Podstawowe operacje w SW Simulation: przygotowywanie modelu

Procedura przygotowania modelu pojedynczej części do obliczeń składa się z 4 kroków:

  1. Uproszczenia modelu (krok teoretycznie opcjonalny, ale praktycznie niezbędny i bardzo ważny)
  2. Definicji materiału (o ile nie był zdefiniowany wcześniej w CAD). Ten prosty krok jest opisany w poprzedniej instrukcji
  3. Definicji umocowania
  4. Definicji obciążenia

Opracowując model obliczeniowy dla złożenia musimy dodatkowo określić warunki kontaktu pomiędzy częściami.

Spis tresci

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Upraszczanie modelu: 3D ⇒ 2D (płaski stan naprężeń)

Jedną z najprostszych metod upraszczania konstrukcji jest zamiana modelu przestrzennego na płaski. W zależności od typu konstrukcji i typu obciążenia mamy do wyboru trzy typy modeli płaskich:

1.1 Tworzenie płaskiego (p.s.n.) modelu tarczy z otworem

  1. Odczytaj gotowy model 01_tarcza_z_otworem 

  2. Przejdź do górnej wstążki Simulation, w menu Doradca badania wybierz Nowe badanie
  3. W nowym oknie:
    1. Wpisz nazwę badania, np.: Model płaski
    2. Na liście Typ zaznacz Analiza statyczna
    3. W dolnej części okna, na liście Opcje zaznacz Użyj uproszczenia 2D
    4. Zatwierdź zmiany przez kliknięcie na "zieloną fajkę"(dalej )

  4. W następnym oknie wybieramy typ modelu płaskiego oraz płaszczyznę, wzdłuż której zostanie przekrojony model 3D. W tym celu:
    1. Zaznacz opcję Płaski stan naprężeń
    2. Kliknij na puste okienko "Płaszczyzna przekroju", a później na płaszczyznę kierunkową (w naszym przypadku jest to Płaszczyzna przednia)
    3. Podaj wartość Głębokości przekroju(Uwaga! Złe tłumaczenie. Tu chodzi o Section depth, czyli grubość przypisywaną modelu płaskiemu). Teoretycznie w danym przypadku może to być dowolna wartość dodatnia nie przekraczająca grubości tarczy. Realnie jedynym rozsądnym rozwiązaniem jest podanie realnej grubości tarczy (10 mm).
    4. Zatwierdź zmiany () i zapisz (obowiązkowo!) model pod nazwą tarcza_z_otworem do katalogu roboczego (np. D:\MES1)
Pojęcie "głębokość przekroju" jest w SWS głęboko (nomen omen) mylące. Realnie podana przez nas liczba jest dalej traktowana przez program jako nowa grubość tarczy po uproszczeniu modelu. Niestety program nie sprawdza, czy jest to wartość poprawna. Dlatego warto to bardzo dokładnie sprawdzić.

2 Upraszczanie modelu: uwzględnienie symetrii osiowej

2.1 Tworzenie modelu przekroju pierścienia

  1. Odczytaj gotowy model 02_pierscien 

  2.   
  3. W głównym menu Widok / Ukryj/Pokaż zaznacz Tymczasowe osie albo skorzystaj z odpowiedniej ikonki na przezroczystym pasku Widok. Po tej operacji ekranie musi być widoczna oś pierścienia.
  4. Przejdź do górnej wstążki Simulation, w menu Doradca badania wybierz Nowe badanie
  5. W nowym oknie:
    1. Wpisz nazwę badania, np.: Przekrój pierścienia
    2. Na liście Typ zaznacz Analiza statyczna
    3. W dolnej części okna, na liście Opcje zaznacz Użyj uproszczenia 2D,

  6. W następnym oknie wybieramy typ modelu płaskiego oraz oś, wzdłuż której zostanie przekrojony model 3D. W tym celu:
    1. Zaznacz opcję O symetrii osiowej
    2. Kliknij na puste okienko "Płaszczyzna przekroju" (jeżeli nie jest aktywne), a później na płaszczyznę kierunkową (w naszym przypadku jest to albo Płaszczyzna górna, albo Płaszczyzna prawa)

    3. Kliknij na puste okienko "Oś symetrii" (jeżeli nie jest aktywne), a później na oś pierścienia. Program wyświetli jedną z dwóch połówek przekroju pierścienia.
    4. Ewentualna zmiana wyświetlanej połówki możliwa jest poprzez zaznaczenie Użyj drugiej strony
    5. Zatwierdź zmiany ()

Uwaga praktyczna. Uproszczenie modelu nie sprowadza się tylko do zamiany modelu przestrzennego na model płaski. W rzeczywistości możliwość wykonania takiej operacji występuje dość rzadko. Znacznie częściej używane są następujące metody uproszczania modelu:
  1. Usuwanie drobnych szczegółów konstrukcji nieistotnych dla jej wytrzymałości.
  2. Uwzględnienie symetrii zagadnienia (będzie pokazane w tej instrukcji niżej)
  3. Używanie uproszczonego modelowania elementów konstrukcji za pomocą teorii belek i/lub powłok (zajęcia 10,11).

