Patran руководство пользователя

Руководство пользователя по MSC/Patran

2004

1. Введение 5

1.1 Первое знакомство с MSC.Patran ………………………………………………………….. 6 Интерфейс задач …………………………………………………………………………………….. 6 Инструменты и Приложения …………………………………………………………………….. 6 Управление Данными ………………………………………………………………………………. 7 Связь с Другим Програмным Обеспечением……………………………………………… 7

1.2 Структура CAE проекта ………………………………………………………………………… 7 Создание конечно-элементной (КЭ) модели. ……………………………………………. 7 Анализ Модели с Учетом Внешних Нагрузок …………………………………………….. 8 Обработка Результатов Анализа ……………………………………………………………… 9 Последовательность Задач ……………………………………………………………………… 9

1.3 Пример. Линейный статический анализ кольцевой пластины. ………………… 9 Процедура Анализа ……………………………………………………………………………….. 12

2. Основы MSC.Patran 24 2.1. Запуск и выход из MSC.Patran ……………………………………………………………. 25 2.2. Краткий обзор MSC.Patran …………………………………………………………………. 25 2.3. Окно MSC.Patran……………………………………………………………………………….. 25 2.4. Как работать в MSC.Patran ………………………………………………………………… 26

3. Хранение и Использование Информации в Базе Данных 43

3.1 Создание Базы Данных ………………………………………………………………………. 44 3.2 Определение Параметров Модели ……………………………………………………… 44 Global Model Tolerance……………………………………………………………………………… 45 3.3 Импорт геометрических моделей из CAD систем. ………………………………… 46

4. Создание Геометрической Модели 48 4.1 Обзор Геометрии ……………………………………………………………………………….. 49 Опции Создания Геометрической Модели. ……………………………………………… 49 Создание Модели. …………………………………………………………………………………. 49

4.2 Основные Понятия и Определения ……………………………………………………… 50 Параметрическое Пространство и Connectivity ………………………………………… 50 Connectivity ……………………………………………………………………………………………. 50 Геометрические Примитивы …………………………………………………………………… 51 Конгруэнтность………………………………………………………………………………………. 56

4.3 Cоздание геометрии …………………………………………………………………………… 56 Actions…………………………………………………………………………………………………… 57 Objects ………………………………………………………………………………………………….. 57 Methods…………………………………………………………………………………………………. 58 Создание триммированных поверхностей……………………………………………….. 59 Создание твердых тел типа B-Rep………………………………………………………….. 59

4.4 Работа с импортированными CAD моделями ………………………………………. 60 Удаление лишних деталей……………………………………………………………………… 60 Добавление потерянных поверхностей …………………………………………………… 61 Восстановление незавершенных примитивов………………………………………….. 61

4.5 Проверка геометрии …………………………………………………………………………… 61 Обеспечение топологической конгруэнтности………………………………………….. 62 Обнаружение неконгруэнтностей ……………………………………………………………. 63 Исправление неконгруэнтностей …………………………………………………………….. 63 Избегание малых углов на поверхности ………………………………………………….. 64 Проверка и Выравнивание Нормалей Поверхностей ……………………………….. 64

Дополнительные требования………………………………………………………………….. 65 4.6 Пример расчета проушины …………………………………………………………………. 66

5. Создание Элементов и КЭ Сеток 77 5.1 Обзор Создания КЭ Сеток…………………………………………………………………… 78 Возможности Конечноэлемнтного Моделирования ………………………………….. 79

5.2 Основные Понятия и Определения ……………………………………………………… 79 Обзор Типов Конечных Элементов …………………………………………………………. 79 Создание КЭ Сеток………………………………………………………………………………… 80 Плотность КЭ Сетки ………………………………………………………………………………. 84 Смежные КЭ Сетки ………………………………………………………………………………… 85 Equivalencing …………………………………………………………………………………………. 86 Оптимизация …………………………………………………………………………………………. 88

5.3 Создание Конечноэлементной Модели ……………………………………………….. 89 Actions…………………………………………………………………………………………………… 89 Objects ………………………………………………………………………………………………….. 90 Types…………………………………………………………………………………………………….. 91 Примеры Форм и Подформ Приложения Finite Elements ………………………….. 91 Прямое Моделирование Конечных Элементов………………………………………… 94

5.4 Проверка Конечноэлементнонй Модели………………………………………………. 95 Проверка Формы Элементов ………………………………………………………………….. 95 Другие Проверки Элементов ………………………………………………………………….. 96 Создание Новой КЭ Сетки Модели …………………………………………………………. 96 Исправление Отдельных Элементов ………………………………………………………. 97 Проверка Значений Критериев Качества Элементов (tolerance) ……………….. 97

6. Создание Материалов 98 6.1 Обзор Материалов……………………………………………………………………………… 99 6.2 Основные Понятия и Определения ……………………………………………………… 99 Однородные Материалы………………………………………………………………………… 99 Композитные материалы ……………………………………………………………………….. 99 Природа Материалов …………………………………………………………………………… 100 Определение Свойств Материалов ………………………………………………………. 101

6.3 Создание Моделей Свойств Материалов …………………………………………… 101 Actions…………………………………………………………………………………………………. 102 Objects ………………………………………………………………………………………………… 102 Methods……………………………………………………………………………………………….. 103 Примеры Использования Приложения Materials…………………………………….. 103

6.4 Проверка Модели Материала ……………………………………………………………. 106 7. Моделирование Сил и Нагрузок 109

7.1 Обзор Сил и Нагрузок……………………………………………………………………….. 110 7.2 Основные Понятия и Определения ……………………………………………………. 111 Типы Анализа и LBC…………………………………………………………………………….. 111 Load Cases ………………………………………………………………………………………….. 112 Использование полей…………………………………………………………………………… 112

7.3 Наложение Нагрузок и Граничных Условий………………………………………… 113 Приложение LBCs………………………………………………………………………………… 113 Actions…………………………………………………………………………………………………. 113 Objects ………………………………………………………………………………………………… 114 Types…………………………………………………………………………………………………… 114

7.4 Задание случаев нагружения (Load Cases) ………………………………………… 117 Actions…………………………………………………………………………………………………. 118 Пример Формы Load Cases………………………………………………………………….. 118

7.5 Использование Полей ………………………………………………………………………. 119 Actions…………………………………………………………………………………………………. 120 Objects ………………………………………………………………………………………………… 120 Methods……………………………………………………………………………………………….. 120 Пример Формы Fields …………………………………………………………………………… 121

7.6 Проверка LBC Модели………………………………………………………………………. 122 7.7 Пример Кружки Кофе………………………………………………………………………… 125

8. Подготовка Модели к Анализу 135 8.1 Обзор Приложения Element Properties……………………………………………….. 136 8.2 Основные Понятия и Определения ……………………………………………………. 136 Типы Элементов ………………………………………………………………………………….. 136 Балочное Моделирование и Библиотека Балок в MSC.Nastran ………………. 137 Комбинации Элементов ……………………………………………………………………….. 137 Приложение наборов свойств элементов к модели………………………………… 138 Эффект от Изменения Кода и Типа Анализа …………………………………………. 138 Типы, Имена и Номера Свойств Элементов ………………………………………….. 138 Поля Свойств Элементов …………………………………………………………………….. 138

8.3 Создание Свойств Элементов …………………………………………………………… 139 Actions…………………………………………………………………………………………………. 139 Меню Dimension и Type ………………………………………………………………………… 140 Пример Формы Приложения Element Properties …………………………………….. 141

9. Проведение Анализа 143 9.1 Обзор Анализа …………………………………………………………………………………. 144 9.2 Основные Понятия и Определения ……………………………………………………. 144 Коды Анализа………………………………………………………………………………………. 144 Application Preferences………………………………………………………………………….. 145 Типы Решений(Solution Types)………………………………………………………………. 145 Результаты ………………………………………………………………………………………….. 145

9.3 Установка Параметров Анализа ………………………………………………………… 146 Actions…………………………………………………………………………………………………. 146 Objects ………………………………………………………………………………………………… 146 Methods……………………………………………………………………………………………….. 146 Пример формы приложения Analysis …………………………………………………….. 146

9.4 Проведение Анализа ………………………………………………………………………… 148 Управление Анализом ………………………………………………………………………….. 149

9.5 Получение Результатов Анализа ………………………………………………………. 149 Actions…………………………………………………………………………………………………. 150 Objects ………………………………………………………………………………………………… 150 Methods……………………………………………………………………………………………….. 150

9.6 Проверка Анализа…………………………………………………………………………….. 150 10. Визуализация Численных Результатов 152

10.1 Обзор Результатов …………………………………………………………………………. 152 Типы Результатов Анализа…………………………………………………………………… 153 Result Cases ………………………………………………………………………………………… 154 Графическое Отображение Результатов……………………………………………….. 154

10.3 Обработка Результатов…………………………………………………………………… 155 Actions…………………………………………………………………………………………………. 155 Objects ………………………………………………………………………………………………… 156 Опции Results………………………………………………………………………………………. 159

10.4 Инструменты приложения Insight …………………………………………………….. 160

Глава

1

Введение

• Первое знакомство с MSC.Patran

• Структура CAE Проекта

• Пример Кольцевой Пластины

1.1 Первое знакомство с MSC.Patran MSC.Patran позволяет контролировать все стадии CAE процесса. Это

интегрирующая различные пакеты анализа среда, обеспечивающая прямой доступ к геометрическим моделям из разных CAD систем. MSC.Patran объединяет в себе следующие возможности — созднаие или импорт геометрической модели, построение конечно-элементной сетки конструкции, построение конечно- элементной модели конструкции (выбор свойств материалов, граничных условий, нагрузок), а также Patran предоставляет обширный инструментарий для обработки результатов расчетов, проведенных в системах инженерного анализа (таких как MSC.Nastran, MSC.Marc и др.)

Основу патрана формируют пять групп объектов, представленных ниже на

схеме.

Open Architecture

Tools Applications

MSC.Patran

Project Database

Обширный набор инструментов для

создания КЭ моделей иобработки результатов.

База данных — это ваша рабочая среда; хранит информацию о

КЭ модели и об импортированных геометрических

моделях.

Набор модулей для выполнения специальных функций

Модули, обеспечивающие обмен данными с

другими программами.

Ваша панель управления для выполнения CAE задач

в главном меню MSC.Patran. При помощи

этой панели осуществляется открытие баз данных, обмен

данными с другими программами, использование инструментов и приложений.

Интерфейс задач CAE Task Interface — это то, что Вы видите на экране при работе с MSC.Patran.

Интерфейс включает в себя меню инструментов и приложений, формы ввода данных, иконки, показывающие статус выполнения операции и графические окна (viewports), в которых модель выводится на экран. Интерфейс дает доступ ко всем функциям и возможностям MSC.Patran.

Инструменты и Приложения

Tools и Applications — основные средства MSC.Patran. Tools (инструменты) помогают выполнять задачи внутри MSC.Patran. Существуют сотни инструментов по созданию модели, проведению анализа и обработке результатов анализа. Многие инструменты позволяют автоматизировать работу с многократно повторяющимися командами, выполнение которых вручную заняло бы много времени. Другие инструменты используются для отслеживания ошибок. Application modules (модули

приложений) выполняют большие задачи, часто вне MSC.Patran. Модули приложений используются для проведения конечно-элементного анализа.

Управление Данными

Важной особенностью внутренней структуры MSC.Patranявляется интегрированная система базы данных. В ней хранится вся информация по модели и анализу. Это означает, что вам всегда доступна полная информация о созданной модели таким образом, что можно проводить анализ отдельных частей модели, сравнивая получающиеся резудьтаты и меняя исходные условия.

Связь с Другим Програмным Обеспечением

Другой важной особенностью MSC.Patran явлается его открытая архитектура. Вы можете обмениваться информацией с разными источниками и программами, включая лидирующие CADсистемы, пакеты программ кончно-элементного анализа, специализированные моделирующие и графические программы, базы данных по материалам. Использование различных программ на разных стадиях CAE процесса позволяет пользоваться наиболее гибкими инструментами при решении задачи. Это особенно помогает увеличить производительность, так как модели созданные в других программах могут быть импортированы в MSC.Patran, при этом затраты времени на поправку данных бдут минимальны или совсем отсутствовать.

1.2 Структура CAE проекта Четкое представление о задачах CAE позволит вам более эффективно изучать

MSC.Patran.

Анализ КЭ моделиС учетом внешнего нагружения и граничных условий

CAEпроект

Задачи и MSC.Patran

Создание конечно-элементной (КЭ) модели. Этот этап обычно занимает больше всего времени. Модель должна точно

описывать форму и размеры изделия, материал, из которого оно создается, внешние нагрузки, которые изделие должно выдержать. Для этого предназначена основная часть инструментов в MSC.Patran.

Создание Геометрической Модели Изделия.

В MSC.Patarn есть набор инструментов для создания и редактирования геометрии. Используя эти инструменты, вы можете быстро создавать двух- и трехмерные объекты, поверхности и тела. Приложение Geometry имеет более сотни опций для создания основных геометрических объектов, а также большое количество функций по редактированию и проверке. MSC.Patran CAD интерфейс позволяет импортировать и редактировать данные CAD из большинства CAD программ.

Создание Конечно-элементной Сетки (Meshing)

После создания геометрической модели на нее накладывается конечно- элементная сетка. MSC.Patran обладает ведущими в CAE индустрии алгоритмами построения КЭ сеток для разбиения кривых, поверхностей и твердых тел. Также возможно редактирование уже созданной расчетной модели.

Моделирование материалов

В приложении MaterialsВы определяете материалы для анализа модели. Модель материала — это совокупность свойств, описывающих физические свойства данного материала (жесткость, плотность и т.д.). После задания свойств материала вы можете назначить их определенным частям модели.

Моделирование нагружения

В процессе КЭ анализа вычисляется реакция модели на внешнее нагружение с учетом закреплений, то есть в процессе моделирования учитываются определенные нагрузки и граничные условия (Loads and Boundary conditions). Нагрузки — это внешние силовые факторы, такие как сосредоточенная сила, давление, температура и др. Граничные условия описываются в терминах степеней свободы, т.е напрвлений, в которых модель может двигаться поступательно или вращательно.

Анализ Модели с Учетом Внешних Нагрузок

После создания модели, начинается стадия анализа. Для этого существуют

различные коды (решатели). Пользователь сам назначает, каким кодом будет проводиться анализ, исходя из характера самой задачи и желаемых результатов.

Выбор программы-решателя

Вначале каждого CAE проекта вы выбираете тот пакет программ, для которого будете создавать модель. По мере построения модели, MSC.Patran записывает информацию, используя формат выбранного кода. В любое время вы можете сменить решатель. При этом MSC.Patran попытается перевести все данные в новый формат (по мере возможности).

Адаптирование Модели для Выбранной программы-решателя

Создание модели подразумевает использование различных элементов и связанных с ними свойств. Выбор этих элементов должен основываться на указанном в самом начале проектирования решателе, размерах модели и

предположительных результатах анализа.

Запуск Конечноэлементного Анализа

Приложение Аnalysis связывает среду MSC.Patran с программами проведения анализа. Это могут быть программные комплексы MSC, другие доступные решатели или собственноручно разработанные коды. Приложение Analуsis дает возможность:

• Выбора типа анализа. Определения параметров решателя. Выбора последовательности вариантов нагружения. Выбора выходных данных. Отправления модели на анализ. Чтения файлов результатов.

Обработка Результатов Анализа Результаты, полученные на втором этапе проекта (после решения задачи),

обычно представлены в виде чисел, таких как значения перемещений в точке. Однако по ним трудно получить представление о поведении модели. Третий этап CAE проекта использует возможности MSC.Patranпо визуализации результатов компьютерной графикой, анимацией и т.д.

Визуализация Численных Результатов

В MSC.Patran имеется широкий спектр возможностей по отображению, сортировке, масштабированию результатов. Они загружаются прямо в базу данных MSC.Patran и могут быть отсортированы по времени, частоте, температуре и пространственному положению. Приложение Insightпредоставляет возможности 3D визуализации. Оно преобразует большое количество численных значений в графику и отображает на экране для полного и точного понимания результатов КЭ анализа.

Последовательность Задач

Стандартный CAE проект обычно следует представленной выше схеме. Однако следует отметить, что такая последовательность решения не является единственно возможной. В действительности, каждый проект уникален по своим требованиям, ресурсам, данным и исходным допущениям. Эти факторы определяют как задачи, так и последовательность их решения.

Внутри каждой стадии последовательность выполнения может измениться. Например, вы можете задать материал для модели сразу после создания геометрии, а можете сначала создать КЭ сетку. Это зависит от того, как Вы планируете определять материал: в соответствии с геометрией или поэлементно.

1.3 Пример. Линейный статический анализ кольцевой пластины.

Этот пример иллюстрирует возможности MSC.Patran в случае, когда трехмерный объект представляется в двумерном виде. Геометрия создается в MSC.Patran, решателем является MSC.Nastran, постпроцессором — MSC.Patran. Проводится линейный статический анализ. Цель анализа — определение максимума напряжений и деформаций.

Постановка Задачи

В центре пластины находится отверстие, она закреплена по внешнему контуру, приложена распределенная по окружности радиуса r нагрузка, как показано на рисунке 1. Геометрические размеры, нагрузки и свойства материалов описаны в таблице 1 .

a

w

b

rw

Вид Кольцевой Пластины

Размеры и Свойства Кольцевой Пластины

Внеш. радиус, a = 20 дюймов Внутр. радиус, b = 5 дюймов Рад. приложения нагрузки r =

10 дюймов

Нагрузка, W = 1.2 Модуль упруг. E = 10E6 psi Коэф. Пуассона n = 0.3 Толщина t = 0.125 дюймов

Описание Модели

Физически пластина — это объемное тело. Оно может быть смоделировано с помощью объемных конечных элементов и просчитано в рамках объемной теории упругости. Собственно говоря, мы могли бы создать модель из тысяч элементов для достижения максимальной точности решения. Если бы мы провели анализ и просмотрели результаты, то обнаружили бы, что перемещения линейно зависят от толщины, и что компоненты напряжений в направлении толщины малы по сравнению с компонентами в плоскости пластины.

Использование плоского представления вместо объемного ставит вопрос:

почему бы не использовать объемные элементы в этом примере? В конце концов, с возможностями MSC.Patran и MSC.Nastran по созданию и решению больших моделей незачем волноваться о всякого рода приближениях.

Ответ заключается в имеющихся ресурах. Используя плоское представление, можно получить достаточно точное решение с затратой значительно меньших ресурсов. Необходимость на практике быстрого решения задачи делает проблему уменьшения размерности задачи жизненно важной.

MSC.Patran КЭ модель Annular Plate

Теоретическое Решение

Теоретическое решение для этого случая представлено ниже. Максимальное напряжение на внутреннем ребре:

σb3W

2πmt2—————– 2a m 1+( )

a2 b2–————————- a

b—log m 1–( )+=

Где m=1/v, a W — приложенная нагрузка.

Максимальное перемещение:

ymax3W m2 1–( )

4πEm2t3——————————–

a2 b2–( ) 3m 1+( )m 1+( )

——————————————— 4a2b2 m 1+( )m 1–( ) a2 b2–( )

—————————————- ab—log

2+=

Схема Решения Задачи

Мы уже поставили задачу и определили пути создания модели для анализа. Теперь нужно выделить индивидуальные задачи моделирования и анализа, установить последовательность решения задачи и определить ключевые параметры.

Для начала создадим простой список. Его левая часть определяет критические

параметры проекта, а правя часть представляет собой их значения. От выбора этих значений зависит дальнейшее создание проекта.

• Цель решешения задачи

Получить деформации/напряжения Фон Мизеса (линейная статика)

• Что содержит база данных модели

Кольцевая пластина

• Тип решателя MSC.Nastran – Structural • Метод решения

Линейный статический

X

Y

Z

1.200

1.200

123

1231.200

1.200 123

123

1.200

1.200

123

123

1.2001.200

123

123

X

Y

Z

• Геометрия Создается в MSC.Patran • Генерация КЭ сетки

IsoMesh – четырехузловые элементы типа CQUAD4

• Нагрузки и граничные условия

Шарнирное опирание, удельная нагрузка

• Свойства материалов

Материал — алюминий, линейная модель изотропного материала

• Спецификация элементов

2D/Shell/Aluminum

• Анализ Линейный статический • Результаты Файл результатов/график деформаций/

представление напряжений в виде изоповерхностей.

Results

Analysis

Model Definition

Build 2

Create 3

Model 4

Define 6

Set Up Project1

Visualize 10

w Define Symmetryw Determine Desired Element

Topologyw Idealize Pinned Conditionw Create Loading Function

Create MSC/NASTRAN Input

7

Simulate Loads and BCs

5

MS

C.P

atra

n

Run the 8

Evaluate 9

MS

C.P

atra

n

MS

C.N

astr

an

Схема Решения Задачи

Процедура Анализа • Настройка Анализа

Geometr

Finite Elements

Material Propertie

Element Propertie

Loads and Boundary Conditions

Создание Новой Базы Данных 1) В главном меню MSC.Patran

выберите File >> New. Появится форма New Database.

2) Введите имя annular_plate в строке Filename.

3) Нажмите OK. 4) Появится форма New Model

Preferences. Эта форма позволяет Вам определить параметры анализа модели.

5) Выбор Параметров Анализа 6) Установите Tolerance на

Default. 7) Выберите MSC.Nastran из

подменю Analysis Code. Выберите Structural из

подменю Analysis Type и нажмите ОК.

Решатель Обработка результатов

Задание модели

• Создание Геометрии

Geometry

Material Properties

Element Properties

Loads and Boundary Conditions

Finite Elements

Кривые, описывающие радиус кольцевой пластины

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Создание Базы Кольцевой Пластины1) В главном меню MSC.Patran

нажмите на приложение Geometry.

2) В форме Geometry установите Action >> Create, Object >> Curve и Method >> XYZ.

3) В строку Vector Coordinate List введите <5,0,0>, а в Origin Coordinate List — [5,0,0]. Нажмите Apply.

4) Это создаст линию в Х-направлении длиной в 5 дюймов, начинающуюся из [5,0,0].

5) Измените Vector Coordinate List на <10,0,0> и Origin Coordinate List на [10,0,0]. Нажмите Apply. Это создаст Curve 2, представляющую радиус внешнего кольца.

