Autodesk Simulation – 2D analýza – část 2.

Výsledkem minulého článku bylo vytvoření geometrie a konečno-prvkové sítě dle obr. 1. V tomto článku součást podrobíme zatížení, vyšetříme její maximální deformaci a výsledky ověříme analytickým výpočtem.

 

Obr. 1 – výsledek předchozího článku

 

Ukotvení – vazby

Jako první krok musíme provést výběr geometrie, která se bude vazbit. Máme zde několik možností, které ovšem vedou ke stejnému výsledku. Pravá strana modelu, kterou bychom chtěli vetknout, obsahuje jak plochu, tak i hranu a několik uzlových bodů sítě. Program umožňuje vybrat hranu, na kterou chceme zadat vazbu, nicméně si stejně poté vybere uzly sítě, které na ní leží a vazbu aplikuje na ně. Nic takového jako uchycení celé hrany totiž v MKP není možné. Vytvořením sítě jsme celou geometrii diskretizovali a nyní můžeme pracovat jen s uzlovými body sítě. Program sice umožní hranu vybrat, nicméně jak bylo uvedeno, tak je ideální a nejpřímočařejší pracovat přímo s uzly.

Simulation není tak automatický co se týče výběrů, jako například Inventor. Zde si uživatel musí zvolit, co se má vybírat při kliknutí na model. V MKP se totiž může překrývat v jednom umístění značné množství prvků a výběry jsou komplikovanější. Například v rohu obdélníku se již může překrývat rohový bod geometrie s rohovým bodem sítě. To jsou dvě různé entity, které je třeba odlišovat.

 

Obr. 2 – možnosti výběru

V rámci panelu nástrojů máme celou kartu (obr. 2), která se věnuje výběrům. (Ribbon -> Selection). Pro potřeby zadávání okrajových podmínek si nastavíme, že chceme vybírat pomocí obdélníkového výběru (Point or Rectangle v sekci Shape) uzly sítě (Vertices v sekci Select).

Pomocí obdélníku provedeme výběr tak, abychom označili pouze body ležící na pravé straně obdélníku (obr. 3).

 

Obr. 3 – označení uzlových bodů

Nyní můžeme vybraným bodům zadat nastavení stupňů volnosti – zavazbit. Vazbu lze přidat z kontextového menu – Add nodal general constraint (obr. 4).

 

Obr. 4 – vložení vazby

V okně přidání vazby (obr. 5) jsou k dispozici uživatelsky volitelné posuvy ve třech osách (Tx, Ty a Tz) a rotace (Rx, Ry a Rz). Zaškrtnutím pole dojde k uzamčení konkrétního stupně volnosti (někdy označeno jako DOF – degrees of freedom) pro vybrané uzlové body. V pravé části okna lze vidět předvolené „šablony“. Zde jsou nadefinovány využitelné kombinace zapnutých a vypnutých stupňů volnosti. Není to ovšem nic, co by nešlo navolit pomocí šesti boxů nalevo. Pokud chceme například součást vetknout (aktuální případ), tak musíme zakázat všechny stupně volnosti. V takovém případě si můžeme pomoci kliknutím na tlačítko Fixed a nemusíme volit manuálně všechny položky.

 

Obr. 5 – nastavení DOF uzlům sítě

Po potvrzení dialogu se vazby zobrazí značkami trojúhelníků u každého uzlu (obr. 6). Tyto značky potom lze zvolit a případně vazbu editovat (kontextové menu – edit).

 

Obr. 6 – zobrazení vytvořené vazby

 

Zatížení – síla

Jako výběr geometrie pro aplikaci zatížení využijeme hranu. Pokud bychom zatížení aplikovali na uzlové body, jako tomu bylo u vazby, tak by došlo k aplikaci zadaného zatížení na každý uzlový bod a ve výsledku podstatně většího výsledného zatížení. To lze kompenzovat zadáním menší síly (pokud máme např. sílu 100N na hranu, která obsahuje 10 uzlových bodů, tak každý uzel  zatížíme pouze 10ti Newtony), ale přepočet se jeví jako práce navíc. Zejména, pokud máme jednodušší variantu – zvolíme zadání síly jednoduše na hranu (edge) modelu. Pro výběr hrany musíme změnit nastavení výběru (dle obr. 7) na panelu nástrojů (Ribbon -> Selection -> Select -> Edges)

 

Obr. 7 – změna nastavení výběru na hrany

Vybereme pravou svislou hranu nosníku a pomocí kontextové nabídky zvolíme položku Edge Force aneb sílu na hranu (obr. 8). Díky tomu, že pracujeme s 2D geomterií, ovšem zadáváme sílu tak, že budec působit na čelní ploše součásti. V rámci definice sítě jsme totiž nastavili konkrétní „tloušťku“ součásti.

 

Obr. 8 – zadání síly na hranu

Definování směru a velikosti síly probíhá v zobrazeném dialogovém okně. Pokud chceme, aby síla v daném případě směřovala dolů, tak musíme dialog nastavit dle obrázku 9. Volíme velikost s ohledem na znaménko (čili směr) a osu souřadného systému. Ve specifických případech lze využít položku custom a definovat směr manuálně pomocí složek.

 

Obr. 9 – vložení síly do vybraných uzlových bodů sítě

Síla se zobrazí podobně jako vazba, jen značkou síly. Značka je ovšem také umístěna v každém bodě, do kterého je aplikována (obr. 10). V tomto případě „edge force“ na rozdíl od varianty „nodal force“ je síla definována také do všech bodů, ovšem součet dílčích sil v uzlových bodech odpovídá zadaným 100 newtonům. Pokud bychom počáteční výběr provedli obdobně jako v případě vazby, tak bude výsledná síla působící na plochu rovna 100N x počet uzlových bodů.

 

Obr. 10 – zobrazení síly v konkrétních uzlech sítě, které náleží vybrané hraně

 

Výpočet

Před spuštěním výpočtu doporučuji vždy simulaci uložit. Pokud totiž bude výpočet trvat neúměrně dlouho, tak v některých případech je jediná možnost úniku násilné ukončení aplikace. Po zadání výše zmíněných položek můžeme spustit výpočet (Ribbon -> Analysis -> Run Simulation) dle obr. 11.

 

Obr. 11 – spuštění výpočtu

 

Zobrazení výsledku – deformace

Po dokončení výpočtu (na běžném PC by měl zabrat maximálně několik sekund) se jako první výsledek zobrazí posunutí aneb deformace nosníku. Na obr. 12 podle škály na levé straně lze vyčíst, že maximální deformace (červená oblast) je zhruba 0.202 mm.

 

Obr. 12  první zobrazený výsledek vykresluje deformaci modelu

 

Ruční kontrola

Jelikož se jedná o první pokusný výsledek, tak je vhodné provést orientační analytický výpočet. Shrnutí parametrů zadaných v průběhu výpočtu a vzorce potřebné pro výpočet jsou uvedeny v obr. 13.

 

Obr. 13 – data potřebná pro ruční výpočet příkladu

Pokud dosadíme všechny parametry do vzorců, tak nám vyjde výsledný maximální průhyb nosníku 0.2 mm, což je v uspokojivé shodě s numerickým výpočtem pomocí MKP a lze tedy považovat výpčet za správný.

V příštím článku se podíváme na další možnosti zobrazování výsledků.