3 Definicja umocowania. Podstawowe typy i metody

3.1 Uwagi wstępne

Autorzy SWS zdają sobie sprawę, że przeciętny użytkownik tego programu wybitnym znawcą MES nie jest. Dlatego postanowiły uprościć mu życie przez połączenie do jednej grupy "umocowania" tych ograniczeń przemieszczeń modelu, które w bardziej zaawansowanych programach należą do dwóch odrębnych grup:

W wyniku takiej decyzji powstał niezły chaos. Zawartość dość długiej listy umocowań dostępnych w SWS zależy od:

Z tego powodu niżej zostaną przedstawione tylko najbardziej popularne typy umocowań dla zagadnienia statycznego.

3.2 Umocowania dla modelu po uproszczeniach 2D

Zamknij bieżący model, odczytaj zapisany wcześniej model tarcza_z_otworem.

Mamy trzy możliwości do definicji umocowania:

  1. Menu główne: Simulation / Obciążenia/Umocowania / Umocowania
  2. Spadające menu pod ikonką Doradca umocowań na wstążce
  3. Menu kontekstowe dla gałęzi "Umocowania" na drzewku modelu obliczeniowego

Tym razem programiści SW i tłumacz wyjątkowo nie pomylili się (cud!😊) i wszystkie trzy metody (drzewko, pasek i menu główne) dają ten sam wynik - listę 4 dostępnych metod umocowania:

  1. Znaną z SimulationXpress Nieruchoma geometria, która oznacza brak przemieszczeń na wybranym elemencie modelu: punkcie, krawędzi lub powierzchni.
  2. Przesuwanie - pozwala na ruch tylko wzdłuż wybranej linii (tylko model płaski) lub płaszczyzny (model 3D)
  3. Nieruchomy zawias - pozwala ścianie cylindrycznej tylko na obrót wokół własnej osi
  4. Zaawansowane umocowania. Lista ich zależy od typu uproszczenia 2D (model płaski czy symetria osiowa) i będzie opisana później.

Metody przykładania umocowań będą pokazane na przykładach niżej.

3.2.1 Przykład. Rozciąganie tarczy siłą

Zamknij bieżący model, odczytaj istniejący model płaski 03_rozciaganie_tarczy  i przejdź do dolnej zakładki Statyka. W modelu tym już został zdefiniowany materiał i obciążenie w postaci jednoosiowego rozciągania. Pozostało tylko zdefiniować umocowanie.

3.2.1.1 Metoda 1 - brak przemieszczeń na krawędzi

Metoda ta znana jest z SimulationXpress, jest najprostsza, ale zwykle daje najgorsze wyniki.

  1. Na drzewku: PPM na Umocowania, wybierz Nieruchoma geometria. W nowo otwartym oknie Umocowanie ikonka obok tej opcji musi być zaznaczona
  2. Zaznacz lewą boczną krawędź modelu. Nazwa tej krawędzi pojawi się w okienku wyboru.
  3. Zatwierdź wybór ()

Uruchom symulację poprzez kliknięcie na Uruchom na wstążce. Wyniki obliczeń wyraźnie pokażą wadę naszej metody umocowania - nie pozwala ona na spowodowane niezerowym współczynnikiem Poissona materiału skurczenie się lewej krawędzi tarczy w kierunku osi Y, które rekompensuje wydłużenie się tarczy w kierunku poziomym (czyli osi X). Wady tej pozbawiony będzie następny model.

3.2.1.2 Metoda 2 - jeden nieruchomy punkt i możliwość przesuwania się modelu wzdłuż krawędzi
Uwaga praktyczna. Tu i niżej będziemy zaznaczać narożniki, krawędzi lub ściany modelu. Dość często wymaga to kilku prób, ponieważ program uparcie zamiast narożnika zaznacza np. krawędź lub ścianę. Sytuacja ta jest na tyle powszechna, że w SW zostali wprowadzone skróty klawiszowe, które pozwalają uprościć taki wybór:
v Po naciśnięciu tego klawisza kursor przechodzi w tryb zaznaczania tylko narożników (vertex) modelu. Ponowne wciśnięcie v wyłącza ten filtr
e Po naciśnięciu tego klawisza kursor przechodzi w tryb zaznaczania tylko krawędzi (edge) modelu. Ponowne wciśnięcie e wyłącza ten filtr
x Po naciśnięciu tego klawisza kursor przechodzi w tryb zaznaczania tylko ścian modelu. Ponowne wciśnięcie x wyłącza ten filtr

Pasek wszystkich filtrów wyboru wyświetlamy/ukrywamy po wciśnięciu F5

  1. Usuń istniejące umocowanie: rozwiń gałąź Umocowania, PPM na Stały-1, Usuń, Tak

  2. Na wstążce lub drzewku wybierz Nieruchoma geometria
  3. Zaznacz dolny lewy wierzchołek modelu, jego nazwa Wierzchołek<1> pojawi się w oknie wyboru,

  4. Na wstążce lub drzewku wybierz Przesuwanie
  5. Zaznacz lewą krawędź ②, jej nazwa Krawędź<1> pojawi się w oknie wyboru, . Zielone strzałki wzdłuż krawędzi pokazują zablokowany kierunek ruchu.