оздание Поверхности Кольцевой Пластины

1) В форме Geometry смените Object с Curve на Surface и установите Method на Revolve.

2) В Sweep Parameters установите Total Angle на 90.0, а Offset Angle на 0.0. Нажмите на созданную ранее Curve 1 (или введите curve 1 в строке Curve List). Нажмите Apply.

3) Чтобы создать Surface 2, введите Curve 2 в строку Curve List и нажмите Apply.

4) То же самое повторите для Surface 1.2, 2.2, 3.2, 4.2, 6.2 и 5.2. Например, введите Surface 1.2 в строку Curve List и нажмите Apply.

Geometry

Material Properties

Element Properties

Loads and Boundary Conditions

Finite Elements

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Поверхность кольцевой пластины

• Создание Конечных Элементов

•

Создайие сетку Surface Mesh элементами Quad 4

1) В главном меню MSC.Patran нажмите на приложение Elements.

2) В форме Finite Element установите Action>>Create, Object >> Mesh, Type >> Surface. Эта комбинация создаст сетку на поверхности.

3) Установите значение Global Edge Length на 2. Это определит размер элементов. Затем отмените Automatic Calculation.

4) Выберите Quad4 из меню Topology. Это определит тип элемента, используемого для создания сетки на поверхности. Метод IsoMesh установлен автоматически.

5) Поместите курсор в строку Surface List и выберите все поверхности на экране (или введите Surface 1:8 и нажмите Apply).

Так как конечные элементы не связаны вдоль геометрических границ, их необходимо “сшить“.

6) Выравнивание КЭ Сетки 7) Наверху формы Finite Element

установите Action >> Equivalence, Object >> All, Method >> Tolerance Cube. Это выровняет узлы вдоль границ поверхностей.

Нажмите Apply.

Geometry Finite Elements

Material Properties

Element Properties

Loads and Boundary Conditions

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Моделирование Материалов

Создание Материала 1) В главном меню MSC.Patran

нажмите на приложение Materials.

2) Наверху формы Materials установите Action >> Create, Object >> Isotropic, Method >> Manual Input.

3) В строке Material Name введите “Aluminum.”

4) Нажмите на кнопку Input Properties.

Определение Свойств Материала Аллюминия

5) В форме Input Options введите 10e6 в строке Elastic Modulus.

6) В строке Poisson’s Ratio введите 0.3.

7) Нажмите OK для закрытия Input Option формы, а затем нажмите Apply в форме Materials

Geometry

Finite Elements Material

PropertiesElement

Properties

Loads and Boundary Conditions

Решатель Обработка результатов

Задание модели

• Определение Свойств Элементов

Создание Свойства 1) В главном меню MSC.Patran

нажмите на приложение Properties.

2) В форме Element Properties установите Action >> Create, Object >> 2D, Type >> Shell.

3) В строке Property Set Name введите prop_1.

4) Нажмите на кнопку Input Properties.

5) В форме Input Properties наведитесь на строку Material Name и выберите Aluminum из перечня Material Property Set.

6) Установите значение thickness на 0.125 дюймов и нажмите OK.

7) В форме Element Properties поместите курсор в поле Select Members и выделите все поверхности на экране (или введите Surface 1:8).

Нажмите Add и Apply в форме Properties.

Geometry

Finite Elements

Material Properties

Element Properties

Loads and Boundary Conditions

Решатель Обработка результатов

Задание модели

• Моделирование Нагрузок и Граничных Условий (LBC)

Создание Распределенной Нагрузки1) В главном меню MSC.Patran нажмите на

приложение Loads/BCs. 2) В форме Loads/BCs установите Action >>

Create, Object >> Distributed Load, Type >> Element Uniform.

3) В строке New Set Name введите annular_load.

4) Нажмите на кнопку Input Data. 5) В форе Input Data введите < , ,-1.2> для

Edge Distr Load, а поле Edge Distr Moment оставьте пустым. Нажмите OK.

6) Нажмите на кнопку Select Application Region.

7) В форме Select Application Region под Geometry Filter нажмите на Geometry.

Поместите курсор в поле Select Surface Edges. Курсором выберите с экрана 4 внутренних ребра поверхности. Нажимайте Add после каждого выбора, затем нажмите OK.

9) Surface 7.1 1:5:2.3 должно появиться в поле Application Region.

10) Нажмите Apply в приложении Loads/Boundary Conditions.

Geometry

Finite Elements

Material Properties

Element Properties

Loads and Boundary Conditions

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Surface 1.3

Surface 5.3 Surface 7.3

Surface 3.3

Создание Условий Закрепления (Перемещений)1) В главном меню MSC.Patran нажмите на

приложение Loads/BCs. 2) В форме Materials установите Action >>

Create, Object >> Displacement, Type >> Nodal.

3) В строке New Set Name введите pinned. 4) Нажмите на кнопку Input Data. 5) В форме Input Data введите <0,0,0> для

Translations, а поле Rotations оставьте пустым. Нажмите OK.

6) Нажмите на кнопку Select Application Region.

7) Под Geometry Filter нажмите на Geometry. В Select menu нажмите на Edge option. 9) Поместите курсор в поле Select Geometric

Entities. Курсором выделите на экране 4 внешних ребра поверхности. Нажимайте Add после каждого выбора, затем нажмите OK. Должны выбраться ребра Surface 2:6:2.3 7.3.

10) Нaжмите Apply в Loads/Boundary Conditions.

11) Включите вид Iso3.

Geometry

Finite Elements

Material Properties

Element Properties

Loads and Boundary Conditions

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Surface 6.3

Surface 4.3

Surface 7.3

Surface 2.3

• Генерация входного файла MSC.Nastran

Создание входного файла MSC.Nastran.

1) В главном меню MSC.Patran нажмите на приложение Analysis.

2) Наверху формы Analysis установите Action >> Analyze, Object >> Entire Model, Method >> Analysis Deck.

3) Нажмите на кнопку Solution Type.4) В форме Solution Type выберите

Linear Static. Нажмите OK. 5) Нажмите Apply в форме Analysis.

Запустите MSC.Nastran с Терминала 6) Кликните на рабочем столе

иконку MSC.Nastran. 7) В ответ на запрос введите имя

файла annular_plate.bdf. Далее Nastran представит вам

командную строку для ввода команд. Введите “scr=yes“ и жмите ok.

9) Анализ займет несколько секунд в зависимости от мощности компьютера.

Запуск анализа

Загрузка результатов анализа

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Создание входного файла

• Результаты Анализа

Передача Результатов в MSC.Patran для обработки результатов.

1) В главном меню MSC.Patran нажмите на приложение Analysis.

2) На верху формы Analysis установите Action >> Attach XDB, Object >> Result Entities, Method >> Local.

3) Нажмите на кнопку Select Results File.

4) В форме Select File выберите annular_plate.xdb. Нажмите OK.

5) Нажмите Apply в форме Analysis.

Создание входного файла

Запуск анализа

Загрузка результатов анализа

Решатель Обработка результатов

Задание модели

• Обработка Результатов

Отображение результатов с помощью заливки и деформации модели

1) В главном меню MSC.Patran нажмите на приложение Results.

2) На верху формы Result установите Action >> Create, Object >> Quick Plot.

3) Нажмите на иконку Select Results наверху формы.

4) В поле Select Fringe Result выберите Stress Tensor.

5) в поле Select Deformation Result выберите Displacement, Translational.

6) Нажмите Apply

Создание заливки

Отображение результатов в виде деформации модели

Решатель Обработка результатов

Задание модели

По этому списку составим блок-схему выполнения данного примера.

Глава

2

Основы MSC.Patran

• Запуск и выход из MSC.Patran

• Краткий обзор MSC.Patran

• Как работать в MSC.Patran

• Использование системы помощи (Help)

2.1. Запуск и выход из MSC.Patran Чтобы зпустить MSC.Patran:

• Для работы вам понадобится компьютер с установленным MSC.Patran и настроенной лицензией

• Запустите MSC.Patran,выбрав Start/Programs/Msc/MSC.Patran vx.x (или чаще — можно кликнуть на иконку патрана на рабочем столе). Окно MSC.Patran появится на верху экрана.

Чтобы выйти из MSC.Patran

• В меню File MSC.Patran выберите Quit. MSC.Patran при выходе автоматически сохраняет все изменения, внесенные в базу данных. При любых ошибках загрузки или открытия окна MSC.Patran обратитесь к

системному администратору или к руководству по установке MSC.Patran (MSC.Pat-ran Installation and Operations Guide, оно доступно по адресу www.mscsoftware.com Support, Training, Documentation.)

2.2. Краткий обзор MSC.Patran Основной элемент пользовательского интерфейса MSC.Patran — это

графическое окно. При старте оно автоматически открывается и не содержит никакой информации о модеи (пустое). Выше и ниже этого окна расположены строка меню, панель инструментов, кнопки приложений, командная строка и строка истории сообщений (history). Справа от графического окна располагаются формы приложений, используемые в процессе создании модели.

2.3. Окно MSC.Patran Строка меню, панель инструментов и кнопки приложений, показанные ниже,

образуют главную панель управления. Работа с ними осуществляется при помощи ниспадающих меню, нажимаемых кнопок и всевозможных иконок. Также они показывают, что именно MSC.Patran делает сейчас и, в случае прерывания операции, сообщают о причинах.

Кнопки приложений Выводит формы создания модели, запускает анализ и обрабатывет результаты.

Командная строка Здесь можно вводить PCL команды с клавиатуры

История (History) Содержит запись всех команд, выполненных в сессии MSC.Patran.

Иконки инструментовДоступ к часто используемым функциям MSC.Patran.

Строка меню Упраляет системными задачами, как выбор кода анализа, работа с графикой и т.д.

Формы приложений Различные формы для ввода данных

2.4. Как работать в MSC.Patran Этот параграф содержит основную информацию по работе с MSC.Patran.

• Работа с графическими окнами • Строка Меню • Кнопки и формы приложений • Системные иконки • Иконки панели инструментов • Командная строка и строка истории • Подбор и Выбор

Цель этого параграфа — помочь вам быстрее начать использовать MSC.Patran. За более детальной информацией обращайтесь к MSC.Patran Reference Manual.

Работа с графическими окнами

В графическом окне отображается вся модель или какая-то ее часть. При создании базы данных появляется постое окно, такое, как показано ниже.

В верхней части окна отображается имя базы данных (в данном случае

test.db), имя графичсекого окна (default_viewport), имя текущей группы (default_group) и режим отображения модели (Entity). Система координат в нижнем левом углу отображает ориентацию глобальных осей координат. Крестик (+) расположен в ее начале (точка с координатами {0 0 0}).

Графические окна в MSC.Patran можно передвигать и изменять их размер.

Чтобы передвинуть графическое окно • Поместите курсор на заглавную строку окна. • Нажмите кнопку мышки и переместите окно на новое положение.

Чтобы изменить размер графического окна • Поместите курсор на границу или в угол окна. • После появления двухсторонней стрелочки нажмите на мышку и измените

размер окна до желаемого размера. В MSC.Patran нет ограничений на количество создаваемых графических окон.

Множественность окон позволяет одновременно выводить различные виды модели, части модели, и результаты анализа.

Чтобы создать новое графическое окно

• В строке меню выберите форму Viewport/Create. В окне MSC.Patran появится форма Viewport Create.

• Введите имя нового окна в строке New Viewport Name и нажмите Apply. Исходное окно является окном по умолчанию, и каждое вновь создаваемое окно появляется в перечне Existing Viewports.

Строка Меню

Строка меню расположена прямо под заглавной строкой MSC.Patran. каждая часть меню содержит ниспадающее подменю с дополнительными командами.

Вид строки меню представлен ниже.

w File При вызове MSC.Patran доступным является только менгю File; остальные

меню становятся активными только после открытия базы данных. Меню File отвечает за работу с различными файлами MSC.Patran, управляет файлами базы данных, импортирует и экспортирует файлы,создает копии файлов, осуществляет выход из сессии и т.д.

w Group

Меню Group содержит опции по объединению геометрических (точки, кривые, поверхности, тела) и конечноэлементных (узлы, элементы, MPC) примитивов модели в группы. Затем содержимое этих групп можно домоделировать и обрабатывать. Например,можно объединить в одну группу конечные элементы из различных материалов. Или в целях просмотра результатов можно создать отдельные группы для отображения полей температур и напряжений в одной модели одновременно.

w Viewport

Графические окна используются для вывода частей модели или всей модели целиком. Каждое окно предоставляет свой независимый вид стационароной модели, который определяют заданный набор параметров.

Меню Viewport используется для создани , редактирования, перемещения и организации графических окон.

О том, как перемещать, изменять размер или сосздавать графические окна см. работа с графическими окнами (выше).

w Viewing

Меню Viewing содержит опции по управлению размером и ориентацией модели в графическом окне. Модель можно вращать, изменять ее размер, положение, тип проекции, менять масштабные множители и режущие плоскости (clipping planes). Также по желаию можно менять плоскость обзора, позицию

наблюдателя, центр окна и фокальную точку. Изменение вида никак не отражается на самой модели.

Изменение размера и позиции с помощью строки инструментов

Часто используемые изменения вида вынесены в качестве набора иконок в строку инструментов. За дополнительной информацией по использованию строки инструментов см.Функции изменения вида (стр. 17).

По мере построения модели MSC.Patran автоматически изменяет размер графического окна при добавлении примитива, выходящего за пределы текущего поля обзора. Окно изменяется так, чтобы в него попадали все примтивы текущей группы. Дополнительно о меню VIEWING

Еще о вращениях вида модели

Вращать модель можно двумя способами: вокруг глобальных осей модели или вокруг осей экрана. Вращение может быть абсолютным (absolute) и относительным (relative),как показано в следующей таблице:

Model Absolute Вращение вокруг глобальной оси, отоностительно начала координат.

Model Relative Вращение вокруг глобальной оси, отоностительно начала координат.

Screen Absolute Вращение вокруг экранной оси, отоностительно начала координат.

Screen Relative Вращение вокруг глобальной оси, отоностительно начала координат.

Дополнительно о меню Display

По мере построения модели база данных постепенно переполняется геометрическими и конечноэлементными примитивами. Меню Display помогает организовать их удобное взаимное отображение на экране. В нем определяется, какие примитивы Вы хотите вывести на экран и как Вы хотите их вывести. Меню Display также содержит дополнительные визуализационные средства, такие как отрисовка и стерание примитивов, подсветка и отображение меток.

Средства меню Display никак не влияют на основыне операции MSC.Patran. Они просто повышают степень удобства отображения модели.

Дополнительно о меню Preferences

В меню Preferences устанавливаются параметры, управляющие процессом построения модели. В нем определяются глобальные параметры, значение которых может быть изменено вотдельных приложениях. Например, при проведении операции выравнивания можно установить локальное значение параметра Global model tolerance. Однако вне данного приложение будет использоваться глобальное значение параметра.

Поменять preference можно только внутри формы Preferences.

Дополнительно о меню Tools

Меню Tools выполняет операции, на которые у Вас есть лицензия (сюда не включается операции выхода из MSC.Patran). Здесь также содержатся новые добавленные средства MSC.Patran, которые используются по дополнительной цене. Если на какой-то модуль приложения нет лицензии, то соответствующая опция в меню Tools будет затемнена; это означает, что ее нельзя выбрать.

Использование списков

Опция List оперирует со списками: • Вы можете, например, создать список примитивов, в который входят все нулевые узлы.

Для создания списков можно комбинировать уже имеющиеся; например,со всеми узлами, равными определенному значению и со всеми элементами, связанными с этим значением.

Над списками можно производить булевские операции. w Help

В меню Help можно получить детальную он-лайновую документацию по всем средствам и инструментам MSC.Patran. Также в нем содержится описание функциональных клавиш,функций мышки и т.д.

Кнопки и формы приложений

В MSC.Patran существует несколько приложений, предназначенных для определенных задач. Расположение радио кнопок организовано так, чтобы в процессе проведения стандартного КЭ анализа по ним можно было бы двигаться слева направо. Однако все приложения доступны в любое время после открытия базы данных.

Ниже приведено короткое описание всех приложений MSC.Patran

Приложение Функции Geometry Создает и редактирует геометрические модели.

FEM Устанавливает форму конечных элементов и создает КЭ сетку.

LBCs Накладывает нагрузки и граничные условия.

Materials Определяет свойства материала модели.

Properties Накладывает свойства элементов на примитивы модели.

Load Cases

Определяет варианты нагружений.

Fields Задает переменные поля величин.

Analysis Устанавливает параметрв анализа, передает на анализ и считывает

файлы результатов.

Results Визуализирует полученные результаты анализа.

Insight Обеспечивает расширенные возможности визуализации.

XY Plot

Строит XY графики результатов.

.

Формы приложений

При нажатии клавиши приложения появляется форма приложения. Большая часть построения модели опирается на работу с формами приложений. Большинство из них содержат дополнительные подформы, как, например, форма Materials и ее подформа Input Options, показанная ниже.

Это форма приложения Material. Большинство из них строится по схеме Action, Object.

Эта подформа появляется при нажатии клавиши Input Properties… в приложении Materials.

В текущий момент может быть выбрано только одно приложение. Как только

Вы вызываете второе приложение, оно появляется на экране, а первая форма закрывается. Кнопки, расположенные внизу текущей формы, позволяют переключаться между формами, открытыми ранее. Чтобы закрыть приложение, нужно нажать на его радио кнопку.

Строка инструментов

Строка инструментов — это набор часто используемых функций, представленных в виде иконок. Они группируются по своему назначению. Моползователь сам может как добавлять новые функции, так и удалять уже имеющиеся.

Системные команды

Режимы работы мыши

Отображение (Viewing)

Отрисовка (Display)

Команды отображения (Viewing)

Команды отрисовки (Display)

Местоположение иконок можно менять. Просто нажмите кнопку мышки и

перетащите выбранный набор на новую позицию.

System Functions

Девять перечисленных ниже иконок являются системными иконками. При

начале работы работающими являются только две из них: File New и File Open. После открытия базы данных все иконки становятся активными.

File New

File Open

File Save

Print Copy to Clipboard

Undo Abort Reset Graphic

Refresh Graphics

Иконка Функция File New Открывает форму New Database. File Open Открывает форму Open Database, в которой можно выбирать уже

существующие базы данных . File Save Сохраняет все изменения, сделанные в базе данных. Print Печатает содержимое графического окна. Можно распечатать одно окно,

а можно сразу несколько.

Copy to Clipboard

Копирует содержимое текущего графического окна в буфер.

Undo Кнопки -Apply- и -OK- выполняют действия добавления, удаления или изменения примитивов в баже данных. Чтобы отменить последнюю операцию, вызванную клавишей -Apply- или -OK-, нажмите на иконку, изображающую перевернутую стрелку. После этого обновляется графическое отображение, все примитивы, удаленные на предыдущем шаге, восстанавливаются, все добавленные примитивы стираются, а измененные возвращаются к предыдущему состоянию.

Abort Бывает, что нужно прервать проводимую операцию до ее завершения. Для этого нужно нажать на иконку с изображением поднятой руки. Если в этот момент значок heartbeat вращается, MSC.Patran выведет

вопросительную форму, спрашивающую “Do you want to abandon the operation in progress?” (Вы хотите прервать опреацию?) Этот вопрос требует ответа да или нет.

Reset Graphics Удаляет все заливки и маркерные графики, все заливки и графики деформированных форм. Перерисовывает содержимое окна в режиме wireframe. При работе в режиме entity эта операция действует на все выведенные графические окна, при работе в режиме group — только на текущее окно.

Refresh Graphics

Обновляет все графические окна.

Mouse Functions

Иконки, показанные ниже, определяют способ, которым нажатие средней кнопки мышки изменяет вид модели.

Mouse Rotate XY

Mouse

Rotate Z

Mouse Translate

Mouse Zoom

Icon Function Mouse Rotate XY Средняя кнопка мышки управляет вращением вокруг осей X и Y.

Mouse Rotate Z Средняя кнопка мышки управляет вращением вокруг оси Z. Mouse Translate XY

Средняя кнопка мышки управляет переносом вдоль осей X и Y.

Mouse Zoom Средняя кнопка мышки приближает и удаляет модель.

Viewing Functions

Меню Viewing содержит опции по управлению видом модели в графическом окне. Некоторые из них вынесены в виде иконок в строку инструментов.

View Corners

Fit View

View Center

Model Cente

Zoom Out

Zoom In

Rotation Center

Иконка Функция View Corners Прибилжает часть модели, обведенную куросором. Fit View Изменяет размер вида так, чтобы все примитивы помещались в

графическое окно.

View Center Перемещает вид модели, сдвигая центр графического окна в указанное

курсором положение.

Rotation Center Определяет центр вращения модели, точку, узел или позицию на экране.

Model Center Устанавливает центр вращения ы центре отображенных примитивов.

Zoom Out Каждый раз удаляет модель в два раза. Zoom In Каждый раз приближает модель в два раза.

Следующий набор иконок определяет ориентацию модели в графическом

окне. Они позволяют рассматривать модель под различными углами. По умолчанию установлен вид front.

Front Rear Top Bottom Left Side

Right Side

Iso1 Iso2 Iso3 Iso4

Icon Function Front X = 0, Y = 0, Z = 0 Rear X = -180, Y = 0, Z = -180 Top X = 90, Y = 0, Z = 0 Bottom X = -90, Y = 0, Z = 0 Left Side X = 0, Y = 90, Z = 0 Right Side X = 0, Y = -90, Z = 0 Iso1 X = 23, Y = -34, Z = 0 Iso2 X = 23, Y = 56, Z = 0 Iso3 X = -67, Y = 0, Z = -34 Iso4 X = -157, Y = 34, Z= 180

Display Functions

Эти два набора иконок управляют способами отображения модели в графическом окне.

Wire Frame

Hidden Line

Smooth Shaded

Show label

Hide label

Иконка Функция Wire Frame Отображает модель в стиле wireframe. Hidden Line Отображает модель в стиле hidden line. Smooth Shaded Отображает модель в стиле smooth shaded. Show Labels Выводит все метки примитивов. Hide Labels Стирает все метки примитивов.

Label Control

Point Size

Node Size

Display Lines

Plot/Erase

Иконка Функция Plot/Erase Выводит форму Plot/Erase. Label Control Выводит форму, управляющую отображением меток выбранных

примитивов. Point Size Переключает размер отображения точки с одного на девятьпикселей и

обратно. Node Size Переключает размер отображения узла с одного на девятьпикселей и

обратно. Display Lines Изменяет количество визуализационных линий с нуля до двух и

обратно.

