Autodesk Simulation – 2D analýza – část 1.

Zde si vyzkoušíme vytvořit jednoduchou 2D analýzu geometrie nakreslené pomocí Autodesku Simulation. Pro jednoduché geometrické útvary lze využít i integrovaného modeláře. Pro složitější tvary se již vyplatí šáhnout po Inventoru či jiné aplikaci. To si ukážeme v některém z příštích článků.

Vytvoření analýzy

Jako první krok vytvoříme nový dokument, který bude obsahovat analýzu. Okno definice nové, či otevření existující analýzy by se mělo objevit ihned po spuštění (obr. 1).

 

 

Obr. 1 – vytvoření nové analýzy

Již z kraje doporučuji přepis defaultních jednotek. Výchozí jednotky SI totiž produkují výsledné napětí v Pascalech, což je v rámci pevnostní analýzy velmi malá jednotka. Výhodnější je mít jako výchozí MPa, čehož dosáhneme následovně:

V zobrazeném okně klikneme na tlačítko Override Default Units. V okně systému jednotek změníme v hlavičce systém z SI na Custom (uživatelský). Tím zůstanou nastaveny všechny položky ze systému SI a stačí přepsat jednotku délky na mm.

N/m = Pa; N/mm = MPa

 

 

Obr. 2 – změna výchozích jednotek

Tento krok lze kompletně přeskočit, nicméně poté je jako výsledek napětí většinou zobrazeno velmi vysoké číslo.

Druhým krokem je definice prostředí analýzy. Dle obrázku 3 vybereme Linear Static Stress with Linear Material Models. Jedná se o základní analýzu vhodnou pro jednoduché typy pevnostních analýz (viz název).

 

Obr. 3 – volba typu analýzy

Dále již můžeme kliknout na tlačítko New a vybrat umístění nového souboru analýzy s příponou *.fem.  

Definice geometrie

Autodesk Simulation chápe geometrii pro 2D analýzu pouze tehdy, pokud je vytvořena v rovině YZ. Vytvoříme nový náčrt pomocí kliknutí pravým tlačítkem na rovinu počátku ve stromě (podobně jako v Inventoru) dle obr. 4.

 

Obr. 4 – vytvoření nového náčrtu

V rámci tohoto příkladu nakreslíme jednoduchý nosník – obdélník. Spustíme příkaz rectangle (Ribbon -> Draw -> Draw -> Rectangle) dle obr. 5.

 

 

Obr. 5 – příkaz rectangle na panelu nástrojů

Aktuálně nejrychlejší cesta na vytvoření obdélníku je pomocí zadání souřadnic. S otevřeným dialogovým oknem tedy vložíme první bod do souřadnic 0,0,0 stisknutím enteru (obr. 6).  

 

Obr. 6 – stisknutím enteru vložíme první bod do zvolených souřadnic

Druhý bod nastavíme do souřadnic 0,100,10 (musíme mít na paměti, že kreslíme v rovině Y,Z) dle obr. 7.

 

Obr. 7 – stisknutím enteru vložíme druhý bod do zvolených souřadnic

Po stisknutí enteru se sice zobrazí obdélník v modelovacím okně, nicméně pro jeho vytvoření je nezbytké kliknout na tlačítko Apply (použít). V modelovacím okně bychom nyní měli mít vytvořený obdélník (obr. 8).

 

Obr. 8 – nakreslený obdélník

Tím je náčrt dokončen a můžeme jej ukončit. To provedeme obdobně jako při jeho vytvoření. Klikneme pravým tlačítkem na rovinu ve stromě a dále na položku Sketch (obr. 9).

 

Obr. 9 – dokončení náčrtu

Nastavení konečno-prvkové sítě

Ve stromě se již objevila nová součást (na obr. 9 ji lze vidět ve spodní části okna – part 1.). Jako další krok musíme nastavit parametry konečno-prvkové sítě a materiál. Některé základní informace o teorii můžete nalézt např. zde – informace platné pro Inventor jsou v tomto případě přenositelné.  

Jako element type pro první součást ve stromě zvolíme typ 2-D (obr. 10). Ten je pro naši úlohu téměř jediný vhodný. O ostatních bude řeč až u 3D úloh.

 

Obr. 10 – výběr typu elementu pro součást

Dalším krokem je nastavení definice elementu (obr. 11). Zde se určí základní vlastnosti

 

Obr. 11 – definice vlastností elementu

V tomto okně (obr. 12) zvolíme nastavení Plane Stress. Ostatní možnosti (Plane Strain a Axisymmetric) vysvětlíme v článku, který bude věnován jen této problematice. Nyní tedy ponecháme bez komentáře. Toto nastavení nám ovšem umožní zadat tloušťku součásti, takže v okně napravo nastavíme 10mm.

 

Obr. 12 – nastavení vlastností elementu

Nastavení materiálu

O řádek níže ve stromě provedeme volbu materiálu (obr. 13).

Obr. 13 – definice materiálu

V dialogovém okně lze najít ve výchozí instalaci pouze některé zahraniční normy. Nám se ovšem jedná hlavně o vlastnosti, které ovlivňují pevnostní analýzu (Modul pružnosti v tahu a poissonova konstanta). Lze tedy vybrat i podobný materiál, či si nadefinovat vlastní. Pro potřeby příkladu zvolíme materiál ASTM – A572, což je ekvivalent známé oceli 11 600. (obr. 14)

 

Obr. 14 – volba materiálu

Generování 2-D sítě

Pokud máme nastavenou síť, tak ji můžeme vygenerovat. To se provede pomocí kliknutí pravým tlačítkem na složku geometrie ve stromě (obr. 15).

 

Obr. 15 – generování sítě

V následujícím dialogovém okně nastavíme zejména hustotu. Tu lze nastavit relativně, (Mesh density) jako orientační počet elementů, který by byl vytvořen na ploše ohraničujícího obdélníku, či absolutně, (Mesh Size) jako specifická velikost elementu. Po klinutí na apply dojde k vygenerování a zobrazení sítě. Tento proces může chvíli trvat (v závislosti na nastavení a výkonu počítače).

 

Obr. 16 – definice hustoty sítě a generování

Výsledkem by měla být zobrazená rovnoměrná síť a podbarvená plocha definující součást. (obr. 17).

 

Obr. 17 – nakreslená a „vymeshovaná“ geometrie

V příštím článku se podíváme na další práci s tímto příkladem. Bude následovat zadání okrajových podmínek, výpočet a zobrazení výsledků.