Ponownie uruchom symulację, przeanalizuj zauważalną różnice w wyniku.

Uwaga praktyczna. Na słuszne pytanie "A która z tych metod modelowania umocowania jest poprawna?" jest tylko jedna uniwersalna odpowiedź - "To zależy". Pierwsza metoda odpowiada sytuacji, kiedy ściana, do której przymocowana jest nasza tarcza jest doskonale sztywna, a druga - kiedy ściana ta jest doskonale podatna. Są to dwie skrajnie sytuacji, rzeczywistość leży gdzieś pomiędzy nimi.

3.2.2 Przykład. Rozciąganie tarczy przemieszczeniem

Uwaga praktyczna. Zaczynając od SWS 2015 ta czynność (przykładanie obciążenia w postaci przemieszczenia) została w SWS zdublowana. Jest dostępna zarówno z poziomu definicji umocowań (tak było w poprzednich wersjach programu), jak również z poziomu definicji obciążenia. Ponieważ w drugim przypadku program po prostu "przerzuca" użytkownika do odpowiedniego okienka w "umocowaniach", to w danej instrukcji utrzymana została metoda uniwersalna, pasująca do każdej wersji SWS.

Teraz zastąpimy jednoosiowe rozciąganie tarczy równomiernie rozłożonym obciążeniem na prawej krawędzi przez przesunięcie tej krawędzi o 1 mm w kierunku osi X.

  1. W poprzednim przykładzie usuń obciążenie: PPM na Siła-1, Usuń, Tak
  2. PPM na Umocowania, wybierz Zaawansowane umocowania, zaznacz ikonkę obok Użyj geometrii odniesienia
  3. Opcja ta pozwala użyć dowolną istniejącą ścianę lub krawędź do określenia kierunku, wzdłuż którego (albo prostopadle do którego) zostanie przyłożone przemieszczenie. Umocowanie to trafiło do kategorii "zaawansowanych" tylko dlatego, że pozwala określić niezerowe przemieszczenia.

  4. Zaznacz miejsce, gdzie zostaną zadane przemieszczenia. W naszym przypadku jest to prawą boczną krawędź modelu. Jej nazwa pojawi się w okienku wyboru
  5. Domyślną geometrią odniesienia dla modelu 2D jest jego płaszczyzna (w danym przypadku jest to Płaszczyzna przednia). Sprawdź, czy w odpowiednim okienku wyboru jest ta nazwa
  6. W części okna Translacje można określić wartość przemieszczeń w dwóch prostopadłych kierunkach na wybranej geometrii odniesienia. Jedyną możliwością określenia co kryje się za każdą z "magicznych" ikonek jest metoda prób i błędów. W naszym przypadku wystarczy zaznaczyć pierwszą z tych ikonek i wpisać wartość przemieszczenia (1 mm) do okienka niżej. Do odwrócenia kierunku przemieszczeń trzeba zaznaczyć opcję Odwróć kierunek
  7. Zatwierdź zmiany (), ponownie policz zagadnienie, przeanalizuj wyniki.

3.2.3 Ćwiczenie

W poprzednim zagadnieniu zmień obciążenie na pionowe przemieszczenie o 2 mm w kierunku w dół (czyli w kierunku przeciwnym osi Y). Wyświetl rozkład naprężeń zredukowanych i wytłumacz dlaczego największy ich poziom jest w dolnym lewym narożniku modelu.

Zmień umocowanie lewej krawędzi na Nieruchomą geometrię. Co się zmieni w wynikach?

3.2.4 Przykład. Uwzględnienie dwóch osi symetrii

Odczytaj gotowy model 05_cwiartka_tarczy , przejdź do dolnej zakładki Statyka. Jest to model płaski ćwiartki tarczy z otworem. W modelu tym do przeprowadzenia obliczeń ponownie brakuje tylko umocowania. SWS pozwala automatycznie definiować umocowania, które zamodelują wpływ brakujących części.