Home

При нажатии иконки Home в Вашем установленном по умолчанию браузере вызывается страница MSC Software.

Heartbeat

Иконка Heartbeat сигнализирует о том, занят ли MSC.Patran или ожидает Ваших действий. Остановившийся глобус означает, что MSC.Patran ждет Ваших дейчтвий. Вращающийся глобус с синей границей означает, что MSC.Patran занят, но его можно прервать. Красная граница означает, что MSC.Patran занят и его нельзя прервать.

Командная строка и область History

Командная строка и область истории расположены внизу окна MSC.Patran. В командной строке можно вручную вводить команды. В строке history записываются все выполненные команды, а также ошибки изображения и информативные сообщения. Размер окна History можно менять, квеличивая или уменьшая количство видимых строк.

Подборка и выборка (Picking and Selecting)

Часто при работе с приложениями слева от формы появляется меню иконок. С помощью этого select меню необходимые объекты можно выбирать прямо с экрана, не вводя их номера в самой форме. Выбрав один из Picking Filters из Select

меню, Вы определяете тип объектов, которые можно подобрать с экрана. Подборка и выборка с экрана может оказаться довольно трудной задачей.

Этото параграф содержит основную информацию по использованию select меню. • Типы Select меню. Многоуровневость Select меню. Вид меню. Подборка примитивов с экрана. Операции подборки.

w Select меню В MSC.Patran более 25 различных select меню. Оно зависит от приложения, с

которым Вы работаете. Например, при создании новой точки в геометрической модели появляется Point Select меню. Если же Вам необходимо выбрать конечный элемент из созданной сетки, то на экране появится Element Select меню.

Каждое Select меню — это набор иконок. При помещении курсора на иконку радом появляется ее имя. Первые четыре иконки являются общими для всех Select меню и управляют основными возможностями подборки. Остальные иконки меняются в зависимости от активного select меню.

Приер Point Select меню представлен ниже.

Go To Root

Any Point

Node точкана кривой

Пересечение точки с поверхностью

Видимые Объекты

Выбор Многоугольником

Переход В предыдущее меню

Point пересечение кривых

Любаявершина

Точка на поверхности

Указать на экране

Меню выбора точки

Иконка Функция Toggle Visible Entities Only Selection

Определяет, выбирать только видимые объекты или скрытые тоже.

Polygon Pick Выбирает все объекты, лежащие в полигонной области. Go to Root Menu Возвращает к исходному Select меню. Go to Previous Menu Возвращает к предыдцщему Select меню. Any Point Выбирает точку, связанную с геометрическим или

конечноэлементым объектом. Point Выбирает точку. Node Выбирает узел. Curve Intersect Выбирает точку пересечения двух кривых. Point on Curve Выбирает точку на кривой, ближаюшую к точке вне кривой. Any Vertex Выбирает верщину кривой, поверхности или тела. Pierce Выбирает точку пересечения кривой и поверхности. Point on Surface Выбирает положение на поверхности. Screen Position Выбирает X-Y точку экрана.

w Много уровневые select меню

При выборе некоторых иконок появляются select меню второго, а иногда и третьего уровня. Меню каждого следующего уровня автоматически замещает меню

предыдущего. Активной может быть только одна иконка. По мере переключения между иконками меняется метод подборки объектов с экрана.

Две иконки вверху каждого меню предназначены для передвижения между

иерархическими уровнями.

Для передвижения по уровням меню • Нажмите на иконку Go to Previous Menu для возвращения в предыдущее Select меню.

• Нажмите на иконку Go to Root Menu для возвращения в исходное Select меню.

• Вид Select меню

По умолчанию select меню представляет из себя набор вертикально расположенных иконок, находящихся в области используемой формы. Но, как и строку инструментов, select меню можно перемащать в любую позицию. Его можно поместить на левую сторону окна,в нижнюю часть окна или в строку инструментов. Любые сделанные изменения в положении select меню запоминаются в базе данных.

Чтобы переместить select меню

• Поместите курсор на select меню

• Нажмите левую кнопку мышки и перетащите меню на новую позицию. Select меню можно поместить в любое место в графическом окне.

Чтобы закрепить select в другом положении

• Чтобы оставить меню в виде вертикального набора иконок, перетащите его на левую сторону окна и отпустите.

• Чтобы меню выглядело в виде горизонтального набора иконок, перетащите его в строку инструментов, в командную строку или в область history.

Выбор примитивов с экрана

Существует два основных метода подборки примитивов с экрана. Можно обвести границу вокруг примитива, а можно точно указать на него.

Обведение примитва границей

Для выбора любого количества объектов с экрана можно пользоваться методом обведения границы. Это особенно удобно при необходимости выбрать большое количество примитивов за раз.

В select меню есть два типа границ, которые можно использовать для обведения объектов: прямоугольная и полигонная границы. По умолчанию используется прямоугольная. Полигонный метод предоставляет больше возможностей по определению формы границы.

Чтобы обвести объект • Для использования полигонной границы нажмите на иконку polygon, расположенную

в select меню.

Сначала поместите курсор в необходимую строку в форме и нажите мышку. Затем переместите курсор в графическое окно. Нажмите на мышку — это определит первую вершину полигона. Теперь можно передвигать курсор столько раз, сколько необходимо для определения формы полигона.

• При использовании прямоугольной границы нажмите сначала на строку данных в форме и затем переведите курсор в окно. Нажмите на мышку и перетащите кеурсор для определения прямоугольной границы.

Что будет, если объект частично лежит внутри, а частично вне проведенной

границы? Это зависит от установленных настроек. В меню preferences/picking определяется условие подборки объекта: должен ли он быть полностью включен, частично включен в границу или же необходимо, чтобы в область границы попал его центр. По этим установкам MSC.Patran определяет, включать объект, лежащий на границе, в число выбранных или нет.

Выбор отдельных примитивов

В каждом select меню есть несколько иконок, управляющих подборкой отдельных примитивов с экрана. Эти средства бывают полезныч при выборе одного или двух объектов, или когда объекты расположены так, что их затруднительно обвести границей. Каждому приложению в этом случае соответствуют свои иконки. Чтобы выбрать объект

• По умолчанию используется иконка Any. С ее помощью можно выбирать любой

объект, соответствующий данному приложению. Для выбора объекта нажмите на строку данных в форме приложения, затем

поместите стрелку курсора на желаемый объект и нажмите на него. • Для большей гибкости при выборке объектов можно использовать другие иконки

select меню.

• Изменение опреации подборки

С помощью select меню можно добавлять примтив в форму, замещать примитив или удалять уже выбранный примитив из формы. При первом появлении select меню оно находится в режиме замещения. Любой вновь выбранный примитив замещает уже записанный в строке данных, если такой имеется. Данный режим можно изменить на режим добавления или удаления.

Чтобы изменить операцию подборки 1 В строке меню MSC.Patran выберите

Preferences/Picking. Форма меню Picking Preferences появится в окне.

2 Нажмите на строчку Show Picking Icons.

Это заставит MSC.Patran добавить в select меню набор иконок операций выбора. Появится сообщение о том, что для того, чтобы это изменение вступило в силу, необходимо перезапустить MSC.Patran.

3 Выйдите и перезапустите MSC.Patran. 4 Вернитесь к приложению с select меню

Теперь должны появится три дополнительных иконки. Они будут присутствовать во всех select меню, пока Вы не отмените эту установку в форме Picking Preferences.

Add Remove Replace

5 Для изменения режима подборки нажмите на одну из этих иконок.

Подборка объектов может быть весьма сложной задачей. В этом параграфе

описаны лишь основные доступные средства. За дополнительной информацией по select меню, подборке с экрана и иконкам, реализующим выборку, обращайтесь к MSC.Patran Reference Manual, Volume 1, Part I Introduction to MSC.Patran, Chapter 3 Interactive Screen Picking. Использование системы Help

Система Help существует для того, чтобы Вам в использовании средств и инструментов MSC.Patran. В ней содержится детальная информация по темам, описанным в данной руководстве. Также в сисете Help содержится описание каждой формы, подформы, опции, каждого параметра модели.

Помимо простого описания средств и инструментов работы Help аоказывает, как их использовать для проведения анализа. Также в системе находится информация по кодам анализа, типам элементов, CAD системам, пересекающимся с MSC.Patran, и т.д.

Открыть Help при запущенном MSC.Patran можно двумя способами.

• В меню Help выберите Document Library.

Откроется библиотека документов, устроенная, как обычная библиотека. Она разделена на отдельные секции. Каждая секция состоит из нескольких книг. При нажатии на книгу появляется ее оглавление. Нажав на нужный заголовок Вы аолучите интересующую Вас информацию.

• Нажмите клавишу F1. Если при работе с формами у Вас возникают какие-то вопросы, нажимайте на клавишу F1. После этого Help автоматически выведет информацию по данной конкретной форме. Затем, передвигаясь по библиотеке, можно получить любую другую информацию.

MSC.Patran User’s Guide

Глава

3

Хранение и Использование Информации в Базе Данных

• Создание базы данных • Определение параметров модели • Импорт CAD моделей

3.1 Создание Базы Данных После запуска MSC.Patranвам надо создать новую базу данных или открыть

уже существующую. Если база данных проекта уже существует, откройте ее, выбрав File/Open из главного меню, и дважды нажмите на имя базы данных. Если базы не существует, создайте новую следующим образом. Чтобы создать новую базу данных 1 Зайдите в File/New в главном меню.

File/New откроет форму New Database, показанную ниже . 2 Задайте имя новой базы данных.

Если Вы попытаетесь задать уже существующее имя, то вас спросят, хотите ли Вы перезаписать старую базу данных и создать новую.

3 Выберите директорию, в которую запишется база данных После нажатия OK должно появиться ваше рабочее окно.

.

Look in: показывает директории, в которые Вы можете поместить новые базы данных.

В Database введите имя базы данных. MSC.Patran автоматически добавит расширение .db.

3.2 Определение Параметров Модели Важно выбрать Analуsis Code, Analуsys Type и Global Model Tolerance перед

началом создания модели. Выбор Analуsys code и Type влияет на материалы, на формы и опции управления типами и свойствами элементов. Создание модели сильно зависит от значения Global Model Tolerance. Эти три параметра вы можете определить в форме New Model Preferences.

Analysis Code и Analysis Type

Форма New Model Preferences автоматически появляется после формы New Database. (Если Вы не видите этой формы на экране,то убедитесь, что в форме New Database кнопка Modify Preferences установлена на ON).

Чтобы определить Analisys Code и Analisys Type • Выберите код анализа из подменю Analisys Code

Вы должны увидеть перечень доступных кодов анализа • Используйте подменю Analisys Type для определения типа анализа.

Вы можете выбрать structural, thermal или fluid dynamicsанализ. Он должен соответствовать возможностям выбранного кода анализа.

Global Model Tolerance Global Model Tolerance определяет минимальное расстояние между

отдельными точками, кривыми, поверхностями и телами. Если вы попытаетесь создать две точки на расстоянии меньшем Global Mоdel Tolerance, то MSC.Patran будет рассматривать их как одну, и вы не сможете создать вторую. Это обеспечивает правильное создание КЭ сетки.

Чтобы определить Global Model Tolerance • В форме New Model Preferences выберите метод, которым вы будете задавать

Global Model Tolerance. Default устанавливает значение Global Model Tolerance

Global Model Tolerance. Две точки рассматриваются как одна, если расстояние между ними меньше или равно Global Model Tolerance. Based on Model считает точность как .05% от значения характерного габаритного размера модели.

Выбор Analysis Code.

Analysis Type зависит от Analуsys Code. Это может быть Structural, Thermal или Fluid Dynamics.

по умолчанию. Оно изначально равно .005 дюймов. (Вы можете изменить значение по умолчанию в Preferences/Globalв главном меню). Если Вы выберите Based on Model, то значение определится как .05% от максимального габаритного размера модели.

3.3 Импорт геометрических моделей из CAD систем. Во многих случаях более эффективно использовать существующую CAD

геометрию, созданную вне MSC.Patran, чем создавать новую. Импорт CAD моделей позволяет избежать дополнительных усилий и обеспечивает большее соответствие между CAD моделью и моделью для анализа. MSC.Patran поддерживает все основные CAD системы. • Unigraphics

CADDS

PRO/Engineer

CATIA Совместимость с другими пакетами обеспечивается форматом IGES (Initial

Graphics Exchange Standard).

Для импорта СAD модели 1. Зайдите в File/Import в главном меню MSC.Patran.

Появится форма Import для импорта CAD модели или базы данных MSC.Patran. В подменю Object выберите Model. Можно выбрать или Model или Results.

2. Определите источник в подменю Source. Source может быть одним из СAD пакетов или файлом, содержащим экспортированные модели.

3. Нажмите Apply

Опции Импорта

Обычно CADмодель содержит больше чем нужно данных для КЭ модели.

MSC.Patran позволяет определять, какие данные импортировать, а какие отфильтровывать. При определении CAD пакета в форме Import появляются вспомогательные формы для установления фильтров импорта. Вы можете фильтровать по типу примитивов, типу поверхности, СAD слоям. Используйте слои и цвета для отделения примитивов, которые Вы хотите исключить из модели анализа.

MSC.Patran User’s Guides

Глава

4

Создание Геометрической Модели

• Обзор Геометрии • Основные Понятия и Определения

• Создание Геометрии

• Работа с Импортированными CAD Моделями

• Проверка Геометрии

• Пример построения модели проушины

4.1 Обзор Геометрии Компьютерные геометрические модели служат многим целям.

Геометрические модели могут являться источником технических чертежей, иллюстраций или спецификаций комплектующих для их приобретения. Возможности геометрического моделирования в MSC.Patran направлены на создание КЭ модели в отличие от CAD систем. Эта КЭ модель будет в конечном счете включать в себя конечноэлементное представление геометрии, приложенные нагрузки, граничные условия, свойства материалов и свойства элементов. Завершенная КЭ модель — это то, что программа анализа (MSC.Nastran) принимает как входные данные.

Создание геометрической модели упрощает использование одной из самых мощных возможностей MSC.Patran: автоматического создания конечноэлементной сетки. Более того, лучше если вы работаете на геометрическом уровне как можно дольше. После создания геометрической модели вы можете прикладывать нагрузки, граничные условия, свойства элементов и свойства материалов на отдельные геометрические области, а не на конечные элементы. Это позволяет создавать различные КЭ сетки или параметры анализа, не переопределяя модель.

С помощью приложения Geometry вы можете определять физическую структуру модели. Это первая задача при моделировании изделия. Затем, Вы создаете КЭ сетку, прикладываете нагрузки, граничные условия, задаете свойства материалов и элементов. Часто это все проделывается на геометрической модели. Опции Создания Геометрической Модели.

MSC.Patran предлагает широкий выбор возможностей по созданию, модификации и определению качества модели. Вы можете начать создание модели одним их трех способов: • Открыть приложение Geometry, затем выбрать форму для создания новой структуры из более чем 130 возможных действий Create, Transform, Edit.

Импортировать созданную в CAD системе модель в MSC.Patran, используя меню File/Import, и редактировать ее. (Дополнительную информацию по импорту CAD моделей смотрите в Главе 3.)

Скопировать базу данных существующей модели и использовать ее как фундамент новой модели. Создание Модели.

MSC.Patran сохраняет точность описания исходной геометрии, пришла ли она из отдельного CAD файла или создавалась внутри MSC.Patarn. Вне зависимости от того, как создавалась модель, приложение Geometryдает возможность редактировать, управлять и проверять примитивы модели.

Также нет строгой последовательности при выполнении задач геометрии и создания КЭ сетки. Обычно, сначала Вы создаете геометрическую модель целиком, а затем переходите к конечным элементам. Однако можно создав геометрию, создавать конечные элементы на какой-либо части модели.

4.2 Основные Понятия и Определения Этот параграф описывает некоторые основные понятия, связанные с

геометрией в MSC.Patran. Будет полезно осознать их до начала конструирования геометрической модели. Параметрическое Пространство и Connectivity

MSC.Patran использует идею параметрического пространства для более простых и эффективных внутренних вычислений. В параметрическом пространстве кривая определяется только одной параметрической осью ξ1. Поверхность определяется двумя осями ξ1, ξ2. А тело определяется тремя осями ξ1, ξ2, ξ3. Каждый объект по любой оси имеет размер 1. Таким образом, координаты по осям изменяются от 0 до 1. Формы MSC.Patran ссылаются на параметрические координаты как С1, С2, С3, а не ξ1, ξ2, ξ3.

Функции преобразования в патране осуществляют отображение параметрического пространства в трехмерное Декартово (XYZ) и обратно (mapping-функции)

Для каждой кривой, поверхности или тела, созданного в MSC.Patran, существует функция отображения (Ф), устанавливающая соответствие между набором параметрических координат и принятыми трехмерными XYZ координатами. Следующая иллюстрация сравнивает вид поверхности в параметрическом пространстве с тем, как она будет выглядеть в трехмерном XYZ пространстве.

Φ(ξ 1 , ξ 2 )

z

x y

ξ 1

ξ 2 ξ 2

ξ 1

(0,0) (1,0)

(1,1) (0,1)

V1

V2

V3

V4

0 ≤ ξ 1 ≤ 1

0 ≤ ξ 2 ≤ 1

Параметрическое Трехмерноепространствопространство

Поверхность в параметрическом и глобальном XYZ пространствах. Connectivity

Connectivity — это положение и ориентация параметрических осей. Параметрические оси ξ1, ξ2, ξ3

имеют свои ориентацию и положение на каждой кривой, поверхности, теле. Например, эти две поверхности идентичны, но имеют разную ориентацию параметрических координат (connectivity).

В случае кривой существует два возможных варианта connectivity. Для четырехсторонней поверхности возможны восемь вариантов connectivity. Для трипараметрического шестигранного тела возможны 24 connectivity, три ориентации на каждой из восьми вершин.

V2

V3

V4

V1

ξ2 ξ

1

ED1

ED2

ED3ED4

ED2

ED3

ED1ED4

V2

V3

V4

V1

ξ2

ξ1

Геометрические Примитивы

Этот параграф дает детальный обзор характеристик геометрических примитивов, которые вы можете использовать как строительные блоки. • Точка.

Кривая. Поверхность: поддерживаемые типы включают двупараметрические (bi-

parametric), общего вида (general trimmed), простые общего вида (simply trimmed), составные общего вида (composite trimmed) и ординарные составные общего вида (ordinary composite trimmed).

Тело: поддерживаемые типы включают трипараметрическое (tri- parametric) и тело, ограниченное поверхностями (boundary representation).

Следующие примитивы служат больше опорными элементами при геометрическром конструировании, чем строительными блоками:

• Плоскость. Вектор. Система Координат.

Точки В MSC.Patran все точки являются непараметризовнными, безразмерными

координатными позициями в XYZ пространстве. Вы можете использовать точки сами по себе для создания точечных элементов, таких как масса, или для создания геометрических примитивов более высокого уровня..

P(X,Y,Z)z

x y

Кривые

Кривые описываются в пространстве одним параметром. Вы можете разбить кривую на одномерные элементы и использовать их в геометрическом конструировании. Кривая имеет одну параметрическую переменную ξ1, используемую для описания положения любой точки Р вдоль кривой.

V1

V2

ξ1

P

z

x y

Поверхности

MSC.Patran поддерживает простые и общие поверхности. • Простые — это 3 или 4-сторонние поверхности. Простые поверхности — это двумерный набор точек в XYZ пространстве. Любая точка Р поверхности может быть описана координатами ξ1, ξ2. .

V2

V3

V4

V1

ξ2

ξ1

P

z

x y

• Поверхности общего вида могут иметь более 4 ребер, а также содержать внутренние вырезы.

Каждая поверхность общего вида (trimmed) имеет родительскую

поверхность, определяющую ее параметризацию и кривизну. Есть несколько типов поверхностей общего вида: trimmed-поверхность может быть плоской или 3D; сomposite поверхность объединяет несколько поверхностей в один примитив, определенный внутри одной границы.

General Trimmed Surface (planar)

Outer

Inner Edgesor Holes

Edges

General Trimmed Surface (3D)

Composite Surface (3D)

Тела

MSC.Patran поддерживает простые tri-parametric тела и общие boundary representationтела.

Простые тела могут иметь от 4 до 6 граней без внутренних пустот. Большинство тел, созданных в приложении Geometry, являются tri-parametric. Каждое тело — это трехмерный набор точек в XYZ пространстве. Любую точку тела Р можно описать тремя координатами ξ1, ξ2, ξ3 , чьи значения меняются от 0 до 1.

V7

V3

V6

V5

V1

V4

V2ξ3

ξ2

ξ1

P

Simple Tri-parametric Solid

z

x y

• Общие Boundary Representation (B-Rep)тела описываются произвольным количеством поверхностей, образующих замкнутый объем. B-Rep тела могут содержать внутренние пустоты. Только внешние поверхности и грани B-Rep тела параметризованы.

General Boundary Representation Solids

Плоскости и Векторы Плоскости и векторы являются полезными примитивами для конструирования

геометрической модели. • Векторы определяют начальную и конечную точку и используются в таких операциях, как перенос в пространстве геометрии или создание геометрии между двумя точками. Вы можете создавать векторы, используя опции Create/Vectors.

X

YZ

11

Плоскости особенно полезны в операциях симметрии, таких как зеркальное

отображение геометрических компонентов. MSC.Patran предлагает широкий выбор опций Create/Plane.

XY

Z

11

Системы Координат

Системы координат определяют способ описания операций моделирования. MSC.Patran автоматически определяет глобальную прямоугольную (rectangular, Cartesian) систему координат в каждой базе данных. Начальная система 0 обозначается белым знаком плюса в окне. Глобальные оси в нижнем левом углу окна обозначают текущую ориентацию глобальной координатной системы.

Помимо основной системы координат, Вы можете создавать собственные локальные системы координат. Например, если нужно создать перпендикулярный поверхности цилиндр, то создание цилиндрической системы координат, ортогональной поверхности, может существенно облегчить эту задачу.

Опция Create/Coord в приложении Geometry позволяет создавать 3 типа локальных систем координат:

• Прямоугольные (Cartesian) системы. Цилиндрические (Cylindrical) системы Сферические (Spherical) системы.

