Uwaga praktyczna. Na Twoim komputerze wartość współczynnika obciążenia może być nieco inna. MES jest metodą przybliżoną, wynik obliczeń zależy od wielu czynników, ale przede wszystkim od gęstości siatki.
  3. Kształt konstrukcji po wyboczeniu. Kształt ten pokrywa się z kształtem pierwszej postaci drgań własnych.

5 Wyznaczanie postaci i częstotliwości drgań własnych

5.1 Nowe badanie

     
  1. Na wstążce Simulation wybierz Nowe badanie (alternatywa: menu górne Simulation / Badanie)
  2. W nowym oknie:
    1. Na liście Typ zaznacz opcję Częstotliwość
    2. Wpisz nazwę badania, np.: Drgania własne lub pozostaw nazwę domyślną
    3. Zatwierdź zmiany przez

Skopiuj do nowej zakładki umocowanie, materiał oraz siatkę (obciążenie zewnętrzne nie jest uwzględniane w tej analizie, tu brana pod uwagę jest tylko bezwładność materiału), uruchom obliczenia.

5.2 Analiza wyników

Standardowymi wynikami w tej analizie są 5 pierwszych częstotliwości drgań własnych oraz odpowiednie postacie drgań (nazywane również modami). Postacie drgań najlepiej oglądać w formie animacji. W tym celu:

  1. Rozwiń gałąź Wyniki
  2. PPM na odpowiednią postać, Pokaż
  3. Ponownie PPM na postać, Animuj

Wartość liczbowa częstotliwości drgań własnych dla każdej postaci podana jest w lewym górnym narożniku okna.


6 Zadanie dodatkowe

  1. Zanotuj najważniejsze wyniki każdej analizy: maksymalną wartość naprężeń zredukowanych dla analizy statycznej, wartość siły krytycznej dla analizy wyboczeniowej, wartości 5 częstotliwości drgań własnych dla ostatniej analizy.
  2. W zagadnieniu statycznym zwiększ gęstość siatki:
    • PPM na Siatka, Utwórz siatkę
    • Rozwiń menu Parametry siatki, wpisz nową wartość kroku siatki (2 mm, wystarczy wpisać samo 2),
  3. Skopiuj nową siatkę do dwóch pozostałych analiz. Przeprowadź obliczenia i porównaj wyniki. Które obliczenia trwały najdłużej? Czy zmiana wyników była istotna?


© I.Rokach, 2015-20, v.1.6.0, 13.10.2020, dla SOLIDWORKS Simulation 2020 Edu

Zanim wydrukujesz pomyśl o środowisku