  1. PPM na Umocowania, wybierz Zaawansowane umocowania. W oknie Umocowanie zaznacz ikonkę obok Symetria
  2. Zaznacz krawędź na pionowej osi symetrii. Przy poprawnym zaznaczeniu program wyświetli kształt "brakującej" symetrycznej części modelu kolorem żółtym.
  3. Zaznacz analogicznie krawędź na poziomej osi symetrii. Program musi pokazać kształt całego modelu. Nazwy odpowiednich krawędzi modelu pojawią się w oknie wyboru
  4. Zatwierdź zmiany ()

Przeprowadź obliczenia, przeanalizuj ich wyniki.

3.3 Umocowania dodatkowe dla modelu 3D

Odczytaj gotowy model 04_pierscien_sciskany , przejdź do dolnej zakładki Statyka. W modelu tym do przeprowadzenia obliczeń ponownie brakuje tylko umocowania. Przed jego zdefiniowaniem warto odnotować wyjątkową liczbę błędów popełnionym przez informatyków SW oraz PL tłumacza przy programowaniu zawartości menu dla modelu 3D. Menu główne (Simulation / Obciążenia/Umocowania / Umocowania) sugeruje brak nowych opcji w porównaniu do uproszczonego modelu 2D. Realnie pod nazwą Złącza ukrywa się link do opcji Elastyczne wsparcie. Menu na wstążce, pod ikonką Doradca umocowań sugeruje, że jest jedna nowa opcja (właśnie Elastyczne wsparcie). Dopiero menu kontekstowe na drzewku symulacji (PPM na Umocowania) pozwala zobaczyć wszystkie trzy nowe opcję:

  1. Elastyczne wsparcie (nie zbyt dobre tłumaczenie Elastic support, poprawna nazwa używana w PL to "podłoże sprężyste"). Pozwala na zdefiniowania sztywności podłoża (np. fundamentu) w kierunku normalnym i stycznym. Zakłada przy tym, że odpowiednie przemieszczenia będą względnie małymi. Do modelowania dużych przemieszczeń (np. amortyzatora zawieszenia samochodu) służą elementy-złącza typu "sprężyna" lub "lina".
  2. Umocowanie łożyska. Najprostszy model kontaktu cylindrycznej ściany wału z łożyskiem. Można go stosować tylko jeżeli komponenty podpierające wał są znacznie sztywniejsze od niego. Wtedy mogą one być uznawane za doskonałe sztywne i ograniczające ruch ściany wału w kierunku promieniowym.
  3. Śruba fundamentowa. Element sprężysty łączący nasz model z płaszczyzną czegoś uznanego przez nas za ścianę sztywną. Ponieważ wymaga definicji warunków kontaktowych na tej ścianie, na razie nie będzie rozpatrywany w tej instrukcji.

3.3.1 Przykład. Wciskanie pierścienia w podłoże sprężyste

Sztywność podłoża może być podana na 2 różne sposoby:

  1. Jako całkowita (sumaryczna) sztywność dla wybranej ściany kontaktowej. W tym przypadku wartość sztywności podaje się w tradycyjnych jednostkach, np. N/m lub N/mm (1000 N/m = 1 N/mm). To że normalna sztywność podłoża wynosi np. 2 kN/mm, oznacza, że siła 2 kN wywołuje przemieszczenie konstrukcji o 2 mm w głąb podłoża.
  2. Jako sztywność jednostki powierzchni podłoża, czyli zwykła sztywność w odniesieniu do 1 m2 lub 1 mm2 powierzchni kontaktu z podłożem. Tu używa się jednostek (N/m)/m2 = N/m3 = Pa/m lub (N/mm)/mm2 = N/mm3 = MPa/mm (109 N/m3=1 N/mm3).
W tym przykładzie pokazana będzie definicja sztywności całkowitej podłoża.

  1. PPM na Umocowania, wybierz Elastyczne wsparcie. Zaznacz nieobciążoną płaską powierzchnie modelu. Jej nazwa pojawi się w okienku wyboru
  2. Opcję Rozprowadzony i Suma podobne są do opcji Ciśnienie i Siła przy definicji obciążenia. Pierwsza pozwala zdefiniować "gęstość" sztywności podłoża na m2, druga zaś - ogólną sumaryczną jego sztywność. Wybierz opcję Suma.
  3. Wpisz wartość sztywności normalnej (pozycja 3) jako 1e11 N/m (czyli 1011 N/m albo 100 GN/m, albo 100 MN/mm) i stycznej (pozycja 4) jako 1e9 N/m (czyli 109 N/m albo 1 GN/m albo 1 MN/mm)
  4. Zatwierdź zmiany (), ponownie policz zagadnienie, przeanalizuj wyniki. Szczególnie zalecane jest uruchomienie animacji.