P

Axis 2

Axis 3

Axis 1

Z

Y

X

Zp

Xp

Yp

P

Axis 2

Axis 3

Axis 1

Z

T(θ)

R

Rp

Zp

θp

Axis 2

Axis 3

Axis 1

P (Φ)

T(θ)

R

Rp

θp

P

Φp

Rectangular (X,Y,Z) Spherical — (R,θ,Φ)

Cylindrical (R, θ,Z)

Figure41 Системы Координат

Координатные углы цилиндрической и сферической систем координат ( q и F) всегда выражаются в градусах.

Позже, при создании КЭ модели, системы координат помогают установить основные направления отображения результатов анализа. В MSC.Patran очень просто использовать переменные системы координат, и они тесно связаны с операциями геометрического моделирования. Почти все опции, использующие координатные данные, имеют возможность создания локальной системы координат для ввода данных.

Примитивы низшего порядка

Топологические примитивы определяют смежность геометрических примитивов и устанавливают подкомпоненты примитивов более высокого порядка. Каждый геометрический примитив имеет свой номер. MSC.Patran устанавливает номер топологического примитива, соответствующего смежному объекту более высокого порядка. Например, ввод в строку данных Surface 4.2 определит ребро Edge 2 поверхности Surface 4.

Каждая кривая, поверхность и тело в MSC.Patran имеет набор определенных топологических примитивов: Vertex (вершина)

Определяет топологическую конечную точку кривой или угол поверхности или тела. Vertex — это подкомпонент кривой. (Каждая точка ссылается на vertex, но не наоборот)

Edge (ребро)

Определяет топологическую кривую на поверхности или теле. Edge — это подкомпонент поверхности или тела.

Face (грань)

Определяет топологическую поверхность тела. Face — подкомпонент тела.

Конгруэнтность

Топологическая конгруэнтность — это необходимое условие создания правильной КЭ сетки модели. Она гарантирует, что при создании КЭ сетки все части модели будут соединены в один примитив, и анализ даст правильные результаты. Если КЭ модель топологически неконгруэнтна, то анализ может дать неправильные результаты.

Для выполнения условия топологической конгруэнтности смежные области модели должны иметь совпадающие границы и вершины. Более того, геометрические компоненты должны образовывать замкнутую поверхность или тело, не должно быть пересечений смежных областей. Приложение Geometryпредоставляет несколько методов проверки конгруэнтности и корректировки случаев неконгруэнтности. Подробнее смотрите ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОПОЛОГИЧЕСКОЙ КОНГРУЭНТНОСТИ.

4.3 Cоздание геометрии

Приложение Geometry используется в большинстве случаях

Чтобы открыть приложение Geometry • Нажмите кнопку Geometry в главном

меню MSC.Patran Приложение Geometry появится на экране.

• Выберите комбинацию Action/Object/Method в подменю на верху формы Geometry. Некоторые дополнительные формы появляются в форме Geometry , меняющиеся в зависимости от

выбранных Action, Object и Method.

Actions Аction определяет то, что Вы хотите сделать. Аctions делятся на три

категории: create, modify, verify. Следующая таблица коротко описывает подменю Action приложения Geometry. Table 1: Geometry Actions ???????? ???? Action Create Actions

Create Создает точки, кривые, поверхности, тела, плоскости, векторы и системы координат, основанные на данных, введенных с клавиатуры или посредством мышки.

Transform Создает дополнительные объекты, копируя существующие примитивы в новое место. Вы можете определить новое положение примитива с помощью отступов, вращений, масштабирования, зеркального отображения по оси и т.д.

Modify Actions Edit Модифицирует геометрические объекты для улучшения вида модели и

исправления ошибок. Например, разбивает большие объекты на группы и удаляет двойные точки.

Delete Удаляет объекты из базы данных и стирает их с экрана. Associate / Disassociate

Associate соединяет примитивы, такие как поверхность и лежащую на ней кривую, для создания совместной КЭ сетки. Diassociate разделяет их.

Qualify Actions Verify Определяет проблемные области модели, такие как пропуски между

краями соседних объектов и потерянные поверхности, для их последующей корректировки.

Show Отображает форму с информацией о геометрическом объекте. Для точек Вы можете получить данные по значениям координат и ID узлов.

Objects

Меню Object определяет тип геометрии. Например, если Вы выбрали Create Action, Object определит, какой тип геометрии Вы хотите создать. Table 1: Geometry Objects

Объект Описание Point Curve

Points(светло-голубые) — 0-мерная координатная позиция. Сurves(желтые) — одномерные параметрические кривые.

Simple General

Simple surfaces(зеленые) — параметрические поверхности с 3 или 4 внешними ребрами; без внутренних ребер или отверстий. General surfaces(мажента) — поверхности с более чем 4 внешними ребрами, с внутренними ребрами и отверстиями.

Simple General

Simple Solids(темно-синие) — параметрические тела с 5 или 6 гранями. General Solids(белые) — тела с более чем 6 гранями, внутренними ребрами и отверстиями.

Plane Vector Frame

Planes(розовые) — двухмерные параметризованные поверхности. Vectors(синие) — одномерные кривые с заданными направлением и значением. Frames(пурпурные) — прямоугольные, цилиндрические, сферические системы координат.

Methods Method определяет способ выполнения действия, установленного в меню

Action. Методов слишком много, чтобы их перечислять здесь. Пример метода Glide представлен в конце параграфа. Полный перечень методов смотрите в MSC.Patran Reference Manual, Volume 2, Part 3: Geometry Modeling.

Пример Следующая иллюстрация демонстрирует создание тела методом Glide.

Create/ Solid/Glide создает Solid 1, используя Curve 5 как Glide дорожку и Surface 2 как базовую поверхность. Note: Раздел Geometry MSC.Patran Reference Manual cодержит иллюстрации с

аннотациями, сходные с этой, для большинства вариантов Action/Object/Method.

12

155

1617

18

2

XY

Z

12

155

1617

18

2

192021

1

XY Z

до

после:

Создание триммированных поверхностей Чтобы создать trimmed surface в MSC.Patran,Вы должны выбрать Create/Surface/ Trimmed в форме Geometry. Эта форма позволяет задать поверхность по ее граничным кривым, образующим замкнутый контур (loop), определяющий как внешние границы поверхности, так и внутренние отверстия. Эта форма также позволяет указать родительскую поверхность, на которой будет строиться новая. Вы можете создавать внешние и внутренние границы поверхности тремя способами:

• Create/Curve/Chain создает продолжительный контур из существующего набора кривых, являющихся продолжением друг друга. Эта операция создает одну новую кривую и удаляет исходные. Опция Auto-Chain визуально помогает в процессе создания кривой с помощью этого меню.

Кнопка Auto-Chain в форме Create/Surface/Trimmed позволяет создавать внешние и внутренние контуры из существующего набора кривых, являющихся продолжением друг друга. Эта операция определяет новую кривую и удаляет исходные. Очевидные опции, такие как Create/Curve/2D Circle и Create/Curve/Conic (когда используется для создания эллипса), создают замкнутые кривые, используемые в качестве контуров при создании trimmed surface. Create/Surface/Composite позволяет создавать единую сложную поверхность из смежных поверхностей типа planar. Это полезно при создании единой поверхности из частей со сложными границами и множеством смежных состовляющих. Создание твердых тел типа B-Rep

Boundary Representation(B-Rep) тела определяется поверхностью, образующей

полную границу тела. Эти тела могут иметь произвольное количество граничных поверхностей, если они образуют замкнутое тело. Тела определяются в Create/ Solid/B-Rep. Но до использования этой опции должны быть созданы или импортированы поверхности, ограничивающие замкнутый объем.

• Убедитесь, что все поверхности топологически конгруэнтны (у них есть общие ребра и вершины). В случае несовпадения ребер поверхностей воспользуйтесь опциями Edit/Surface/Sew или Edit/Surface/Match для совмещения смежных поверхностей.

В случае, если модель импортировна из CAD системы, убедитесь, что ее толеранс попадает в значение толеранса Вашей базы данных. Например, если в базе данных MSC.Patran установлен толеранс .005 (две точки с меньшим расстоянием друг от друга считаются одной), а размеры частей модели меняются от 0 до 0.1, то могут образоваться вырожденные области.

Обратно, если размеры модели на много порядков превосходят значение толеранса, то могут образоваться несовпадения смежных поверхностей. Значение толеранса зависит от базы данных и определяется в самом начале ее создания в меню File/New.

• Чтобы удостовериться, что в модели нет пропущенных поверхностей, используйте Verify/Surface/Boundary в форме Geometry. Или можно воспользоваться опцией Geometric Shrink в меню Display/Geometry, чтобы просмотреть каждую границу.

Проверьте ваше B-Rep тело: • Поверхности, определяющие B-Rep solid, должны образовывать замкнутый объем.

Поверхности должны быть топологически конгруэнтны. Это означает, что смежные поверхности должны иметь общее ребро.. Important: MSC.Patran может создавать B-Rep тела с внешней оболочкой, но не с

внутренней (будущее тело не должно содержать полости).

4.4 Работа с импортированными CAD моделями В некоторых случаях Вы можете использовать импортированную геометрию без модификации. Однако эти модели не всегда сразу готовы к проведению анализа. Приходится корректировать импортированную геометрию, удалять лишние детали и создавать необходимые для топологической конгруэнтности потерянные поверхности. Вот некоторые проблемы, возникающие при работе с импортированной геометрией, и пути их решения в MSC.Patran. Удаление лишних деталей

В импортированной CAD геометрии может быть большое количество элементов, сильно усложняющих модель, например, ряд маленьких отверстий. Если Вы оставите эти не влияющие на результаты анализа элементы, то заметно повысится количество конечных элементов, и увеличится время проведения анализа. Здесь вы должны сами решить, какие элементы не так важны, а какие лучше оставить для точности анализа. Используйте следующие средства MSC.Patran по упрощению модели и удалению лишних деталей:

Important: Спланируйте вашу модель и используйте слои и/или цвета для выделения примитивов, которые Вы хотите исключить из анализа.

Используйте опции фильтрации для ограничения отдельных типов примитивов. Например, импортируйте только тела, или только кривые для перестройки модели в MSC.Patran. Опции фильтрации находятся в форме, расположенной под формой Import (когда Source установлен на IGES, вспомогательная IGES форма содержит опции фильтрации). Используйте импортированную CAD геометрию как базу для создания более простой модели в MSC.Patran, пригодной для анализа. Вершины, кривые и граничные поверхности используются как базис при конструировании геометрии в MSC.Patran. Бывают случаи, когда большая поверхность или тело представлены несколькими меньшими частями, что усложяет конструкцию. Вы можете использовать Create/Surface/Trimmed и Create/Solid/B-Rep для упрощения сложных геометрических форм. В случае наличия большого количества смежных поверхностей, воспользуйтесь Create/Surface/Composite или другими методами для их соединения. Добавление потерянных поверхностей

Объемные CAD модели — это необязатнльно замкнутые 3Dтела. Могут существовать потерянные поверхности. Для выявления таких поверхностей используйте Verify/Surface/Boundary.

Important: В случае регулярного числа краев (3 или 4), окаймляющих область, выполните Create/Surface/Edge для создания пропущенных поверхностей путем определения краев смежных поверхностей.

Если область ограничена более чем 4 сторонами, используйте Create/ Surface/Trimmed. В этом случае вы сначала должны создать кривую, представляющую внешнюю границу. Для этого используйте либо форму Create/Curve/Chain, либо кнопку Auto Chain в форме Create/Surface/ Trimmed. Также Вы можете разбить эту область на несколько простых бипараметрических поверхностей. Восстановление незавершенных примитивов

Распространенные геометрические форматы (например IGES) часто содержат множество различных типов геометрических данных. IGES — очень мощный стандарт, и не каждая CAD система поддерживает все ее типы примитивов. Это может привести к некоторым упрощениям. Например, переданные кривые будут представлены как набор точек, или тело будет представлено своими граничными поверхностями. В таких случаях Вы должны использовать геометрические возможности MSC.Patran для преобразования неполных геометрических форм к понятно определенным примитивам. Например, используйте Create/Curve/Spline для сопоставления кривой набору точек, или Create/Solid/B-Rep для создания тела из окружающих поверхностей.

4.5 Проверка геометрии При создании или импорте геометрической модели в MSC.Patran основной целью является создание модели, пригодной для КЭ анализа. Следующий параграф содержит некоторые требования по эффективному геометрическому

моделированию и предлагает способы контроля за выполнением этих требований. Обеспечение топологической конгруэнтности

Топологическая конгруэнтность является необходимым условием создания правильной КЭ сетки, так как она гарантирует возможность соединения модели в один примитив во время этого процесса. Чтобы модель была топологически конгруэнтна, она должна удовлетворять следующим требованиям:

Important: Смежные геометрические области имеют совпадающие границы и вершины.

Геометрические компонеты образуют замкнутые поверхность или тело. Нет пересечений смежных областей. Следующая иллюстрация дает пример конгруэнтной геометрии.

2

3

4

5

Пример конгруэнтной геометрии

Если края смежных геометрических областей конгруэнтны (т.е. полностью совпадают), то их КЭ сетки обычно имеют одинаковое количество узлов вдоль общего края. Более того, узлы на общем крае совпадают. Они выстраиваются парами вдоль общей границы геометрической области. Это определяет совпадеие пар угловых узлов или вершин.

На стадии объединения (equivalencing) процесса создания КЭ сетки эти пары

совпадающих узлов на границе геометрических областей сшиваются. Отдельные геометрические области образуют один соединенный примитив, пригодный для анализа.

Обнаружение неконгруэнтностей Verify/Surface/Boundary и Verify/Solid/B-Rep помогают обнаружить

топологически неконгруэнтные области модели. При нажатии Apply в форме Geometry появляется форма Update Graphics. Эта форма позволяет отрисовать неконгруэнтные поверхности модели.

Рисует только неконгруэнтные поверхности. Другие поверхности стираются с экрана. MSC.Patran обозначит края неконгруэнтных

й

Рисует геометрию, связанную с группой, отображающейся в текущем окне.

Стирает маркеры, обозначающие края неконгруэнтных поверхностей.

MSC.Patran автоматически стирает конгруэнтные поверхности. Не надо нажимать Plot Incongruent Surfaces для обновления экрана поверхностей маркерами.

Исправление неконгруэнтностей Следующая картинка представляет 2 примера неконгруэнтной геометрии.

12

3

Edges are Shared, Vertices are Not

10Gap > Global Model

Tolerance

Vertices are Shared, Edges are Not

Неконгруэнтная геометрия с потерянными вершинами. Вы можете получить правильную КЭ сетку для левой поверхности, если край

области 1 содержит вдовое больше элементов, чем области 2 и 3. В этом случае узлы могут быть выравнены. Но если на этой поверхности создавать новую КЭ сетку с назначенными на один из внутренних краев точками mesh seed, то возможно ее (сетку) нельзя будет выровнить.

Если точка 10 находится не точно в центре, КЭ сетки областей 1,2 и 3 скорее всего нельзя будет выровнить. Без выравнивания эти области останутся независимыми и несоединенными. Чтобы сделать эти поверхности конгруэнтными, вы можете использовать следующее: • Edit/Surface/Break, чтобы разбить поверхность 1 по точке 10.

-или- • Edit/Surface/Edge Match с определенной опцией Surface-Point.

Поверхность на правой половине картинки демонстрирует расстояние между двумя парами поверхностей, превышающее Global Model Tolerance. Это означает, что при создании КЭ сетки совпадающие узлы создаваться не будут. Чтобы сделать эти поверхности конгруэнтными, выберите одно из следующих действий.

• Create/Surface/Match. -или-

• Edit/Surface/Edge Match. Избегание малых углов на поверхности

Старайтесь, чтобы внутренние углы поверхности были больше 45 градусов, так как при создании КЭ сетки поверхности с четырехугольными элементами формы элементов определяются общей формой поверхности. Чем острее элементы, тем менее правильными будут результаты анализа. (За дополнительной информацией обращайтесь к документации по конечноэлементному анализу.).

Surfaces With Sharp Corners

1

2

3

4

1

2

3

4

Optimal Surface Shapes

) Поверхности с острыми углами и без острых углов

Проверка и Выравнивание Нормалей Поверхностей Направление вектора нормали поверхности является важной характеристикой

при наложении нагрузок, граничных условий и свойств элементов. В основном пытайтесь поддерживать одно направление нормалей для всех поверхностей модели. Следующая картинка показывает противоположные нормали для двух поверхностей..

ξ2

ξ1

ξ1

ξ2

В приложении Geometry используйте форму Edit/Surface/Reverse для

отображения векторов нормалей поверхностей и для реверсирования или выравнивания нормалей группы поверхностей. На этой форме есть кнопка Draw Normal Vectors, отображающая положительные векторы нормалей на экране. Для

этой же цели может быть использована форма Show/Surface/Attributes. Также Вы можете проверять нормали косвенным образом, отображая

параметрические направления поверхности. Для этого выберите в главном меню Display/Geometry, а затем Show Parametric Direction и нажмите Apply. Параметрические направления будут изображены линиями, исходящими из параметрического начала, и обозначены 1 или 2. Нормаль поверхности может быть определена по правилу правой руки — расположите правую руку так, чтобы пальцы закручивалиь от 1 оси ко 2. Тогда большой палец будет указывать направление нормали.

Для изменения направления нормали используйте Edit/Surface/Reverse. Эта

форма позволяет выбрать одну или больше поверхностей и изменить направление их нормалей, поменяв на противоположные параметрические направления С1 и С2. Дополнительные требования

Некоторые задачи требуют при моделировании с использованием патрана создавать области (части геометрической модели), легко разбиваемые КЭ элементами, либо области с определенными свойствами материалов, либо нагруженные и закрепленные.

Для решения этих задач в MSC.Patran существуют инструменты для

модификации существующей геометрии (например, возможность разбиения геометрии на области, работа в разных системах координат, использование конструирущих операций, таких как пересечение и проекция).

MSC.Patran не только проверяет, соответствеут ли вид модели определенным критериям, но и советует, как их улучшить. Затем вы можете проанализировать результаты внесенных изменений.

Такой итерационный процесс анализа и модификации вида является

основной идеей автоматизированного анализа вида модели, выполняемого MSC.Patran, и он подчеркивает необходимость использования возможностей геометрического моделирования как средства улучшения существующего вида.

4.6 Пример расчета проушины MSC.Patran поддерживает геометрию, созданную в большинстве основных

CAD системах, что снижает усилия по созданию геометрической модели и обеспечивает большую точность результатов анализа.

Описание Задачи Модель проушины закреплена с нижней стороны. К ней приложена

распределенная нагрузка так как это показано на рисунке 4-6. Геометрия, нагрузки и свойства материалов описаны в таблице 4-3..

Pinned

50.012.5

12.5

Расчетная схема проушины

Свойства Модуль Юнга, E = 10E6 psi Коэффициент Пуассона, n = 0.3 Контактные нагрузки 12.5*(|x|-2)**2

Идея модели В отличие от кольцевой пластинки, где мы заменяли объемную модель ее

двумерным аналогом, этот пример демонстрирует универсальность работы MSC.Patran с любыми объемными телами. Мы импортируем Parasolid геометрию в нашу базу данных как основу для анализа. С помощью метода Tetmesh создаем соответсвтующие трехмерные элементы, задаем свойства материалов и граничные условия, подготавливаем модель для анализа.

Процедура Анализа

• Установление анализа проекта

Создание новой базы данных1) В главном меню MSC.Patran

выберите File>>New. Появилась форма New Database.

2) Введите lug в строку Filename. 3) Нажмите OK. 4) Появится форма New Model

Preferences. Эта форма позволяет определить параметры анализа модели.

5) Установление параметров анализа

6) Установите Tolerance на Default.

7) Выберите MSC.Nastran из подменю Analysis Code.

Выберите Structural из подменю Analysis Type и нажмите OK.

Geometry

Finite Elements

Material Properties

Element Properties

Loads and Boundary Conditions

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Импорт Геометрии

Импортирование Parasolid геометрии 1) В меню MSC.Patran выберите File>>

Import. Появится форма Import.

2) В форме Import выберите Source >> Parasolid xmt и нажмите на Parasolid xmt Options.

3) В форме Option выберите Model Units. Измените значение на 39.37(Дюймов) в окне Model Unit Override. Нажмите OK , чтобы вернуться в форму Option и еще раз OK, чтобы вернуться в форму Import.

4) Выберите lug.xmt в поле Filename и нажмите Apply.

5) Измените вид на Isoview 1, нажав в главном меню кнопку Isoview 1. Включите кнопку Display Line.

Создание Новой Системы Координат 6) В главном меню MSC.Patran нажмите на

приложение Geometry. 7) Установите Action >> Create, Object >>

Coord, Method >> 3Point. Измените Coord ID List на 99. Введите

Origin = [3,6,0], Point on the Axis 3 = [3,6,1], и Point on Plane 1-3 = [4,6,1]. Нажмите Apply.

Geometry

Material Properties

Element Properties

Loads and Boundary Conditions

Finite Elements

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Создание Конечных Элементов

Создайте Solid Mesh с элементами Tet10 1) В главном меню MSC.Patran

нажмите на приложение Elements.

2) В форме Finite Element установите Action >> Create, Object >> Mesh, Type >> Solid.Используйте эту комбинацию для создания solid mesh.

3) Измените Global Edge Length на 0.4 и отмените Automatic Calculation.

4) Выберите TetMesh в поле Mesher. 5) Используя подменю Element Topology

установите Tet10. Это установит тип элемента при создании КЭ сетки на теле.

6) Поместите курсор в строку Input List и выберите оба тела(или введите Solid 1 2). Нажмите Apply.

Выравнивание КЭ Сетки 7) В форме Finite Element установите Action >>

Equivalence, Object >> All, Method >> Tolerance Cube. Это выровняет все узлы.

Нажмите Apply.

Geometr

Finite ElementsMaterial

Propertie

Element Propertie

Loads and Boundary Conditions

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Моделирование Материалов

Создание Материала 1) В главном меню MSC.Patran нажмите

на приложение Materials. 2) В форме Materials установите Action >>

Create, Object >> Isotropic, Method >> Manual Input.

3) В строке Material Name введите “steel.”4) Нажмите на кнопку Input Properties.

Определение Свойств Материала Steel 5) В форме Input Options введите 30e6 в

строке Elastic Modulus. 6) В строке Poisson’s Ratio введите 0.3. 7) Нажмите OK для закрытия формы

Input Option, затем нажмите Apply в форме Materials.