3.4 Zaawansowane typy umocowania

Menu Umocowania / Zaawansowane umocowania na drzewku lub wstążce mamy dostęp następujących opcji:

  1. Użyj geometrii odniesienia. Jest to najbardziej uniwersalna opcja. Wymaga podania:
    • Nazwy jednego lub kilku punktów, krawędzi lub ścian modelu, dla których zostanie zdefiniowane umocowanie. Nazwy te pojawią się w okienku (5) po zaznaczeniu odpowiednich obiektów geometrycznych wskaźnikiem myszy.
    • Nazwy linii (np. krawędzi lub linii konstrukcyjnej) lub powierzchni (może to być płaszczyzna główna, dowolna płaszczyzna pomocnicza lub ściana dowolnej części), za pomocą której wyznaczymy kierunek lub kierunki zdefiniowanych przemieszczeń (zerowych lub niezerowych). Nazwy linii lub powierzchni pojawią się w okienku (6) po ich zaznaczeniu wskaźnikiem myszy.
    • Wartości odpowiednich przemieszczeń w kierunku wzdłuż, poprzek lub prostopadle do powierzchni (w przypadku linii kierunkowej - tylko wzdłuż tej linii). Wartości te wpisujemy w okienkach (7)-(9) po wcześniejszym odblokowaniu ich zawartości przez kliknięcie na ikonkę umieszczoną po lewej stronie.
  2. Na ścianach płaskich. Uproszczona wersja opcji Użyj geometrii odniesienia, zakłada, że kierunek działania umocowania (wzdłuż, poprzek lub prostopadle) wyznaczany jest przez ścianę płaską na której to umocowanie jest zdefiniowane. Czyli w porównaniu z poprzednim przypadkiem znika nam okienko (6). W odróżnieniu od geometrii odniesienia opcja ta jest szczegółowo i ze sporą ilością przykładów opisana w pliku pomocy .
  3. Na ścianach cylindrycznych. Ponownie uproszczona wersja opcji Użyj geometrii odniesienia. Pozwala zdefiniować zerowe lub niezerowe przemieszczenia dla wybranej powierzchni cylindrycznej w kierunkach osiowym, promieniowym lub obwodowym (w tym przypadku wprowadzamy wartość kąta w stopniach) tej że powierzchni. Przyzwoity opis tej opcji ponownie można znaleźć w pliku pomocy 
  4. Na ścianach sferycznych. To samo, co poprzednio, tylko dla ściany sferycznej (kulistej). Możemy podać przemieszczenie w kierunku promieniowym i/lub kąty obrotu w dwóch kierunkach. Opis i przykłady również są w pliku pomocy 

3.4.1 Ćwiczenie

Odczytaj gotowy model 07_zaaw_umocowania .

Na powierzchni zaznaczonej kolorem niebieskim:

Wyeliminuj możliwość ruchu we wskazanych kierunkach na powierzchniach cylindrycznej ① i kulistej ②.

4 Obciążenie. Podstawowe typy

Jak wspomniano w poprzedniej instrukcji, możemy zdefiniować obciążenie albo za pomocą menu głównego Simulation / Obciążenia/Umocowania, albo za pomocą menu Doradca obciążeń zewnętrznych na wstążce, albo za pomocą menu kontekstowego gałęzi Obciążenia zewnętrzne na drzewku. Podobno do przypadku umocowania, w SWS 2016 jest spora różnica pomiędzy ich zawartością. W najgorszym stanie są menu główne i menu Doradca obciążeń zewnętrznych, które nie dopasowują się do typu modelu (2D lub 3D) i zawsze zawiera kilka dodatkowych typów obciążenia, które realnie nie są dostępne dla modelu płaskiego. Dlatego zaleca się definicja obciążenia przez drzewko.

4.1 Siła

Pojęcie "siłą" w SWS oznacza zarówno siłę przyłożoną w punkcje jak i siłę wypadkową dla rozłożonego obciążenia (np. ciśnienia na ścianę). W pierwszym przypadku program po prostu przykłada podaną siłę w odpowiednim punkcie modelu, w drugim zaś zastępuje ją ciśnieniem (naprężeniami), które działa na odpowiedniej ścianie.

W celu obliczenia pola ściany w przypadku modelu płaskiego (p.s.n. albo p.s.o.) za grubość modelu przyjmuje się wartość podaną w czasie jego definicji (teoretycznie może ona odbiegać od realnej grubości wejściowego modelu 3D). Np. jeżeli na krawędzi (o długości 100 mm) płaskiego modelu tarczy z zadeklarowaną grubością 2 mm działa równomiernie rozłożone obciążenie z siłą wypadkową 200 N, to realnie program przyłoży do tej krawędzi naprężenie 200 N/(100 mm×2 mm) = 1 MPa.

W przypadku modelu osiowosymetrycznego siła przyłożona do krawędzi modelu często nie jest siła wypadkową. Np. siła wypadkowa dla ciśnienia wewnątrz liniowego odcinka rury jest zawsze zerowa. W tym przypadku wartość siły przyłożonej do krawędzi oblicza się jako (ciśnienie)×(pole powierzchni) na której ono działa bez względu na jej kształt. Np. ciśnienie 1 MPa wewnątrz prostolinijnego odcinka rury o długości 100 mm ze średnicą wewnętrzną ∅40 można zamodelować poprzez przyłożenie do odpowiedniej krawędzi modelu osiowosymetrycznego siły 1 MPa×π×40 mm×100 mm ≈ 12,57 kN.

4.1.1 Procedura przykładania siły

  1. Zaznacz ikonkę Siła i wybierz elementy geometryczne modelu np. ściany, krawędzie lub punkty. Punkty lub krawędzie wybieramy tylko w przypadku, jeżeli kierunek siły będzie zdefiniowany później za pomocą opcji Wybrany kierunek.
  2. Okienko wyboru, w którym zostaną podane nazwy wybranych elementów geometrii: punktów, krawędzi, powierzchni
  3. Uwaga! Kolejne złe tłumaczenie. Tu chodzi o siłę, która działa prostopadle (nie koniecznie pionowo) do wybranej powierzchni (tylko dla modelu 3D) lub linii (tylko dla modelu 2D)
  4. Siła działa w kierunku wyznaczonym przez powierzchnie (zdefiniowaną przez układ współrzędnych lub model) lub wzdłuż dowolnej linii (krawędź modelu, oś). Nazwa płaszczyzny, linii lub krawędzi kierunkowej po zaznaczeniu pojawi się w okienku wyboru niżej.
  5. Zaznaczenie tej opcji oznacza, że w przypadku więcej niż jednego obciążonego elementu geometrycznego modelu określona wartość siły (np. 1 kN) będzie przyłożona do każdego elementu osobno. Dla pokazanego obok przykładu na każdą z ścian nr 1 i 2 będzie działać siła 1 kN i ogólne obciążenie na model będzie 2 kN.
  6. W odróżnieniu od poprzedniego przypadku wartość siły zostanie przyłożona do wszystkich zaznaczonych elementów geometrycznych razem. Dla pokazanego obok przykładu ogólne obciążenie na obydwie ściany wyniesie 1 kN.
  7. Wybór układu jednostek (SI, IPS, lub tzw. "metryczny"), używając którego zostanie podana wartość siły.
  8. Ta ikonka i dwie następne dostępne są tylko w przypadku wybrania opcji Wybrany kierunek oraz zaznaczenia powierzchni lub osi jako elementu wskazującego kierunek działania siły. Uaktywnienie ikonki pozwala wprowadzić składową siły wzdłuż pierwszego kierunku tej powierzchni. Jeżeli kierunek wyznaczany jest przez oś, to będzie to kierunek promieniowy.
  9. Uaktywnienie tej ikonki pozwala wprowadzić składową siły wzdłuż drugiego kierunku powierzchni kierunkowej. Jeżeli kierunek wyznaczany jest przez oś, to będzie to kierunek obwodowy (okrężny).
  10. Uaktywnienie tej ikonki pozwala wprowadzić składową siły prostopadłej do powierzchni kierunkowej. Jeżeli kierunek wyznaczany jest przez oś, to będzie to kierunek osiowy.
  11. Zaznaczenie tej opcji pozwala zdefiniować niejednorodny rozkład siły na wybranej krawędzi lub powierzchni. Szczegółowy opis tej procedury zostanie podany w jednej z następnych instrukcji.
  12. Zmiana koloru strzałek, które pokazują przyłożoną siłę
  13. Zmiana długości strzałek, które pokazują przyłożoną siłę (dopuszczalny zakres wartości 20...500)
  14. Zaznaczenie to pozwala kontrolować na żywo zmiany koloru i/lub długości strzałek
Uwaga praktyczna. Odpowiedź na naturalne pytanie: "Jaki kierunek wzdłuż powierzchni SWS uważa za ten "pierwszy", a jaki za "drugi"?" zajmuje w pliku pomocy  dwie strony. W praktyce często prościej "strzelać"😊. Ponieważ mamy tylko 2 możliwe kierunki, to albo trafiamy od razu, albo za drugim razem.
Jedyna zasada, którą warto zapamiętać - w przypadku powierzchni o kształcie zbliżonym do prostokątnego "kierunek 1" jest kierunkiem wzdłuż dłuższego boku, a "kierunek 2" - wzdłuż krótszego.

4.1.2 Przykład

Przykład pokazuje przyłożenie siły skupionej w punkcie w kierunku wskazanym przez krawędź modelu. Odczytaj ponownie gotowy model 05_cwiartka_tarczy , przejdź do dolnej zakładki Statyka.

  1. Usuń obciążenie Ciśnienie - 1
  2. Umocuj na stale dolną krawędź modelu
  3. Uruchom procedurę definiowania siły i zaznacz prawy górny narożnik modelu jako miejsce, w którym ta siła działa
  4. Zaznacz Wybrany kierunek i jako element kierunkowy zaznacz lewą boczną krawędź modelu
  5. Podaj wartość siły (100 N), odwróć jej kierunek, ew. zwiększ rozmiar strzałki i zatwierdź zmiany

Po obliczeniach można przekonać się, że używanie sił skupionych w modelu płaskim lub 3D nie jest dobrym pomysłem😊.