Geometr

Finite Elements Material

PropertiesElement

Properties

Loads and Boundary Conditions

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Определение Свойств Элемента

Создание Свойств Элемента1) В главном меню MSC.Patran

нажмите на приложение Properties.

2) В форме Properties установите Action >> Create, Object >> 3D, Type >> Solid.

3) В строке Property Set Name введите prop_1.

4) Нажмите кнопку Input Properties. 5) В форме Input Properties нажмите

на список Material Name и выберите steel из перечня Material Property Set. Нажмите OK.

6) В форме Element Properties нажмите в строку Select Members. Выберите все геометрические примитивы и нажмите Add.

7) Нажмите OK для закрытия формы Input Properties, а затем нажмите Apply в форме Properties.

Geometr

Finite Elements

Material Propertie

Element PropertiesLoads and

Boundary Conditions

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Создание PCL Функции, Представляющей Условия Нагрузки

Создание PCL Функции 1) В главном меню MSC.Patran нажмите

на приложение Fields. 2) В форме Loads/BCs установите Action

>> Create, Object >> Spatial, Method >> PCL Function. Введите имя quadratic_loading, и выберите Vector в поле Field Type.

3) Установите Real в Coordinate System Type и введите Coord 99 в строке Coordinate System.

4) В поле second component введите выражение 12.5*(abs(‘x)-2.)**2. Убедитесь, что все числа имеют десятичную точку.

5) Нажмите Apply.

Geometr

Finite Elements

Material Propertie

Element Propertie

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Loads and Boundary Conditions

Наложение Нагрузок и Граничных Условий (LBC)

Создание Нагрузки с Помощью PCL Функции1) В главном меню MSC.Patran нажмите

на приложение Loads/BCs. 2) В форме Loads/BCs установите Action

>> Create, Object >> Force, Type >> Nodal. Введите имя Contact_load и нажмите на кнопку Input Data.

3) В форме Input Data нажмите в поле Force и выберите quadratic_loading в поле Spatial Field. Нажмите OK.

4) Нажмите Select Application Region. 5) В форме Select Application Region под

Geometry Filter нажмите Geometry. 6) Поместите курсор в поле Select

Geometric Entities. Затем курсором выберите нижнюю грань верхнего тела на экране (или введите Solid 2.3). Нажмите Add затем OK.

7) Нажмите Apply в форме Loads/Boundary Conditions form.

Geometr

Finite Elements

Material Propertie

Element Propertie

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Loads and Boundary Conditions

Создание Перемещений1) В главном меню MSC.Patran

нажмите на приложение Loads/BCs.2) В форме Loads/BCs установите

Action >> Create, Object >> Displacement, Type >> Nodal.

3) Введите имя support. 4) Нажмите на кнопку Input Data. 5) В форме Input Data введите <0,0,0>

для Translations и оставьте поле Rotations пустым. Нажмите OK.

6) Нажмите на кнопку Select Application Region.

7) В форме Select Application Region под Geometry Filter нажмите на Geometry.

Поместите курсор в поле Select Geometric Entities. Затем с помощью курсора выберите нижнюю грань верхнего тела на экране(или введите Solid 1.3).

9) Нажмите Add, а затем OK. 10) Нажмите Apply в форме

Loads/Boundary Conditions.

Geometr

Finite Elements

Material Propertie

Element Propertie

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Loads and Boundary Conditions

• Создание MSC.Nastran Input File

Создание MSC.Nastran Input (Bulk Data) File1) В главном меню MSC.Patran нажмите на

приложение Analysis. 2) В форме Analysis установите Action >>

Analysis, Object >> Entire Model, Method >> Analysis Deck.

3) Нажмите на кнопку Solution Type. 4) В форме Solution Type выберите Linear Static.

Нажмите OK. 5) Нажмите Apply в форме Analysis.

Запуск MSC.Nastran с Терминала 6) Откройте окно терминала и директорию, где

находится модель MSC.Nastran. 7) Введите “nastran lug.bdf scr=yes” и Enter.

Эта комманда запустит MSC.Nastran annular_plate.bdf как входной файл. scr=yes удаляет побочные файлы.

Анализ займет несколько секунд в зависимости от скорости компьютера.

Передача Результатов в MSC.Patran для Обработки 9) В главном меню MSC.Patran нажмите на

приложение Analysis. 10) В форме Analysis установите Action >> Attach

XDB, Object >> Result Entities, Method >> Local. 11) Нажмите на кнопку Select Results File. 12) В форме Select File выберите lug.xdb. Нажмите

OK. 13) Нажмите Apply в форме Analysis.

Создание входного файла

Запуск анализа

Загрузка результатов анализа

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Обработка Результатов

Создание Графиков Fringe и Deformation 1) В главном меню MSC.Patran

нажмите на приложение Results. 2) В форме Result установите Action

>> Create, Object >> Quick Plot. 3) В перечне Select Result Cases

выберите Default, Static Subcase. 4) В Select Fringe Result выберите

Stress Tensor. 5) В Select Deformation Result

выберите Displacement, Translational. Нажмите Apply.

6) Click Apply.

Создание заливки

Отображение результатов в виде деформации модели

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Глава

5

Создание Элементов и КЭ Сеток

• Обзор Создания КЭ Сеток • Основные Понятия и Определения • Создание Конечноэлементной Модели • Проверка Конечноэлементной Модели

5.1 Обзор Создания КЭ Сеток КЭ моделирование является наиболее распространенным методом при

проведении анализа конструкции с использованием компьютера. Одной из сложнейших задач при этом является создание качественной КЭ — сетки. В MSC.Patran Вы можете создавать КЭ — сетку как на уже существующей геометрической модели, так и посредством прямых операций над конечными элементами.

Уравнения, необходимые для описания поведения целой модели, часто настолько сложны, что было бы непрактичным выводить или решать их. Метод конечных элементов решает эту проблему, разделяя всю модель на группу соединенных друг с другом конечных элементов, которая называется конечноэлементной сеткой. Конечные элементы имеют простые геометрические формы, такие как прямоугольники, треугольники и тетраэдры. Они так же включают связующие точки — узлы и обладают заданными свойствами материалов и свойствами элементов.

После того как модель разбита на конечные элементы, программа анализа может использовать математические уравнения для описания каждого элемента, учитывая взаимосвязь смежных элементов и соответствующие элементам свойства. После преобразования геометрической модели в конечноэлементную, составленную из взаимосвязанных кусков, компьютер может просто и точно анализировать поведение модели.

Геометр. модель КЭ модель Figure51 Геометрическая модель в сравнении с КЭ представлением

Во многих структурных анализах каждый элемент рассматривается как набор пружин, привязанных к угловым точкам (узлам) для взаимосвязанного представления вей модели. Каждый элемент математически просчитывается, и результаты организуются в матрицу, известную как матрица жесткости. Она составляется с учетом характеристик материалов и других свойств элементов, образуя общую матрицу жесткости конечноэлементной модели [K]. Эта матрица является частью матричного уравнения, связывающего нагрузки {P} c перемещениями {d}:

{P} = [k]{d}

Программа анализа решает это уравнение, вычисляя перемещения. Перемещения используются для вычисления напряжений и деформаций в точке модели. В зависимости от возможностей программы анализа, Вы можете определять термальные и акустические свойства, используя сходные матричные

уравнения. Возможности Конечноэлемнтного Моделирования

В MSC.Patran большой выбор возможностей по созданию КЭ сеток на геометрической модели, и создание конечных элементов часто может быть в большой степени автоматизировано. Для некоторых моделей будет достаточно одной операции по созданию КЭ сетки.

MSC.Patran дает широкий выбор возможностей конечноэлементного моделирования(FEM): • Возможность Mesh Seed, контролирующая густоту сетки в определенных областях геометрии. • Несколько автоматизированных методов создания КЭ сеток. • Операция Equivalence, соединяющая КЭ сетки в смежных областях. • Инструменты по проверке качества и точности КЭ модели. • Возможности прямого ввода и редактирования данных по конечным элементам.

Эти инструменты помогают минимизировать человеческие усилия по достижению основной цели — понимания поведения геометрической модели. В то же время они дают необходимый контроль над процессом.

5.2 Основные Понятия и Определения Здесь представлены несколько тем, включающих основные понятия и

определения, связанные с приложением Finite Elements. Обзор Типов Конечных Элементов

Конечные элементы определяются топологией и свойствами. Например, элемент, используемый для создания КЭ сетки поверхности, может быть составлен из прямоугольников или треугольников. Один элемент может быть стальной пластинкой, моделирующей структурные явления, такие как перемещения и вращения, а другой может представлять массу воздуха в акустическом анализе. Форма и свойства элементов зависят от программы анализа, используемой в MSC.Patran. Она устанавливается в Analysis Preferences.

На этапе создания КЭ сетки с помощью приложения Finite Elements элементы

определяются только из соображений топологии. Свойства материалов, толщина и другие характеристики определяются в других приложениях, и о них речь пойдет в следующих главах.

Таблица 5-1 описывает топологию элементов, поддерживаемых в MSС.Patran.

• Левая колонка содержит 7 форм элементов и узловую конфигурацию к ним. • Колонка Structural Uses описывает условия использования данной формы элемента. • Колонка Mesher Support содержит информацию о том, какой метод создания КЭ сеток поддерживает данную форму элемента.

Полное описание библиотеки элементов MSC.Patran можно найти в части 4 MSC.Patran Reference Manual.

Топология элементов MSC.Patran

Point

Используйте Point для сосредоточенных масс, пружин и амортизаторов.

Bar

Используйте Bar, если напряжение меняется в одном направлении, или если свойства элемента определены вдоль кривой или прямой линии.

Isomesh поддерживает элементы Bar1, Bar2, Bar4.

Tria

Используйте Tria и Quad, если напряжение остается постоянным по одному из трех направлений. Также используйте эти элементы, если размеры модели по одному из направлений малы по сравнению с другими.

Isomesh и Paver поддерживают элементы Tria3, 4, 6, 7, 9 и 13.

Quad

Isomesh и Paver поддерживают элементы Quad4, 5, 8, 9, 12 и 16 .

Tet

Используйте Tet, Wedge и Hex, когда напряжение меняется по всем трем направлениям, и все размеры сравнимы между собой. MSC.Patran поддерживает несколько конфигураций узлов для каждого элемента

Isomesh поддерживает элементы Tet4, 5, 10, 11, 14, 15, 16 и 40. Tet Mesh — Tet4, 10 и 16.

Wedge

Isomesh поддерживает элементы Wedge6, 7, 15, 16, 20, 21, 24 и 52.

Hex

Isomesh поддерживает элементы Hex8, 9, 20, 21, 26, 27, 32 и 64.

Создание КЭ Сеток

В MSC.Patran существует 4 основных метода создания КЭ сеток: IsoMesh, Paver Mesh, Auto TetMesh и 2-1/2D Meshing. Этот параграф описывает каждый из них. Выбор соответствующего метода должен производиться исходя из инженерных соображений, топологии модели и целей анализа.

IsoMesh

Элементы создаются внутри геометрии простой формы посредством простого разделения..

КЭ сетка на теле, созданная IsoMesh

Вот некоторые особенности метода IsoMesh: Поверхности и тела должны быть простыми. Поверхности должны быть трех-

,четырехсторонними, а тела могут содержать 5 или 6 граней. • По умолчанию Isomesh создает значительное количество элементов по каждому направлению в соответствии с заданным параметром Global Edge Length. Плотность элементов и их расположение контролируется с помощью возможности Мesh Seed. Mesh Seed используется также для создания разной плотности элементов на противоположных краях или гранях области. • Метод может создавать Quad или Tria элементы на поверхности и кирпичные элементы на телах. • Для “неправильных” областей, таких как треугольные поверхности или клинообразные тела, в которых коллапсируются отдельные грани и края, используются соответствующие “неправильные“ Tria и Wedgeэлементы. • Это единственный метод, автоматически создающий сетку с кирпичными элементами.

Paver

Paver — это метод автоматического создания КЭ сетки на произвольной поверхности, включая обрезаные, составные и поверхности неправильной формы. В отличие от IsoMesh, Paver сначала создает точки сетки на границе поверхности, а затем от них создает внутренние элементы..

Пример Paver метода

Некоторые особенности: • Этот метод употребим только для создания КЭ сеток на поверхности. • Он может использоваться для создания Quad или Tria элементов. Из-за алгоритма этого метода Quad сетки могут содержать несколько треугольных элементов. • Для управления плотностью элементов используется параметр Global Edge Length или возможность Mesh Seed. • Метод Paver согласовывает ассоциированную геометрию, такую как кривую, лежащую на поверхности и ассоциированную к этой поверхности с помощью формы Associate/Curve/Surface. Если на такую кривую назначены Mesh Seeds, то Paver гарантирует прохождение сетки через эти точки. • Смежные области могут быть разбиты на сетки как Paver методом, так и IsoMesh методом. Плотность сетки вдоль общего края становится плотностью по умолчанию для смежных с этим краем областей.

Auto TetMesh

Auto TetMesh — это высокоавтоматизированный метод создания КЭ сеток на произвольных телах. Он создает сетки тетраэдральных элементов на любых замкнутых телах, включая boundary representation (B-rep) тела.

Auto TetMesh метод

Некоторые особенности: • Этот метод создает КЭ сетки сложных тел, не требуя большого участия пользователя. • Auto TetMesh создает “хорошие“ сетки на boundary reoresentation телах, т.е. на телах, импортированных из большинства CAD систем. • В областях сильной кривизны создаются качественные сетки. Вы можете определять плотность сетки в искривленных областях. • Proximity-based разбиение позволяет создать качественную КЭ сетку по толщине тонкостенных сечений.

2-1/2D Meshing

На основе плоской двухмерной сетки можно создать трехмерную сетку с помощью операций sweep и extrude.

Sweep Operation Extrude Operation

Важно заметить, что:

• Направление и плотность элементов в направлении развертки (sweep) и выдавливания (extrude) задаются в ходе выполнения этих операций. • Получающиеся элементы не поддерживают ассоциированность с родительской геометрией. Это препятствует заданию нагрузки и граничных условий на эти элементы через геометрическме примитивы. Плотность КЭ Сетки

Для создания КЭ сетки MSC.Patran необходимо знать размеры элементов для каждой геометрической области. Более того, Вы можете захотеть регулировать количество элементов в определенной области модели. Например, Вы можете увеличить число элементов в области высоких напряжений или температур для получения более точного результата, или можно уменьшить число элементов в некритичной области, тем самым снизив время анализа.

В MSC.Patran есть несколько способов управления размером и плотностью КЭ

сетки. Это mesh seeds, mesh density и mesh density of adjacent regions. Комбинирование этих возможностей позволяет быстро создавать КЭ сетку геометрической модели, не теряя в ее качестве.

При создании КЭ сетки в MSC.Patran ее плотность вдоль каждого края

области выбирается в соответствии со следующим порядком приоритетов. • Mesh seeds. • Mesh density of adjacent region. • Global Edge Length

Mesh Seeds

Mesh seeds — это точки, определенные вдоль ребра модели и обозначающие положения узлов сетки. Расстояние между ними может быть постоянным, а может линейно меняться к краю, к обоим краям или к центру ребра. Вы даже можете сами определить положение точки на ребре. .

КЭ сетка с использованием mesh seeds

Mesh seeds создаются в приложении Finite Elements опцией Create/Mesh Seeds и методами Uniform, Bias, Curve Based и Tabular. Как и другие примитивы MSC.Patran, mesh seeds можно переопределить в других Create-опциях или удалить, используя Delete/Mesh Seeds. Смежные КЭ Сетки

При создании КЭ сетки ее плотность вдоль ребра обычно используется для создания сеток смежных областей, содержащих это ребро. При использовании метода IsoMesh MSC.Patran реализует идею mesh paths для разделения геометрических областей.

MSC.Patran распространяет определенную плотность сетки на

противоположный край области, а затем на смежную обасть, до тех пор пока не достигается конец “пути“. Следующая иллюстрация демонстрирует путь определенных плотностей и то, как они влияют на общую сетку модели.

Пример mesh path

Global Edge Length Каждая форма Create/Mesh содержит параметр Global Edge Length,

определяющий примерную длину каждого элемента. MSC.Patran использует этот параметр для разделения каждого граничного ребра модели на целое число элементов, порождающих в свою очередь элементы примерно такой же длины. При этом используется соотношение:

Global Edge Length определяет размеры сетки ,если нет других ограничений,

таких как mesh seeds или смежные сетки.

Важно: Всегда точно устанавливайте это значение при создании сетки. Если значение по умолчанию будет слишком мало по сравению с размерами геометрии, то сетка будет очень плотной.

Equivalencing

Многие геометрические модели в MSC.Patran состоят из множества областей с общими границами. Создание КЭ сетки всегда производится на одной области за раз, даже если указываются сразу несколько геометрических областей.

Число элементов = Длина наибольшей кромки на геометрииGlobal Edge Length

Это означает, что по умолчанию элементы одной области не связаны с элементами другой, и не имея общих узлов, не будут деформироваться совместно. Чтобы быстро устранить эту проблему, в MSC.Patranесть средство equivalencing, соединяющее совпадающие узлы. Операция Equivalence находится в форме приложения Finite Elements.

Важно: Операция equivalencing должна быть выполнена до анализа. Без

этой операции анализ обычно дает неправельные результаты: например, несвязанные области, могущие улететь в пространство при проведении структурного анализа. MSC.Patran не информирует Вас автоматически о том, что операция equivalencing не была проведена до анализа.

Операция equivalencing очень проста: каждый узел проверяется на наличие в

зоне вокруг него других узлов. Размеры этой зоны определяется тем какой точностью производится сшивка узлов. Если расстояние между двумя или более узлами не превышает значения точности сшивки (tolerance), то они преобразуются в один узел с наименьшим номером. Следующая иллюстрация показывает действие операции equivalencing.

12

16

20

24

28

Вы можете производить операцию equivalence на всех узлах области или

только на тех, которые соответствуют определенной группе, как это было описано в главе 2. После этой операции все обращения(определение элемета, нагрузки и граничные условия) к более высокому номеру узла автоматически переопределяются на новый номер.

Некоторые узлы можно исключать из поля действия операции equivalencing.

Это полезно, когда есть совпадающие узлы, которые Вы хотите физически сохранить независимыми друг от друга. Кроме того, значение толеранса для

опрации equivalencing может быть установлено в действии Еquivalenсе. Оптимизация

Вне зависимости от того, как создана конечноэлементная модель, Разреженная симметричная матрица

посредством создания КЭ сетки или прямыми операциями конечноэлементного моделирования, есть одна операция, которая может ускорить процедуру анализа. Эта операция называется оптимизация, она просто перенумеровывает узлы и элементы, уменьшая время анализа.

При проведении анализа из данных по всем конечным элементам

формируется симметричная матрица, содержащая много нулевых элементов. Время решения в большой мере зависит от ширины ленты матрицы, под которой понимается максимальная ширина ненулевых элементов от диагонали матрицы.

Другие решатели используют подобный критерий волнового фронта

обработки данных, зависящего от числа активных столбцов в строке матрицы. Перенумеровывая узлы и элементы, можно так преобразовать матрицу, что ширина ленты или волновой фронт уменьшатся, что снижает время анализа. Эту операцию выполняется действием Optimize в приложении Finite Elements. об этом подоробно можно посмотреть в Part 4 of the MSC.Patran Reference Manual.

COLUMN i

ROW i

NULL

SYMMETRIC

bi

5.3 Создание Конечноэлементной Модели Для создания КЭ сеток в MSC.Patran имеются элементы различных форм и с

различными топологиями. Иснтрументы создания КЭ сеток включают в себя несколько автоматизированных методов. Приложение Finite Elements дает множество возможных комбинаций Action/Object/Type, которые создают,модифицируют и проверяют качество конечноэлементной модели, улучшая резульаты анализа. Чтобы открыть приложение Finite Elements • Нажмите кнопку FE приложения в

главной форме MSC.Patran. Приложение Finite Elements появляется на экране.

• Выберите Action, Object и Type,

используя падающие меню на верху формы . Вид остальной части формы зависит от того, что Вы выбрали.

. Actions

Меню Actions создает, модифицирует и проверяет качество всей КЭ сетки. Следующая таблица описывает возможности меню Action приложения Finite Ele-ments. Меню Action Приложения Finite Elements Описание меню Action Создание Create Создает новые сеточные примитивы: КЭ сетки,

создающиеся одним из автоматических методов, Mesh Seeds, регулирующие плотность сетки, отдельные конечные элементы и другие объекты.

Transform Создает узлы и конечные элементы путем перемещения, вращения и зеркального отображения уже существующих.

Sweep Создает новые элементы сетки, протаскивая набор существующих элементов по одному из десяти “путей“, таких как Arc, Extrude, Glide, Glide-Guide и Normal. Sweep может преобразовать поверхностную (2D) сетку в объемную (3D) сетку, протащив ее по направлению нормали к поверхности.

Модификация Modify Модифицирует параметры примитивов, такие как узлы,

элементы и многоточечные закрепления. Это может заключаться в перенумеровывании узлов и элементов,

разделении одного элемента на два и более, и т.д. Modify может использоваться для оптимизации формы элементов и изменения положения точек Mesh Seeds.

Delete Удаляет из модели узлы, элементы и Mesh Seeds. Renumber Изменяет ID номера элементов и узлов. Associate/ Disassociate

Модифицирует узлы и элементы так, чтобы они были либо ассоциированы с геометрическими структурами, либо деассоциированы от них. Для приложения свойств, напряжений и граничных условий сразу на геометрию, сеточные примитивы должны быть ассоциированы с геометрическими примитивами.

Проверка Качества Verify С разных сторон проверяет качество конечноэлементной

модели. Проверяет элементы на искажения и двойственность, тестирует ID нумерацию узлов и элементов.

Equivalence Улучшает качество конечноэлементной модели, удаляя двойные узлы, либо расположенные в одной точке, либо отстоящие друг от друга на расстояние меньшее чем точность сшивки узлов (tolerance).

Optimize Минимизирует время процессора, память и место на диске, необходимые для проведения части анализа, связанной с матрицей жесткости, посредством перенуменрации узлов оптимальным образом. Методы оптимизации зависят от типа и модели анализа, а также от используемого кода.

Show Отображает различную информацию по конечноэлементным объектам. Например, для выбранной группы элементов показывает координатные системы, номера ID, нагрузки и граничные условия, ID номера свойств материалов, свойства элементов и другие результаты.

Objects

Меню Object связано с примитивами КЭ сетки: собственно КЭ сетками, отдельными узлами и элементами. Следующая таблица описывает меню Object приложения Finite Elements. Меню Objects Приложения Finite Elements Описание Меню Object Mesh Метод конечных элементов состоит в разделении модели на

взаимосвязанные части, называющиеся элементами. Набор таких взаимосвязанных элементов называется КЭ сеткой.

Mesh Seed Mesh Seeds — это точки, определенные вдоль ребра модели и указывающие положение узлов сетки на этом ребре. Расстояние между точками может быть постоянным или линейно меняться к одному краю, обоим краям или к центру ребра. Кроме того можно прямо определить положение точки.

Mesh Control Mesh control позволяет определять собственное значение Global Edge Length для выбранных поверхностей при использовании автоматических методов создания КЭ сеток.Эта опция позволяет создавать сетки, не обращаясь

каждый раз к новой поверхности. Node Узел конечноэлементоной модели эквивалентен вершине в

геометрии. Узлы — это связующие точки между смежными элементами.

Element Элемент — это одна дискретная часть сетки. Он может быть одной из нескольких стандартных форм(квадратным, тетраэдральным и т.д.) и иметь различное число узловых точек вдоль ребра.

MPC (multipoint constraint)

MPC заменяют конечные элементы и используются для более простого моделирования некоторых физических явлений, таких как жесткие связи, шарниры, ползунки и т.д. В MSC.Patran элементы MPС рассматриваются как конечные элементы и изображаются линиями между узлами.

Superelement В настоящее время этот объект доступен только MSC.Nastranанализу. Он группирует несколько элементов в один большой элемент.

DOF (Degree of Freedom) List

Перечень DOF(степени свободы) доступен только ANSYS и ANSYS5.

Types

Меню Type определяет, как будет проводиться создание КЭ сетки. Варианты меню Type меняются в зависимости от установленного в меню Object. Несколько примеров представлены в следующих параграфах. За полным описанием обращайтесь в MSC.Patran Reference Manual, Volume 2, Part 4: Finite Element Modeling. Примеры Форм и Подформ Приложения Finite Elements

Три примера моделирования с помощью формы Finite Elements показаны на следующих страницах: • Форма выбора Create/Mesh/Solid. • Подформа Isomesh Parameters. • Форма Create/Mesh Seed/Two-Way Bias.

Форма Create/Mesh/Solid

Генерация КЭ сетки — это процесс автоматического создания конечных элементов из геометрии или других данных в MSC.Patran. Этот процесс контролируется формой FEM Create/Mesh, представленной на следующей иллюстрации.

Пример Подформы IsoMesh Parameters

Node ID List и Element ID List Задает ID номера нового набора узлов и элементов. По умолчанию ID будут присваиваться, начиная с показанного в строке значения.

Global Edge Length Значение, определяющее длину ребра элемента сетки по умолчанию. Оно не имеет приоритета над установленными точками Mesh Seeds. Это значение используется только там, где Mesh Seeds не определены.

Element Topology Выбирает тип элемента из данного перечня. Возможными элементами являются Hex6, Hex9 и Hex20.

Solid List Курсором или прямым вводом соответствующих ID номеров определяютсятела, на которых создается КЭ сетка

Подформа Coordinate Frames Позволяет выбирать вид анализа и ситему координат для создания КЭ сетки на следующих узлах.

Mesher Определяет метод создания КЭ

Подформа Isomesh Parameters Определяет параметры метода IsoMesh.

Эта подформа появляется при нажатии кнопки IsoMesh Parameters в приложении Finite Elements.

Пример Формы Create/Mesh Seed/Two Way Bias

Создает точки Mesh Seed на указанной кривой или на ребре поверхности или тела с симметричным неравномерным распределением вдоль ребра. Закон распределения точек определяется либо общим числом элементов с указанием отношения расстояний между ними, либо действительным значением длины ребра.

Точки Mesh Seed представляются маленькими желтыми кружками и отображаются только, если приложение Finite Elementsустановлено на создание КЭ сетки или создание и удаление точек Mesh Seed.

Finite

Выберите один из двух видов сетки для поверхностей и тел

Выберите вид треугольной сетки для поверхностей и тел с прямыми углами

Совокупность этих параметров управляет действиями метода IsoMesh на стыке областей с различным числом элементов.

Прямое Моделирование Конечных Элементов

Большинство операций моделирования конечных элементов проводится на геометрии. Сначала создается часть геометрической модели, а затем на нее накладываются свойства и КЭ сетка. Однако бывают случаи, когда проще сразу

Для определеня Mesh Seed выберите либо Num Elems and L2/L1 или L1 and L2. Если выбрано Num Elems and L2/L1, то Вы должны ввести целое значение числа элементов и отношение расстояний между точками, как показано на примере. Если выбрано L1 and L2, то вы должны ввести длины ребер последнего и серединного элементов. MSC.Patran просчитывает положения узлов Mesh Seed по формуле геометрической прогрессии с заданным отношением L2/L1.

Укажите курсором на существующие кривые или ребра поверхностей и тел или просто введите их ID номера. Например, Curve 10, Surface 12.1, Solid 22.5.2.

MSC.Patran рисует точки Mesh Seed, связанные с видимой геометрией.

При включенном Auto Execute MSC.Patran автоматически создает Mesh Seeds после выбора каждого ребра. По умолчанию Auto Execute выключено.

работать с узлами и элементами. Вот примеры таких ситуаций: • Изменение КЭ сетки, полученной из программы анализа, такой как MSC.Nastran. • Работа с конечноэлементными моделями, чьи сетки создавались без геометрической модели в других програмных продуктах. • Замена отдельных элементов, не прошедших проверку на качество.

Исходя из времени моделирования и наложения свойств, всегда более предпочтительным является создание КЭ сетки на геометрической модели. Если накладывать свойства прямо на геометрию, то в дальнейшем их не надо будет переопределять при изменении сетки. А свойства, наложенные на узлы и элементы, необходимо задавать заново при любой ее модификации.

Возможности конечноэлементного моделирования в MSC.Patran включают в себя: • Действия, создающие узлы, элементы, MPCs (Multi-Point Constraints) и суперэлементы. • Трансформирующие действия, создающие узлы и элементы с помощью операций над уже существующими узлами и элементами (Transform, Rotate, Mirror). • Действия, создающие элементы высшего порядка протаскиванием по определенному “пути“ элементов более низкого порядка. • Действия, сглаживающие существующую сетку, сортирующие ID номера элементов и узлов, разбивающие элементы типа Bar, Quad или Tria, изменяющие параметры MPC.

5.4 Проверка Конечноэлементнонй Модели Если исключить тривиальные задачи по тестированию работы отдельных

конечных элементов, то хорошие конечноэлементные модели получаются редко. Каждая модель является только приближением к реальному объекту. Одной из причин тому является зависимость точности элемента от того, как он используется. Очень важно проверять правильность конечноэлементной модели и отслеживать двойные элементы или несвязанные группы элементов.

В MSC.Patran можно несколькими путями проверить качество конечноэлементоной модели. Несколько возможных тестов описаны ниже. • Проверяйте элементы с помощью Action

Verify приложения Finite Elements.

• Выберите соответствующие пункты меню Object и Method.

Проверка Формы Элементов

• Aspect измеряет максимальное отношение противоположных ребер, граней или главных направлений элементов поверхности и тела. Например, в элементе Quad aspect отношение представляет отношение длины к ширине. Обычно

конечноэлементная модель дает наиболее точные результаты, если aspect отношение примерно равно 1. • Warp измеряет, насколько угловые точки Quad элемента отклоняются от центральной плоскости элемента. • Taper измеряет геометрическое отклонение Quad элементов от прямоугольной формы. • Skew измеряет угловое отклонение оболочечных элементов от прямоугольной формы. • Edge Angle измеряет максимальный угол между смежными гранями объемных элементов. • Face Warp, Face Skew, Face Taper измеряют warp, skew и taper, как описано выше, для граней объемных элементов. • Twist измеряет максимальный изгиб между противоположными гранями объемных Wedge и Hex элементов. Другие Проверки Элементов

• Boundaries проверяет наличие свободных ребер элементов не связанных со смежными элементами. Это важный тест, отыскивающий области модели, над которыми не была проведена операция equivalence. • Duplicates определяет элементы, присоединенные к одним и тем же узлам. • Normals проверяет направления нормалей смежных элементов поверхности. • Jacobian Ratio, Jacobian Zero базируются на максимальном изменении и минимальном значении якобианов каждого элемента соответственно. • IDs раскрашивает элементы по их ID номерам. Это полезно для визуального определния числа элементов и порядка моделирования.

Другие проверки определяют отклонения узлов на сторонах элементов более высокого порядка, границы суперэлементов и т.д.

В большинстве случаев Вы можете установить допустимое значение для

каждого из вышеперечисленных критериев. Тогда по результатам теста все элементы раскрасятся в определенные цвета. Элементы, вышедшие за пределы толеранса, окрасятся в высший цвет спектра(обычно красный), цвет других элементов будет показывать, насколько близко этот элемент подошел к критическому значению.

Устанавливать допустимое значение нужно с учетом типа элементов.

Например, линейный треугольный элемент может быть очень чувствителен ко всяким искажениям, в то время как треугольный элемент второго порядка даст хорошие результаты даже при сильных искажениях.

При непрохождении элементами проверочных тестов Ваши действия заключаются в следующем: Создание Новой КЭ Сетки Модели

Часто эффективным является замена существующей сетки на новую, особенно если она (новая сетка) существенно не меняет время анализа. Например, создание новой более густой сетки в случае большого aspect отношения в элементе может быстро исправить этот недостаток.

Особенно просто создавать новые КЭ сетки отдельных областей в случае, если исходная сетка создавалась на геометрической модели.

Для создания новой КЭ сетки • Удалите исходную сетку, установив

Delete/Mesh в приложении Finite Elements.

• Создайте новую КЭ сетку одним из описанных выше методов Create/ Mesh.

. Исправление Отдельных Элементов

В MSC.Patran есть возможность автоматизированного исправления Quad элементов, для которых величина одного из критериев качества превышает допустимое значение. Например, если элемент не проходит проверку на aspect отношение, то можно автоматически разделить его в угловых точках на несколько меньших элементов.

С другой стороны, Вы можете прямо создавать и изменять

конечноэлементную модель. Короткое описание по созданию узлов и элементов модели дано в параграфе Прямое Моделирование Конечных Элементов. Другие возможности содержатся в action Modify приложения Finite Elements. Они позволяют сглаживать КЭ сетку, редактировать элементы и узлы или разделять существующие элементы на более маленькие. Проверка Значений Критериев Качества Элементов (tolerance)

MSC.Patran никак не изменяет модель по результатам проверочных тестов, а лишь помогает Вам принять правильное решение. Поэтому Вы можете решить увеличить значение толеранса при использовании элементов высокого порядка, или в случае, если элементы, не прошедшие проверку, находятся в некритичных областях модели.

Проверочные тесты должны стать неотъемлемой частью конечноэлементного

моделирования. Сложность многих КЭ сеток вместе с ограничениями по графической визуализации модели являются причиной того, что не всегда возможно увидеть проблемную часть модели. Например, двойные элементы часто выглядят как один, а искаженный элемент иногда не виден в плотной, сложной сетке критической области.

MSC.Patran User’s Guide

Глава

6

Создание Материалов

• Обзор Материалов • Основные Понятия и Определения • Создание Модели Свойств Материала • Проверка Модели Материала

6.1 Обзор Материалов В MSC.Patran материал определяется как поименованная группа свойств

материала, требуемых для конечноэлементного анализа. Свойства материала сообщают MSC.Patran, из чего создана модель (сталь, сложный состав и т.д.), и определяют параметры материала (такие как плотность, жесткость, модуль упругости, коэффициент Пуассона и т.д.) Приложение Materials и некоторые другие подформы позволяют создавать, изменять, показывать и удалять материалы.

Каждая программа анализа поддерживает разный набор материалов.

Свойства, которые надо определить для материала, зависят от нескольких факторов: • Типа проводимого анализа (например, structural или thermal). • Выбранной программы анализа (например, MSC.Nastran). • Определяете ли Вы свойства материала самостоятельно, или импортируете откуда-нибудь. • Выбора ключевых характеристик(например, тип материала). • Иногда от типа элемента, к которому прилагается данный материал.

Свойства материала не сразу прикладываются к конечноэлементной модели. Это происходит только после создания свойств элемента. Свойства элемента содержат и модель и материал. Приложение Element Properties описано в главе 8.

После того как материал приложен к модели, его свойства можно отобразить

графически, например, XY графиком. Также можно в табличном виде вывести матрицы жесткости или податливости, получающуюся из свойств материала.

6.2 Основные Понятия и Определения Этот параграф описывает различные типы моделей материалов,

поддерживаемые MSC.Patran, а также методы ввода данных по свойствам материала. Однородные, Композитные и Конституционные Модели Материалов. Однородные Материалы

В MSC.Patran есть пять типов однородных материалов, которые можно выбрать в меню Object приложения Materials: Isotropic (свойства одинаковы по всем направлениям), 2D и 3D Orthotropic(свойства меняются по основным направлениям) и 2D и 3D Anisotropic(свойства меняются по произвольным направлениям). Обычно 2D материалы применяются для плоских элементов, а 3D — для объемных. Table 1: Типы Материалов Тип (Object) Структурные Характеристики Isotropic Одинаковые свойства по всем направлениям (2 константы упругости)2D Orthotropic Свойства меняются по основным направлениям(6 констант

упругости) 3D Orthotropic Свойства меняются по основным направлениям(9 констант

упругости) 2D Anisotropic Свойства меняются по произвольным направлениям(6 констант

упругости) 3D Anisotropic Свойства меняются по произвольным направлениям(21 константа

упругости)

Композитные материалы Помимо однородных материалов, Вы можете определить композитные

материалы, основанные на наслоении однородных материалов одним из нескольких методов. Это наиболее сложный вид материалов; в MSC.Patran имеется несколько

подформ и свойств материалов, предназначенных специально для композитных материалов. Теория композитных материалов MSC.Patranдетально описана в MSC.Patran Reference Manual, Volume 3, Part 5: Functional Assignments.

Чтобы определить композитный материал, надо определить слои однородных

материалов, толщину каждого слоя и угол между слоем и стандартной координатной осью, используемой в модели. Ориентация особенно важна для orthotropic и anisotropic материалов, чьи свойства меняются по разным направлениям.

Следующая таблица описывает 4 метода создания композитных материалов.

• Методы Создания Композитных Материалов Метод Варианты Алгоритм Назначение Laminate Различные правила

укладки слоев (stacking sequence convention) для структурного анализа

Классическая Теория многослойных материалов

Многослойные поверхности и объемы.

Rule of Mixtures нет Осреднение характеристик материала пропорционально объемным долям составляющих его фаз (Volume-weighted averaging)

3-х мерные композиционные материалы состоящие из нескольких фаз с произвольной ориентацией и произвольной долей объема

Halpin-Tsai 1. Волокно бесконечной длины (continuous fiber) 2. Волокно конечной длины (Discontinuous fiber ) 3. Лента бесконечной длины (Continuous ribbon)4. Лента конечной длины (Discont. ribbon) 5. Сыпучий заполнитель (Particulate)

Уравнения Халпина-Тсаи (Halpin-Tsai )

2-х фазные композиционные материалы

Short Fiber 1. 1D композиты (Волокна ориентированы в соответствии с одномерным нормальным распределением или Гаусовой кривой) 2. 2D композиты (Волокна ориентированы в соответствии с 2-х мерным нормальным распределением или Гаусовой поверхностью)

Интегрирование по методу Monte-Carlo с использованием Осреднения характеристик материала пропорционально объемным долям составляющих его фаз

Композиты с короткими волокнами, распределение ориентиентации которых описывается Гаусовой кривой или поверхностью

Природа Материалов

В структурном анализе природа материала описывает харктер зависимости напряжений от деформаций материала. Далее представлены несколько примеров природы материала:

1. Linear elastic: материал деформируется пропорционально приложенной силе и возвращается в исходное состояние при снятии нагрузки. В простейшем случае материал определяется двумя константами • Модулем Юнга (E)- отношение напряжения к деформации.

• Коэффициентом Пуассона — связывает деформации по ортогональным направлениям.

2. Elastoplastic: свойства упругости сохраняются до определенного уровня напряжений, затем наступает состояние пластичности (следствием которого являются постоянные деформации). Для описания такого поведения одного модуля недостаточно и часто при задании такого материала используют координаты точек на зависимости напряжений от деформаций.

Для одного материала можно определять много несколько природ (упругая, пластическая и материал с ползучестью). Например, материал может иметь упругое и неупругое представления одновременно.

До начала анализа можно определить природу как Active или Inactive. Также

можно использовать несколько природ одновременно. При анализе MSC.Patran использует Active модели. Например, чтобы использовать только elastic природу, определите все другие природы как Inactive.

Определение Свойств Материалов

Выбрав подходящую модель материала, Вы определяете сам материал, указывая соответствующие свойства. Для ручного ввода значений свойств материала используется приложение Material Properties. Поля Свойств Материалов

Fields(поля) — это средство MSC.Patran, позволяющее описывать зависимость одной величины от другой. Поля используются для многих целей, в частности, для определения переменных свойств материалов.

С помощью полей можно определить свойство материала как функцию

температуры, деформаций, времени или частоты. Поле свойства материла можно задать таблицей данных в меню Fields. Примером может служить модуль упругости зависящий от температуры.

Можно задавать поля свойста материала, определяющие зависимость любого

свойства от комбинации температуры, деформации и скорости деформации. Созданный материал остается в базе данных. Если его специально удалить, то останется архивная запись. Для отображения зависимостей свойства от температуры, деформаций как в табличном, так и в графическом виде, испоьзуется действие Show приложения Materials. Также можно выводить матрицу жесткости.

6.3 Создание Моделей Свойств Материалов Модель материала — это группа свойств, описывающих, из чего эта модель

сделана (например, из стали или из композитного материала), и параметры материала (жесткость, плотность и т.д.). После того как материал определен, его надо наложить на область модели с помощью Element Properties.

Материалы для модели анализа определяются в приложении Materials.

MSC.Patran предоставляет возможности по созданию и изменению большого числа моделей материалов. Большинство материальных свойств определяются в подформе Input Options. Ее вид и значения, которые Вы в ней определяете, зависят от таких факторов, как программа анализа и тип используемых решателем уравнений. .

Чтобы открыть приложение Mаterials • Нажмите кнопку Materials в главной

форме MSC.Patran. Приложение Materials появляется на экране.

Установите Action, Object и Method в

меню наверху формы. Нижняя часть формы зависит от установленных значений для action, object и method.

Actions

Меню Actions создает, модифицирует, показывает и удаляет модели материалов. Следующая таблица описывает меню Actions приложения Materials. Actions Описание Меню Actions Create Ввод зависящих от программы анализа данных по свойствам

материала и приложение их к выбранным FEM или геометрическим примитивам.

Modify Редактирует существующие данные по свойствам материалов.Delete Удаляет набор материальных свойств из базы данных. Show Отображает таблицы по свойствам материалов .

Objects

Оbjects — это типы возможных моделей материалов.

Objects

Описание Меню Object Isotropic Для материалов, чьи свойства постоянны по всем направлениям 2D Orthotropic Для материалов, чьи свойства меняются по ортогональным

направлениям. 3D Orthotropic Для материалов, чьи свойства меняются по ортогональным

направлениям. 2D Anisotropic Для материалов, чьи свойства меняются произвольно. 3D Anisotropic Для материалов, чьи свойства меняются произвольно. Composite Многослойные материалы. Свойства могут как меняться по

направлениям, так и оставаться постоянными.

Methods Меню Method определяет метод создания модели материала. Создавать

модель можно двумя методами: 1) Manual Input в подформе Input Options. Существующий материал может

использоваться как база для создания нового. 2) Externally Defined. Этот метод позволяет использовать в MSС.Patran данные о

свойствах материалов, полученные из внешних файлов. Следующая таблица кратко описывает возможные методы..

Methods Описание Меню Method Manual Input Форма Input Options используется для ввода данных по свойствам

материалов, меняющихся в зависимости от кода анализа, типа решателя и вида конституционной модели.

Externally Defined

Материал определяется во внешнем файле. Не требуется использование формы Input Options.

Примеры Использования Приложения Materials Далее представлен пример ручного ввода свойств isotropic-материала.

Пример Формы Manual Input

Existing Materials. Выберите материал для перенесения его в поле Material Name

Description. Здесь показывается пользовательская информация по выбранному материалу(1-256 символов). По умолчанию выводится время и дата создания.

Material Name. Материал должен иметь уникальное имя (1-31 символов), которому автоматически дается ID номер.

Preference and Type. Для проверки показываются Analysis Preferences и Type.

Input Properties.Подформа для ввода значений свойств материала.

Change Material Status. Подформа, активирующая и деактивирующая природы

В форме примера выбраны опции Create/Isotropic/Manual Input. В качестве программы анализа выбран MSC/Nstran, а в качестве типа анализа — Structural. В этом меню нет кнопки Apply. После нажатия на Input Properties в форме приложения Materials на экране появляется отдельная подформа Input Options. Кнопка Apply имеется в каждой форме Input Properties, кроме случаев, когда для создания материала используется метод Externally Defined, или когда создается композитный материал.

Пример Подформы Input Options После выбора Manual Input в меню Method приложения Materials Вы должны

открыть и заполнить форму Input Options. Большинство форм Input Options похожи на представленную ниже. Нужно выбрать природу материала (Constitutive Model) и задать значения остальных параметров. Если Вы можете использовать поля свойств материалов, то в форме дополнительно появляется их список. . Materials

Constitutive Model. Выбор природы материала. Один материал может иметь несколько природ.

Material Property Values. Значения, необходимые для определения материала. Это только пример; вид формы зависит от кода и типа анализа.

Current Constitutive Models. Отображаются существующие природы материала и их статус(active или inactive).После заполнения формы и нажатия Apply созданный набор появляется здесь

Для определения более чем одной природы материала заполняйте форму

несколько раз, каждый раз нажимая на Apply.