4.2 Ciśnienie

4.2.1 Procedura przykładania ciśnienia

Procedura przykładania ciśnienia jest o wiele prostsza od procedury przykładania siły i jest zalecana we wszystkich przypadkach, kiedy znana jest wartość rozłożonego obciążenia, które działa na model (np. w zbiornikach ciśnieniowych).

  • Na początku wybierz kierunek działania ciśnienia: albo opcja ① - Normalny do wybranej ściany (w przypadku modelu 2D będzie to kierunek w płaszczyźnie modelu prostopadły do wybranej krawędzi), albo dowolny kierunek (opcja ②) oznaczony jako Użyj geometrie odniesienia. W obydwu przypadkach ścianę lub krawędź, na którą działa ciśnienie trzeba zaznaczyć i wtedy jej nazwa pojawi się w okienku niżej (③).
  • Jeżeli wybrałeś Użyj geometrie odniesienia, pojawi się dodatkowe okienko do wyboru (a) geometrii odniesienia (ściany, krawędzi) i (b) wybranego kierunku (pierwszy kierunek dla powierzchni, drugi kierunek dla powierzchni, kierunek normalny). Jest to opcja podobna do szczegółowo opisanej wyżej w przypadku siły (pozycję ⑧-⑩).
  • Definicję kończy wybór jednostek ④ (warto odnotować obecność na nim zarówno Pa jak i MPa) i wartości ciśnienia ⑤ z możliwością zmiany jego kierunku.
  • Jak wcześniej, kolor i wielkość strzałek reprezentujących ciśnienie na ekranie można zmienić w menu Ustawienia symboli

4.2.2 Ćwiczenie

  1. Odczytaj gotowy model 06_cylinder 
  2. Przyłóż siłę 10 kN do powierzchni skośnej w kierunku pionowo w dół.
  3. Przyłóż ciśnienie 20 MPa do powierzchni górnej w kierunku krawędzi pokazanej kolorem żółtym.

4.3 Moment obrotowy

4.3.1 Procedura przykładania momentu obrotowego

  1. Po wejściu do menu Siła/Moment sprawdź, czy zaznaczona jest ikonka Moment obrotowy
  2. Klikając zaznacz jedną lub kilka ścian, na których działa moment
  3. Zaznacz oś obrotu albo bezpośrednio, albo pośrednio poprzez wskazanie odpowiedniej ściany cylindrycznej
  4. Ewentualnie zmień układ jednostek dla wartości momentu
  5. Wprowadź wartość momentu
  6. Kierunek działania momentu można odwrócić
  7. Wybór pomiędzy opcjami Suma i Na element pozwala zdefiniować, czy wprowadzona wartość momentu jest przyłożona do wszystkich zaznaczonych ścian razem, czy do każdej osobno. Opcja "Suma" jest aktywna tylko jeżeli moment działa na 2 lub więcej powierzchniach

4.3.2 Przykład

  1. Odczytaj gotowy model 08_pierscien2 . Przejdź do zakładki Statyka.
  2. Przyłóż brak przemieszczeń na wewnętrznej cylindrycznej powierzchni pierścienia
  3. Przyłóż moment obrotowy 100 N·m do zewnętrznej cylindrycznej powierzchni pierścienia (kierunek dowolny)
  4. Policz zagadnienie i przeanalizuj wyniki

4.4 Ciężar własny

4.4.1 Procedura przykładania ciężaru własnego

Procedura przykładania do modelu ciężaru własnego (opcja Grawitacja we wszystkich menu) należy do najprostszych, bo wymaga tylko określenia kierunku działania grawitacji.

  1. Podstawowym (i w większości sytuacji jedynym) zadaniem jest zdefiniowanie kierunku działania grawitacji. Do tego można wybrać:
    • Standardową płaszczyznę kierunkową (jak na rysunku)
    • Dowolna inną płaska ścianę (kierunek prostopadły do niej wyznaczy nam kierunek grawitacji)
    • Dowolną prostą krawędź lub oś
    • Dowolną ścianę cylindryczną (jej oś wyznaczy kierunek grawitacji)
    Zmienić kierunek działania wyświetlanego wektora grawitacji można za pomocą standardowej opcji Odwróć kierunek
  2. Wartość stałej g można oczywiście zmienić (zaleca się szczególnie mieszkańcom innych planet😊).
  3. W szczególnie ciężkiej sytuacji (brak możliwości zdefiniowania kierunku w łatwy sposób) uruchamiamy opcję Zaawansowane i wprowadzamy składowe odpowiedniego wektora

4.4.2 Przykład

  1. W poprzednim modelu pierścienia usuń obciążenie
  2. Sprawdź wszystkie możliwe sposoby określania kierunku działania grawitacji wspomniane wyżej

4.5 Siła odśrodkowa

4.5.1 Procedura przykładania siły odśrodkowej

Definicja siły odśrodkowej jest również łatwą czynnością. Wymaga tylko określenia osi obrotu oraz wartości prędkości obrotowej i ewentualnie obrotowego przyspieszenia

  1. Do określenia położenia osi obrotu może służyć sama oś, krawędź lub ściana cylindryczna
  2. Tu wybierz układ jednostek
  3. Wpisz wartość prędkości obrotowej. Kierunek obracania można zmienić na odwrotny
  4. Wpisz wartość przyspieszenia obrotowego
Uwaga praktyczna. W pracy z obciążeniem odśrodkowym bardzo często trzeba przekształcać jednostki, w których podana jest prędkość obrotowa ponieważ w różnych dziedzinach techniki używane są różne jednostki. W SWS dostępne są:
  • rad/s (jako jednostka SI)
  • rpm, czyli obroty na minutę (jednostka metryczna)
  • Hz, który jednocześnie może być traktowany jak obrót na sekundę (występuje jako jednostka brytyjska)
W większości przypadków ten zbiór jednostek jest wystarczający.

4.5.2 Przykład

Modelowanie skutków obracania się pierścienia z prędkością 100 obrotów na sekundę wokół własnej osi.

4.5.3 Ćwiczenie

Umocowanie użyte w poprzednim przykładzie nie należy do najlepszych. Brak przemieszczeń w kierunku osiowym nie pozwala pierścieniowi skurczyć się w tym kierunku (dla rekompensaty wzrostu średnicy pod wpływem siły odśrodkowej). Zmień umocowanie na bardziej precyzyjne (mniej ograniczające ruch modelu w kierunku osiowym) i przeprowadź obliczenia.

4.6 Temperatura jako obciążenie

Zmiana temperatury powoduje rozszerzenie lub kurczenie się każdego ciała, czyli wywołuje przemieszczenia, taka samo jak siła lub moment. Dlatego jest ona traktowana jako obciążenie.

Na YT można znaleźć kilka filmów o nazwie "Podstawowy błąd przy definicji temperatury jako obciążenia" lub podobnej. To świadczy o tym jak dużo nieporozumień powstaje przy definicji obciążenia w postaci temperatury. Przyczyną tych nieporozumień jest brak w dokumentacji SWS informacji, że w "czystym" badaniu statycznym (czyli takim, które nie opiera się o wyniki poprzedzającej go analizy termicznej) jedynym akceptowanym przez SWS typem obciążenia termicznego jest stała temperatura zdefiniowana dla całej części. W badaniu statycznym nie wolno definiować temperaturę tylko dla ścian lub krawędzi.

4.6.1 Przykład

W typ przykładzie wyznaczymy naprężenia w pierścieniu, u którego zewnętrzna ściana cylindryczna i jedna z powierzchni o kształcie pierścienia są oparte o sztywne podłoże (np. betonową ścianę). Po umocowaniu temperatura pierścienia została podniesiona o 100°C.

  1. W modelu pierścienia usuń obciążenie i umocowanie
  2. Przyłóż umocowanie typu Przesuwanie do dowolnej ściany w kształcie pierścienia. Zablokuje to ruch modelu wzdłuż jego osi.
  3. Na zewnętrznej powierzchni cylindrycznej zablokuj przemieszczenia w kierunku promieniowym i obrotowym (Umocowanie / Zaawansowane umocowania / Na ścianach cylindrycznych).
  4. Za chwilę musimy zaznaczyć nie ścianę lub krawędź lecz całą cześć. Najprościej zrobić to za pomocą ikonki "Filtr obiektów bryłowych", która na pasku Filtr wyboru. Wyświetl ten pasek: Widok / Paski narzędzi / Filtr wyboru albo naciśnij F5. Ponowne naciśnięcie F5 ukryje ten pasek.
  5. Na drzewku: Obciążenie zewnętrzne / Temperatura. Procedura definicji temperatury części:
    1. Sprawdź, czy jest zaznaczona opcja Temperatura
    2. Przejdź do trybu wyboru brył (ikonka na pasku Filtr wyboru), zaznacz naszą część i jej nazwa (w danym przypadku będzie to Dodanie-wyciągnięcie1) pojawi się w okienku wyboru
    3. Wybierz jednostki w których podana będzie temperatura (w danym przypadku są to stopnie Celsiusza)
    4. Podaj wartość zmiany temperatury części jako 100
    5. Zatwierdź zmiany ()
  6. Przeprowadź obliczenia i przeanalizuj wyniki


© I.Rokach, 2014-17, v.3.3.0, 25.03.2017, dla SOLIDWORKS Simulation 2016 Edu
Zanim wydrukujesz pomyśl o środowisku