Пример Формы Constitutive Model Status

Один материал может иметь несколько природ (Constitutive Model), например, упругую и неупругую представления. Какая природа материала будет использоваться при анализе, определяется с помощью формы Constitutive Model Status.

В зависимости от текущего статуса существующие природы материала появляются либо в окне Active, либо в Inactive. Выбор модели в любом из окон автоматически перемещает ее в другое окно.

6.4 Проверка Модели Материала Импортировали ли Вы свойства материалов или вводили их вручную — в

любом случае перед продолжением работы можно проверить окончательную модель материала. Возможности MSC.Patran позволяют просмотреть свойства материалов и матрицу жесткости.

Чтобы проверить модель материала • Используйте действие Show приложения

Materials для отображения свойств материала.

• Установив меню Method на Tabular,

выберите одну из моделей из окна Existing Materials. По умолчанию форма Input Options содержит текущие свойства материалов.

• Выберите либо Show Material Stiffness либо Show Material Compliance для отображения либо матрицы жесткости либо матрицы податливости.

Глава

7

Моделирование Сил и Нагрузок

• Обзор Сил и Нагрузок • Основные Понятия и Определения • Приложение Сил и Граничных Условий • Load Cases • Использование Полей • Проверка LBC Модели • Пример Кружки Кофе

7.1 Обзор Сил и Нагрузок Большинство задач анализа заключаются в определении отклика модели на

некоторое воздействие — силу, давление или, например, магнитное поле. Эти воздействия называются нагрузками. Также большинство моделей подчиняются некоторым условиям, ограничивающим их поведение. Например, один конец стержня прикреплен к стене. Такие ограничения называются граничными условиями. В этой главе совокупность нагрузок и граничных условий называется LBC.

Модель с точечной нагрузкой и граничными условиями перемещений

В этих понятиях много общего. Оба прикладываются к части модели, и иногда они взаимозаменяют друг друга. Например, фиксированное нулевое перемещение в структурной модели является граничным условием, а приложенное ненулевое перемещение также является и нагрузкой. Поэтому в MSC.Patran множество общих операций используется для задания как нагрузок, так и граничных условий.

Нагрузки и граничные условия, доступные в MSC.Patran, зависят от

используемой программы анализа. Их можно прикладывать и к геометрии, и к конечноэлеметной модели. Важно то, что эти понятия независимы от конечноэлементной модели. Одна модель анализа может содержать много вариантов нагрузок и граничных условий или серию нагрузок, реализующихся в разное время Гибкость такого подхода позволяет моделировать поведение одной конечноэлементной модели при разных воздействиях.

Приложения Fields и Load Cases

FE Model Analysis Results

Geometry

LBCs

Fields Load Cases

Приложения Fields и Load Cases используются вместе с приложением Loads and Boundary Conditions. Следующая иллюстрация демонстрирует взаимодействие этих трех приложений.

Взаимодействие трех приложений связанных с приложением нагрузок и

граничных условий

Помимо нагрузок и граничных условий, остающихся постоянными некоторый период времени на некоторой области модели, можно также определить меняющиеся нагрузки и граничные условия. LBC, меняющиеся во времени или в пространстве, задаются с помощью приложения Fields. Это приложение будет детально описано в этой главе.

В MSC.Patran различные наборы нагрузок и граничных условий образуют так

называемые load cases. Мы их обсудим чуть позже.

7.2 Основные Понятия и Определения Вэтом разделе приводится важная информация касающаяся приложения

Нагрузок и граничных условий (LBC — Loads and Boundary Conditions). Типы Анализа и LBC.

Нагрузки и граничные условия рассматриваются как один тип данных, который прикладывается к геометрии или к конечноэлементной модели. Как уже упоминалось, данные по нагрузкам и граничным условиям сильно зависят от характеристик проводимого анализа. Analysis Preferences, задаваемый во время создания базы данных или позже через меню Preferences/Analysis, определяет, какие опции доступны в приложении Loads/BC.

Поэтому вид данных по граничным условиям и нагрузкам может отличаться от

представленного в примере. Тем не менее, несколько основных видов LBC являются общими для большинства распространенных программ конечноэлементного анализа. Следующий пункт описывает некоторые из них.

Помимо трех основных видов анализа, описанных ниже, существует еще множество других: acoustic, electromagnetic, frequency response и т.д. Каждый из них имеет свои нагрузки и граничные условия, зависящие от возможностей программы анализа, используемой вместе с MSC.Patran. Действительные нагрузки и граничные

условия сильно зависят от поведения модели, которое Вы хотите смоделировать, и от инженерных допущений которые Вы сделаете при создании модели.

Structural LBC

Проводя структурный анализ, Вы обычно хотите определить или отклик модели на физическое нагружение, или частотный отклик. Нагрузки и граничные условия, с которыми Вы можете оперировать — это сила, давление, скорость, инерциальные нагрузки, перемещения, температура и контакт.

Thermal LBC

При проведении термального анализа, когда нужно определить отклик модели и материалов на температурные условия, граничными условиями и нагрузками являются источники тепла, потоки тепла, конвекция и излучение. Важно отметить, что значения температуры, часто являющиеся выходными данными анализа, могут сами выступать в роли нагрузок в других типах анализа, например, структурном. Возможность использовать выходные данные в качестве нагрузок реализуется в MSC.Patran с помощью FEM полей. О них речь пойдет чуть дальше.

Fluid Dynamics LBC

FГидродинамический анализ моделирует поток жидкости с такими входными данными, как поля скоростей, давлений и температур. Load Cases

Load Cases — это совокупность нагрузок и граничных условий, используемых при проведении одного анализа. Например, один Load Case может представлять нагрузки и граничные условия в каждый момент времени во временном анализе, или картину нагружения в задачах статики. Load Cases являются основным инструментом выполнения полного анализа одной модели. Также их можно использовать для определения реакции модели при различных вариантах нагружения.

По умолчанию определен один load case, состоящий из всех имеющихся

нагрузок и граничных условий. Для обычных задач статического структурного или термального анализов этого вполне достаточно. Но для проведения более сложного анализа нужно определять отдельные load cases. Использование полей

Одной из самых изящных возможностей MSC.Patran является использование полей, описывающих переменные величины, например, нагрузки и граничные условия, свойства материалов или свойства элементов.

Если Вы определили набор полей, то их легко можно использовать в

подформе Input Data приложения Loads and Boundary Conditions, не вводя константы. Более того, MSC.Patran предоставляет перечень полей, доступных нажатием на соответствующее окошко. Далее приводится описание четырех основных типов полей: • Spatial Fields. Этот наиболее общий тип полей описывает величины, которые меняются в пространстве. Например, линейно меняющийся источник тепла, квадратичное распределение давления на границе или дискретный набор свойств материала. Такие поля определяются пространственными уравнениями или табличным методом. • FEM Fields. Эти поля основаны на результатах предыдущего анализа. Хорошим примером является использование результатов термального анализа в качестве нагрузок для проведения структурного анализа той же модели. Для задания FEM

поля Вы выводите графики результатов, а затем помещаете их значения в поле. • Time-dependent Fields. Для программ анализа, которые позволяют решать динамические задачи, приложение Loads and Boundary Conditions через определенные промежутки времени обновляет значения нагрузок, меняющихся со временем и частотой. Соответствующие зависимости описываются либо уравнениями, либо таблицами значений, помещающимися в load case, как уже было описано ранее • Material-dependent Fields. Поля свойств материалов могут быть заданы на основе таких зависимых переменных как температура или частота. Эта возможность более полно описана в Главе 8.

7.3 Наложение Нагрузок и Граничных Условий В MSC.Patran информация, связанная с LBC, хранится в наборах нагрузок и

граничных условий. Для каждого варианта LBC нужно определять имя, тип анализа (Structural, Thermal или Fluid Dynamics) и один объект нагрузок или граничных условий (например, давление, перемещения или тепло). LBC наборы бывают либо статические, либо динамические. Их можно прикладывать к геометрическим и FEM примитивам, что определяется в подформе Select Application Region.

Приложения Load Cases и Fields являются вспомогательными к приложению

LBC. Приложение Load Cases обеспечивает возможность объединения отдельных наборов нагрузок и граничных условий в группы. Если Вы не определяете что-то дополнительно, то все LBC наборы автоматически добавляются в load сase с именем “Default“. Для создания нагрузок и граничных условий, меняющихся во времени и в пространстве, необходимо использовать приложение Fields. Сначала Вы описываете соответствующее поле, а затем ссылаетесь на него при создании LBC. Приложение LBCs.

В приложении LBCs задаются нагрузки и граничные условия для модели. С помощью этого приложения можно создавать, изменять, удалять и показывать данные по нагрузкам и граничным условиям.

Чтобы открыть приложение LBCs • Нажмите на Loads/BCs в главной форме

MSC.Patran. Появится приложение Loads/Boundary Conditions.

• Установите комбинацию action, object и type. Вид остальной части формы зависит от выбранной комбинации.

Actions

Следующая таблица коротко описывает возможности меню Action приложения

LBCs. Меню Actions Описание Меню Action Create Создает новый набор, используя опции структурного, термального и

гидродинамического типов анализа. Modify Изменяет свойства и характеристики набора. Delete Удаляет выбранные наборы из базы данных. Show Tabular Отображает данные по наборам в табличном виде. Plot Contours Отображает данные набора на модели в виде заливки. Plot Markers В этой форме можно установить Marker display на ON или OFF для

каждого LBC набора. При создании нагрузок и граничных условий они автоматически отображаются маркерами. Маркерами могут быть стрелки, кружки, квадраты и т.д.

Objects

Следующая таблица перечисляет LBC объекты, доступные каждому типу анализа. LBC объекты меняются в зависимости от выбранного кода анализа. Представленная таблица соответствует коду MSC.Nastran. LBC Objects в MSC.Nastran (Set Types) Тип анализа LBC Object (Set Type) Structural Заданное преремещение (Displacement), Сила (Force),

Давление (Pressure), Температура (Temperature), Инерционная нагрузка (Inertial Load), Начальное перемещение (Initial Displacement), Начальная скорость (Initial Velocity), Скорость(Velocity), Ускорение (Acceleration), и др.

Thermal Температура (Temperature), Конвекция (Convection), Тепловой поток (Heat Flux), Источник тепла (Heat Source), Начальная температура (Initial Temperature), Объемный нагрев (Volumetric Heat), Давление (Pressure), Расход (Mass Flow), и др.

Fluid Dynamics (CFD) Нагрузки для анализа несжимаемого потока: Источник (Inflow (Incomp)), Отток (Outflow (Incomp)), Граница потока Solid Wall (Incomp), Нагрузки для анализа сжимаемого потока: Источник (Inflow (Comp)), Отток (Outflow (Comp)), Открытый поток (неограниченный) (Open Flow (Comp)), Граница потока (Solid Wall (Comp)), а также Объемный нагрев (Volumetric Heat), Энтальпия (Total Heat Load), Симметрия (Symmetry).

Types

Меню Type определяет, с чем ассоциируются созданные нагрузки: с элементами или с узлами. Следующая таблица описывает это меню. Table 1: Меню LBC Type для MSC.Nastran Описание Меню Type Nodal Нагрузки и граничные условия будут в конечном итоге привязаны

к узлам конечноэлементной модели. Например, если Вы определяете граничное условие на перемещение области

геометрической модели, то MSC.Patran создаст граничные условия для каждого узла этой области.

Element Uniform Нагрузки и граничные условия привязываются к элементу КЭ модели. LBC не меняются вдоль элемента.

Element Variable Нагрузки и граничные условия привязываются к элементу КЭ модели. LBC меняются вдоль каждого элемента.

Примеры Форм LBCs Следующая форма накладывает граничные условия на перемещения.

Граничному условию присваивается имя Disp1.

Пример Формы Loads/BCs Input

После установки комбинации action/object/type нужно заполнить несколько дополнительных полей, как показано ниже.

.

Current Load Case. Набор по умолчанию Default. Нажмите для выбора другого Load case-а в появившейся форме. Динамические (Time-dependent) наборы могут содержаться только в динамических же load case-ах.

New Set Name. Каждому новому набору требуется имя(макимум 31 символ, без пробелов).

Input Data. Форма задания соответствующих переменных для выбранного набора.

Select Application Region.Форма определения примитивов, к которым прикладывается набор. Испоьзуются стандартные методы выборки.

Existing Sets. Здесь перечислены имена всех существующих наборов. Чтобы выбрать одни из них, нужно нажать на него. Load Case.

Пример Подформ Input Data и Select Application Region

Нажатие на кнопку Input Data в форме приложения открывает показанную ниже подформу Input Data. Она используется для задания перемещений как граничных условий. Затем, нажатием на кнопку Select Application Region, вызывается подформа Select Application Region. Она используется для определения области модели, к которой Вы хотите приложить граничные условия. .

LBCs Все LBC данные умножаются на заданное здесь значение. По умолчанию оно равно 1.0

Данные, определяющие значения LBC по поступательным и вращательным степеням свободы.

Укажите геометрические области курсором или вводом ID номеров.

7.4 Задание случаев нагружения (Load Cases) Приложение Load Cases позволяет объединять отдельные наборы нагрузок и

граничных условий в группы. Каждый load case имеет имя, определяемое пользователем. Информация о load case всегда содержится в базе данных (если только load case не удален из нее). Вы можете в любое время модифицировать его.

Даже если Вы сами не создаете load case, Ваши LBC будут помещаться в load case с именем Default, объявленный по умолчанию. Если Вы создаете свой load case и объявляете его текущим, то все вновь создаваемые LBC будут помещаться в него, до тех пор пока он являетеся текущим. Load cases, в которых нагрузки и граничные условия не зависят от времени, называются static load cases, а те, в которых имеется временная зависимость, называются time-dependent или dynamic load cases. .

Чтобы открыть приложение Load Cases • Нажмите на Load Cases в главном меню

MSC.Patran. Приложение Load Cases появится на экране.

• Установите Action на верху формы.

Заметим, что в этом приложении доступно только меню Action. Остальная часть формы зависит от выбранного в меню Action.

Actions

Вы можете выбрать следующие действия в форме Load Cases: Create, Modify, Delete, Show и Assign/Prioritize. Меню Action Приложения Load Cases Описание Меню Action Create Создает новые load cases. Modify Модифицирует существующие load cases, изменяя имя, тип, описание

и включенные наборы LBC. Также можно сменить текущий load case. Delete Удаляет load case из базы данных. При жедании можно также удалить

связанные с ним наборы LBC. Show Выводит информацию по всем load cases базы данных. Для каждого из

них показывает имя, тип, описание и перечень содержащихся LBC наборов.

Assign/ Prioritize Load/ BCs

Приписывает отдельный LBC набор к варианту load case. Разрешает возможные противоречия между типами наборов LBC внутри одного load case. Позволяет задавать масштабный множитель как для всего Load Case-а, так и для каждого LBC набора в рассматриваемом load case-е.

Пример Формы Load Cases

Следующая форма показывает действие Create, создающее новый вариант load case. Каждому новому load case дается имя, тип(static или time-dependent) и описание. В него можно вложить наборы нагрузок и граничных условий. Также load case можно объявить текущим. Все вновь создаваемые LBC наборы помещаются в

текущий load case.

Filter. Фильтрует содержимое поля Existing Load Cases, ограничивая возможные имена load case-ов.

Existing Load Cases. Все load case-ы появляются в этом поле. Выбрав один, Вы можете модифицировать его.

Load Case Name. Здесь показывается имя создаваемого load case-а.

Make Current. Галочка означает, что создаваемый load case будет текущим.

Load Case Type. Типа load case-а (static или time-dependent).

Description. Описание load case-а (до 256 знаков). Полезно заполнять данное поле для облегчения работы с моделью в дальнейшем.

Assign/Prioritize Load/BCs. Выбор LBC наборов для создаваемого Load Case-а. Изменяет приоритет по умолчанию. Приоритетом по умолчанию является сложение (т.е. если в разных LBC наборах заданы граничные условия одного типа для одного и того же объекта,то по умолчанию значения из этих LBC наборов будут складываться). Здесь же устанавливается масштабный множитель.

7.5 Использование Полей В некоторых случаях свойства материалов, элементов, нагрузки и граничные

условия не являются постоянными величинами, а меняются как функции пространства, времени, температуры и т.д. В таких ситуациях используются поля. В качестве примеров можно привести: оболочечный элемент, чья толщина меняется в пространстве, давление, меняющееся со временем, свойство материала, которое зависит от температуры или напряжения.

Поля — это очень гибкий инструмент. Их можно создавать табличными

данными, математическими выражениями, записанными в PCL или скалярно-векторными результатами, полученными из конечных элементов. Приложение Fields позволяет создавать и модифицировать поля. Если необходимое поле создано, то для его использования нужно только выбрать его в соответствующем поле. Чтобы открыть приложение Fields

• Нажмите на Fields в главной форме MSC.Patran. Приложение Fields появится на экране.

• Установите Action, Object и Method. Вид остальной части формы зависит от установленного в верхних меню.

Actions

Следующая таблица коротко описывает меню Action приложения Fields.. Меню Action Описание Меню Action Create Создает новое поле, которое может быть пространственным (Spatial),

описывать свойства материала (Material Property) или не пространственным (временным, частотным, и пр.) (Non-Spatial). Новое поле может основываться на уже существующем. Большинство полей задаются таблично или PCL функциями.

Show Показывает все поля в табличном виде. Modify Изменяет содержимое существующих полей. Delete Удаляет выбранные поля.

Objects

Следующая таблица коротко описывает три типа полей, которые можно установить в меню Оbject приложения Fields. . Fields Objects Тип Поля Описание Spatial Spatial поля определяют в приложении LBCs давления и температуры,

зависящие от точки пространства. Также ими можно определять свойства элементов, например, толщину, перемещения и другие нагрузки. Spatial поля могут быть скалярными или векторными. Областью их приложения может выступать действительное или параметрическое пространства, которые бывают одно-, дву- и трехмерным. Можно прикладывать множество spatial полей одновременно.

Non-Spatial Non-Spatial поля задают нагрузки и граничные условия, зависящие от времени или частоты, и зависящие от частоты свойства материалов.

Material Property

Эти поля используются в форме Input Options приложения Materials. Они могут быть одно, дву- и трехмерными, использующими в качестве независимых переменных температуру, напряжения, время и частоту (вместе или по отдельности).

Methods

Следующая таблица коротко описывает методы ввода данных, которые можно выбрать в меню Method приложения Fields. Меню Method Тип Поля Описание

PCL Function Использеут PCL выражения для определения значений поля. Tabular Input Использеут табличные данные для определения значений поля. General Field General Field можно использовать для создания поля любого типа из

меню Object. Поле описывается математической PCL функцией. FEM FEM поля связываются с конечноэлементной моделью. Используя

этот метод, можно результаты одного анализа прикладывать как нагрузки и граничные условия к текущей модели.

Пример Формы Fields

Форма Create/Spatial/PCL Function создает скалярные или векторные spatial поля в реальном или параметрическом пространстве, используя PCL функции. После нажатия на Apply в окошке Existing Fields должно появится имя нового поля.

Existing Fields. Здесь выписываются уже определенные поля. Их можно использовать для создания новых в действии Create или модификации в действии Modify. Имя выбранного поля появится в строке Field Name.

Field Name. Здесь можно изменить существующее имя поля или ввести новое.

Field Type. Выберите Scalar или Vector. От этого зависит вид нижней части формы.

Coordinate System Type. Выберите Real, если поле описано в X,Y,Z пространстве, Parametric, если в C1,C2,C3 пространстве.

Scalar Function. Введите PCL команду, описывающую поле, или имя внешнего файла, содержащего PCL функцию.

7.6 Проверка LBC Модели Ошибки в нагрузках и граничных условиях являются одними из самых тонких и

серьезных ошибок. Например,отображение одного набора нагрузок может выглядеть так же, как отборажение другого, только отличающегося по значениям в 10 раз. Это сильно влияет на результаты анализа. А граничные условия, приложенные к выборочному числу конечных элементов, не отличаются от приложенных к целой области геометрической модели. Все это усложняет проверку нагрузок и граничных условий до анализа.

Есть два основных метода проверки нагрузок и граничных условий,

приложенных к модели: • Визуальная проверка с помощью графического отображения, определяющая

расположение нагрузок и граничных условий на модели. • Численная проверка, когда Вы проверяете LBC по табличным значениям.

Как уже говорилось, приложение LBCs предоставляет две основных возможности графического отображения данных LBC: Plot Markers и Plot Contours. Первый из них, Plot Markers, автоматически реализуется для большинства случаев моделирования нагрузок и граничных условий.

Если Вы создаете или изменяете данные LBC, то по умолчанию они

отображаются маркерами. Эти символы имеют разные цвет и форму, чтобы соответствовать специфике Ваших нагрузок и граничных условий. Вот некоторые примеры.

Перемещение

Поворот

Перемещение и поворот

Темпиратура

Сила

788.0

100.0

Примеры Plot Markers для LBCs Эти символы будут постоянно присутствовать на экране, если только их не

отключить. Для управления маркерами, выключения и включения, изменения их цвета существует меню Display/Loads/BCs/Elem.Props.

Entity Color/Label/Render… Plot/Erase… Highlight… Geometry… Finite Elements… Load/BC/El. Props… Named Attributes… Coordinate Frames.. . Titles… Spectrums… Ranges… Color Palette…Shading… Light Sources…

Display

Figure71 Меню Display для Loads/BCs/El.Props

Вы можете активизировать переключатель Show on FEM Only, чтобы отображать LBCs данные прямо на конечных элементах, даже если изначально они были приложены к геометрическим примитивам. Это также является дополнительным видом проверки, так как символы, отображенные на геометрии, показваются только вдоль линий визуализации, которые определяются в меню Display/Geometry.

Если переключатель Show on FEM Only включен, то маркеры отобажаются на каждом узле и элементе конечноэлементной модели. Поэтому становится понятным, как программа анализа воспринимает приложенные нагрузки и граничные условия.

Для скалярных значений можно использовать метод Plot Contours,

производящий цветную раскраску данных по нагрузкам, приложенным к поверхности

модели. Эти скалярные значения могут быть собственно скалярными величинами, такими как температура, или скалярными компонентами векторных величин, например Х- компонента приложенной силы.

Пример отображения нагрузки заливкой

Распределение цветов установлено по умолчанию, но оно может быть изменено в меню Display/Spectrums. Если Вы больше не хотите осуществлять цветную раскраску, то нажмите на кнопку Reset Graphicsв форме меню Plot Contours.

Для численной проверки LBCs значений можно использовать действие Show Tabular приложения LBCs. Тогда появится нижеследующая таблица данных по текущему варианту load case.

Численное отображение LBCs данных действием Show Tabular

Все возможности отображения и проверки прикладываются к текущему

варианту load case. Чтобы просмотреть результаты с другим вариантом load case, сделайте его текущим в приложении LBCs или Load Case.

Но более эффективным методом проверки является внимательная оценка

результатов анализа и сравнение их с тем, что Вы ожидали получить на самом деле. Если результаты анализа сильно отличаются от ожидаемых, то первым делом нужно проверить значения нагрузок и граничных условий.

7.7 Пример Кружки Кофе Помимо создания новой геометрии и импорта CAD модели можно

использоваь MSC.Patran для преобразования модели анализа. Для этого Вы импортируете существующую FEM модель из подходящего источника, такого как база данных MSC.Patran или входной файл MSC.Nastran.

Преобразование модели анализа может существенно повысить возможности

визуализации входного файла и проверки точности матемтической модели. При необходимости можно легко изменить параметры модели, такие как свойства материалов и элементов, а так же нагрузки и граничные условия. Все эти изменения могут быть проведены с помощью графического интерфейса MSC.Patran.

Описание Задачи В этом примере мы попытаемся заново проанализировать кружку кофе,

предположив, что она теперь наполнена ртутью. Мы используем масштабный множитель 13.51, чтобы учесть разницу в плотности. Поскольку гравитация и размеры кружки не меняются, то самым быстрым методом перезадания нагрузки является увеличение масштабного множителя давления, действующего на кружку.

Процедура Анализа

Установка Проекта Анализа

Создание Новой Базы Данных 1) В главно меню MSC.Patran

выберите File >> New. Появится форма New Database.

2) Введите имя cup в строке Filename.

3) Нажмите OK. Появтся фома New Model Preference. Эта форма позволяет определять параметры анализа модели.

4) Установка Параметров Анализа

5) Установите Tolerance на Default. 6) Выберите MSC.Nastran в меню

Analysis Code. 7) Выберите Structural в меню

Analysis Type и нажмите OK.

Geometry

Finite Elements

Material Propertie

Element Properties

Решатель Обработка результатов

Loads and Boundary Conditions

Задание модели

• Импортирование Геометрии

Импортирование Модели Анализа1) В главном меню MSC.Patran выберите

File >> Import. 2) Появится форма Import. 3) В форме Import установите Source >>

MSC.Nastran Input. 4) Введите имя cup в строке Filename и

нажмите Apply. 5) Нажмите на Fit view а затем на Iso3

View.

Geometry

Finite Elements

Material Propertie

Element Properties

Решатель Обработка результатов

Loads and Boundary Conditions

Задание модели

Модель кружки

Отображение Нагрузок и Граничных Условий(LBC)

Отображение Граничных Условий, Приложенных к Кружке.

1) В главном меню MSC.Patran нажмите на приложение Loads/BCs.

2) Наверху формы Loads/BCs установите Action >> Plot Marker.

3) В Current Load Case смените Default на Untitled.SC1.

4) В Assigned Load/BC Sets выберите все наборы LBC, у которых имя начинается с Displ и default_group в окне Select Groups.

5) Так Вы выберите все перемещения, приложенные к модели.

6) Нажмите Apply. 7) Выбранные LBC отобразятся на

экране. Отображение Давления,

Приложенного к Кружке 9) Наверху формы Loads/BCs

установите Action >> Plot Contour и Object >> Pressure.

10) Убедитесь, что в Current Load Case установлено Untitled.SC1.

11) Выберите pload4.1.2D В поле Existing Sets и Top Surf Pressure в Select Data Variable.

12) Выберите default_group в поле Select Groups и нажмите Apply.

13) На экране отобразится давление.

Geometry

Finite Elements

Material Propertie

Element Properties

Решатель Обработка результатов

Loads and Boundary Conditions

Задание модели

• Приложение Нового Варианта Давлений к Модели

Увеличение Давления, Приложенного к Кружке

1) В главном меню MSC.Patran нажмите на приложение Loads/BCs.

2) На верху формы Loads/BCs установите Action >> Modify, Object >> Pressure, Type >> Element Variable.

3) В поле Select Sets to Modify выберите LBC набор pload4.1.2D и нажмите на кнопку Modify Data.

4) На верху формы Modify Data установите Load/BC Set Scale Factor на 13.51. Нажмите OK, а затем Apply в фрме Loads/BCs.

5) Масштабный множитель характеризует разницу плотностей ртути и кофе. Приложенное давление задается PCL функцией “rgh”, и поэтому, чтобы задать новую нагрузку, легче всего увеличить масштабный множитель давления, действующего на кружку. При этом учитывается, что гравитация и высота не меняются.

Geometry

Finite Elements

Material Propertie

Element Properties

Решатель Обработка результатов

Loads and Boundary Conditions

Задание модели

• Создание MSC.Nastran Input File

Создание the MSC.Nastran Input (Bulk Data) File1) В главном меню MSC.Patran нажмите на

приложение Analysis. 2) На верху формы Analysis установите

Action >> Analyze, Object >> Entire Model, Method >> Analysis Deck.

3) Нажмите на кнопку Solution Type. 4) В форме Solution Type выберите Linear

Static. Нажмите OK. 5) В форме Subcase выберите Untitled.SC1

из поля Subcase For Solution Sequence. Нажмите на Default в поле Subcase Selected, чтобы стереть load case по умолчанию. Нажмите OK.

6) Нажмите Apply в форме Analysis. 7) Запустите MSC.Nastran с Терминала. Откройте директорию на вашем

компьютере, где находится входной файл для MSC.Nastran.

9) Введите “nastran cup.bdf scr=yes” и нажмите enter.

10) Эта команда запустит файл MSC.Nastran cup.bdf как входной.

11) Анализ займет несколько секунд в зависимости от скорости компьютера.

Создание входного файла

Запуск анализа

Загрузка результатов анализа

Решатель Обработка результатов

Задание модели

• Возврат Результатов Анализа

Передача Результатов в MSC.Patran для обработки результатов.

1) В главном меню MSC.Patran нажмите на приложение Analysis.

2) На верху формы Analysis установите Action >> Attach XDB, Object >> Result Entities, Method >> Local.

3) Нажмите на кнопку Select Results File.

4) В форме Select File выберите cup.xdb. Нажмите OK.

5) Нажмите Apply в форме Analysis.6) Нажмите Apply в форме Analysis.

Создание входного файла

Запуск анализа

Загрузка результатов анализа

Решатель Обработка результатов

Задание модели

• Постпроцессирование Результатов

Отображение результатов с помощью заливки и деформации модели

1) В главном меню MSC.Patran нажмите на приложение Results.

2) На верху формы Result установите Action >> Create, Object >> Quick Plot.

3) Нажмите на иконку Select Results наверху формы.

4) В поле Select Result Cases выберите SC1:Untitled.SC1, A1 Static Subcase.

5) В поле Select Fringe Result выберите Stress Tensor.

6) в поле Select Deformation Result выберите Displacement, Translational.

7) Нажмите Apply

Создание заливки

Отображение результатов в виде деформации модели

Решатель Обработка результатов

Задание модели

MSC.Patran User’s Guide

Глава

8

Подготовка Модели к Анализу

• Обзор Приложения Element Properties • Основные Понятия и Определения • Создание Свойств Элементов

8.1 Обзор Приложения Element Properties Приложение Element Properties используется для создания, изменения,

удаления и показа наборов свойств (property set), связанных с типами конечных элементов, а так же для приложения этих наборов свойств к геометрическим или FEM примитивам модели. Перечисляя типы элементов, можно назвать shell, beam, rod и spring. Примерами свойств элемента являются толщина shell элемента, область bar элемента. Материалы также прикладываются к модели как свойства элемента.

Возможности по выбору свойств элементов зависит от типа и кода анализа.

За полной информацией нужно обратиться к документации по коду анализа. Внутри определенного кода анализа комбинациям свойств элемента часто даются отдельные имена. Например, в MSC.Nastran часто используется элемент Standard Homogenous Plate. Этот элемент образуется комбинацией 2D, Shell, standard и homogenous опций, а также топологией Quad4 в приложении Elements Properties.

8.2 Основные Понятия и Определения Этот параграф описывает несколько важных понятий и функций, связанных с

приложением Element Properties. Типы Элементов

Типы элементов помогают определять физические характеристики модели. Следующая таблица перечисляет поддерживаемые типы элементов для структурного анализа в MSC.Nastaran(они зависят от кода и типа анализа). Можно заметить, что 2D плоскость может быть типа shell, bending panel, 2D-solid, membrane, shear panel. Все эти типы элементов могут быть построены с помощью одной топологии(используя quad или tria формы с различными узловыми конфигурациями). MSC.Nastran Structural Element Types

Dimension Type 0D (point) Mass, Grounded Spring, Grounded Damper 1D (line) Beam, Rod, Spring, Damper, Gap, 1D Mass 2D (plane) Shell, Bending Panel, 2D-Solid, Membrane, Shear Panel 3D (volume) Solid

Параметры различных типов элементов являются важным вопросом, и

описание всех их вариаций выходит за пределы данного курса. Они могут различаться по поведению структуры при наложении на нее определенных нагрузок. Например, останутся ли напряжения и деформации внутри плоскости, и какое количество степеней свободы у структуры.

Балочное Моделирование и Библиотека Балок в MSC.Nastran Моделирование структур из балок может быть более сложным, чем создание

оболочек, пластин или тел. Во-первых, необходимо задать продольную, изгибную и крутильную, которые могут быть сложными функциями поперечного сечения балки. Затем нужно определить ориентацию сечения в пространстве. Наконец, если центр сечения имеет отступ от двух узлов, определяющих балку, этот отступ необходимо точно задать. К счастью, MSC.Patran позволяет все это делать.

Для облегчения этой задачи в MSC.Patran имеется библиотека балок, расширяющая свойства основных элементов. Использование библиотеки балок — это самый простой способ задания свойств для стандартных поперечных сечений балок. Комбинации Элементов

Приложение Element Properties позволяет устанавливать всевозможные комбинации в полях Dimension, Type, Options и Topology. Следующая таблица перечисляет большинство возможных комбинаций для двухмерного элнмента в MSC.Nastran. Комбинации 2D элементов в MSC.Nastran Dimension Type Option 1 Option 2 Topology 2D Shell

(оболочка) • Homogeneous (гомогенная) • Laminate

(Многослойная) Equivalent Section (Возможность задавать разные свойства при работе эл-та на изгиб, сдвиг в плоскости эл-та и мембранные усилия)

• Standard,Revised и P-element

• Standard,Revised и P-element

Standard,Revised и P-element

Quad и Tria с меняющимися узловыми конфигурациями

Bending

Panel • Standard,Revised и

P-element Quad и Tria с

меняющимися узловыми конфигурациями

2D-Solid • Axisymmetric

(осисимметричный)• Plane Strain

(плоское деформированное состояние)

• Standard, Revised

Quad и Tria с меняющимися узловыми конфигурациями

Membrane • Standard, Revised Quad и Tria с

меняющимися узловыми конфигурациями

Shear Panel Quad и Tria с

меняющимися узловыми конфигурациями

Некоторым комбинациям опций приложения Property назначены собственные

имена. В MSC.Nastran часто используется элемент Standard Homogenous Plate. Он является комбинацией 2D, Shell, standard, homogenous и топологии quad4 в форме

Element Properties. Приложение наборов свойств элементов к модели

Чтобы приложить к модели нобор свойств элемента, необходимо заполнить поле Application Region. В него нужно ввести несколько FEM или геометрических примитивов. Это можно сделать либо введя их имена, либо выбрав их на экране.

Свойства, связанные с геометрией, будут заново приложены к модели при

создании новой КЭ сетки. Если же свойства приложены к FEM примитивам, то их надо будет связывать с новой сеткой снова. Эффект от Изменения Кода и Типа Анализа

Состав набора свойств зависят от типа и кода анализа, установленных в меню Preferences/Analysis или в форме New Model Database. Если их изменить, то изменятся и состав свойств входящих в свойства элементов, причем таким образом, чтобы наиболее соответствовать старым. Все свойства, имеющие аналоги при использовании нового анализа, переносятся автоматически.

Если теперь установить первоначальный код, то совершенно не обязательно

все свойства преобразуются к своему исходному виду. Чтобы решать одну задачу разными кодами, сохраняя изначальные свойства элементов, необходимо скопировать базу данных, а затем уже менять параметры анализа и все остальное. Типы, Имена и Номера Свойств Элементов

Свойство — это информация, требуемая кодом анализа для описания FEM примитива. Это, например, толщина, степень свободы, отступы, направления, массы, имена материалов и т.д. Каждое свойство относится к определенному типу, которых всего девять: Integer (целое), Real (действительное), Scalar (скаляр), Real Sacalar List (список скалярных величин), Vector (вектор), Material Name (имя материала), Character String (строка символов), Node (узел), Coordinate frame (система координат), Nodal Field Name (имя узлового поля) .

Каждый набор свойств имеет имя и номер. Имена могут содержать до 31

символа. Номера присваиваются последовательно. Номера наборов Вы видите только в опции Show/Marker. Поля Свойств Элементов

Поле — это скалярная или векторная функция максимум трех независимых переменных. К имени поля приставляется f:. Поле может быть задано таблицей или PCL выражением. Например, полем задается распределение толщины в оболочке. В приложении Element Properties поля обычно описывают свойства, меняющиеся в пространстве. Просмотр Наборов Свойств Элементов

Действие Show позволяет просматривать свойства элементов, приложенные к модели, с помощью marker plot , scalar plot и tabular plot.

Show/Marker Plot.

Это действие с помощью маркеров и графических символов дает информацию о расположении, значении и направлении свойств элементов. Чтобы удалить их с экрана, отключите General Marker display в меню Display/Functional Assignments или нажмите на иконку Broom.

Show/Scalar Plot.

Это действие поволяет просматривать определенные свойства элементов в виде цветной заливки. Чтобы удалить ее с экрана, откройте меню Display/Entity Types и смените Render Style на Wireframe или нажмите на иконку Broom. Пользователь может по желанию изменять спектр, метод, затемнение и т.д. В качестве данных заливки может выступать любое невекторное свойство элемента.

Show/Tabular Plot.

По-другому можно просмотреть свойства элементов модели в виде таблицы, перечисляющей все элементы с выбранным свойством, расположенные в текущем окне или же во всех окнах.

8.3 Создание Свойств Элементов Важно Свойства элементов определяются в зависимости от кода

анализа. Удостоверьтесь, что в меню Preferences/Analysis установлены правильные код и тип.

В приложении Element Properties Вы определяете тип элемента(beam, shell и

т.д.), свойства элемента, а затем прикладываете все это к геометрическим или FEM примитивам. Тип элемента зависит от размеров модели и от ее предполагаемого поведения. Дополнительные свойства описывают такие параметры как толщина пластины, область балочного элемета, материалы и т.д.

Свойства элементов группируются в наборы. Для каждого набора Вы

определяете имя. Набор связан с кодом анализа, типом анализа и типом элемента (например, MSC.Nastran/Structural/Shell). Меняющиеся свойства описываются полями. Например, с помощью поля можно определить толщину, меняющуюся пространственно(имена полей начинаются с f:). Чтобы открыть приложение Element Properties Нажмите на Properties в главной форме MSC.Patran.

Приложение Element Properties появится на экране.

Установите комбинацию Action, Dimension и Type наверху формы.

Нижняя часть зависит от установленной комбинации.

Actions

Следующая таблица описывает меню Action формы Element Properties.. Описание Меню Action

Create Вводит зависящие от кода анализа данные по свойствам элементов и прикладывает их к выбранным геометрическим или FEM примитивам.

Modify Модифицирует существующие наборы свойств. Delete Удаляет наборы свойств из базы данных. Show Показывает таблицы, перечисляющие геометрические и FEM

примитивы и связанные с ними свойства. Создает скалярные, векторные и маркерные графики выбранных свойств.

Меню Dimension и Type Следующая таблица описывает меню dimension и type для структурного

анализа в MSC.Nastarn.

Dimensions и Element Types (MSC.Nastran Structural)

Dimension Type 0D (Point Elements) Mass, Grounded Spring, Grounded Damper 1D (Line Elements) Beam, Rod, Spring, Damper, Gap, 1D Mass 2D (Plane Elements) Shell, Bending Panel, 2D-Solid, Membrane, Shear Panel 3D (Volume Elements) Solid (Standard, P-element)

Пример Формы Приложения Element Properties Приложение Element Propertiesпозволяет задавать имя набора свойств,

определять область приложения и устанавливать опции, зависящие от кода анализа.

Existing Property Sets. Здесь перечислены имена ранее созданных наборов свойств.

Property Set Name. Если Вы выбрали существующий набор свойств из доступного перечня(или с экрана), то его имя появляется здесь.

Options. Эти опции зависят от кода анализа. За их описанием обращайтесь к документации по коду анализа.свойств.

Input Properties. Открывает подформу Input Properties, зависящую от типа элемента.

Select Members. Введите ID номера примитивов, которые Вы хотите добавить или удалить из поля Application Region. Их можно вводить с клавиатуры или курсором. Это могут быть FEM, ASM или SGM примитивы.

Пример Подформы Input Properties Подформа Input Properties позволяет задавать дополнительную информацию.

Ниже представлен пример подформы Input Properties. Имена свойств, представленные без рамочки, необходимы данному коду анализа. Если Вы не заполните необходимое поле, то получите сообщение об ошибке. Свойства, представленные в рамке, являются необязательными. Вы можете задать их, если нужно, для условий анализа.

Element Props

MSC.Patran User’s Guide

Глава

9

Проведение Анализа

• Обзор Анализа • Основные Понятия и Определения • Установка Параметров Анализа • Проведение Анализа • Получение Результатов Анализа • Проверка Анализа

9.1 Обзор Анализа Приложение Analysis является переходным звеном между возможностью

препроцессирования и постпроцессирования в MSC.Patran и различными кодами анализа, которые можно использовать для анализа модели и получения результатов. MSC.Software позволяет использовать ряд собственных (patran-а) модулей анализа и кроме того предоставляет интерфейсы для нескольких наиболее распространенных кодов анализа.

Более того, MSC.Patran поддерживает разработку кодов анализа третьих лиц

с помощью соответствующих средств, таких как PCL. Уровень интеграции между приложением Analysis и собственными модулями анализа, интерфейсами других програм анализа и интерфейсами модулей анализа, разработанными пользователями идентичен.

После определения и создания модели анализа, выбора кода анализа можно

начать подготовку к передаче модели на анализ и получению результатов. Эта глава содержит примеры, демонстрирующие необходимые для этого действия. Короткий Обзор Процедуры Анализа

Ниже представлены основные вопросы,которые необходимо решить для запуска любого анализа: • Выбор кода анализа. • Определение желательного типа решения. • Выбор последовательности вариантов load cases. • Выбор выходных данных. • Передача на анализ. • Прочтение файлов результатов обратно в MSC.Patran для обработки результатов.

9.2 Основные Понятия и Определения Этот параграф должен помочь Вам установить параметры анализа и выбрать

правильный путь создания модели анализа. Коды Анализа

Код анализа и програмное обеспечение к нему выбираются в зависимости от целей анализа. Вы можете использовать как коды, разработанные в Вашей компании, так и другие доступные программы.

Следующие коды анализа часто используются вместе с MSC.Patran.

• MSC.Nastran позволяет решать основные задачи анализа и оптимизации для линейного и нелинейного структурных и термального анализов. MSC.Nastran предоставляет широкий выбор типов решений для анализа напряжений, вибраций, динамических, акустических, аэроупругих и тепловых характеристик структур и механических компонентов. • MSC.Advanced FEA позволяет проводить нелинейный анализ. Этот код решает структурные и тепловые задачи с большим количеством нелинейных параметров в моделях со сложными материалами. Этот код используется для решения очень сложных задач. • MSC.Patran FEA позволяет решать основные линейные и нелинейные задачи структурного и теплового анализов.

Далее представлено несколько специализированных MSC кодов. • MSC.Thermal позволяет решать сложные тепловые задачи, включающие теплопроводность, конвекцию, радиацию и адвекцию. • MSC.Dytran решает высоконелинейные динамические задачи с большими структурными искажениями или с взаимодействием жидкости и структур. • MSC.Fatigue — это средство оценки долговечности изделий, обладающее встроенными инструментами, позволяющими проводить оптимизацию

долговечности изделия на ранней стадии разработки. • MSC.Droptest позволяет определять деформации и другие последствия от бросания объекта (например, компьютера или телефона) с определенного расстояния на определенную поверхность. Application Preferences

Application Preferences — это дополнительные интерфейсы к наиболее распространенным кодам анализа. Они преобразуют базу данных MSC.Patran к виду, требуемому кодом анализа.

После проведения анализа Application Preferencе преобразует файл результатов в базу данных результатов MSC.Patran. Этими интерфейсами являются: • MSC.Patran ABAQUS • MSC.Patran ANSYS • MSC.Patran DYNA • MSC.Patran LMS CADA-X • MSC.Patran MARC • MSC.Patran NASTRAN • MSC.Patran SAMCEF

MSC.Patran позволяет интегрировать в систему собственные коды анализа. Можно определять зависящие от кода анализа свойства материалов, свойства элементов, MPC и параметры анализа, необходимые в MSC.Patran.

Также возможен доступ к базе данных MSC.Patran для переноса данных из файлов результатов. За дополнительной информацией обращайтесь к части 9 в MSC.Patran Reference Manual. Типы Решений(Solution Types)

Создавая базу данных модели в начальной стадии препроцессирования, Вы вибирате код и тип анализа, например, MSC.Nastran Structural. В приложении Anal-ysis Вы выбираете тип решения.

Типы решений — это различные модули, являющиеся частью определенных кодов и типов анализа. Например, если Вы выбрали код MSC.Nastran и тип Structural, то можно установить следующие типы решений: MSC.Nastran Structural Solution Types Linear Static Complex Eigenvalue Nonlinear Static Frequency Response Normal Modes Transient Response Buckling Nonlinear Transient

Различные типы решений используются для предполагаемого поведения

модели и часто применяются вместе с определенными нагрузками и граничными условиями. Каждый тип решений использует свой набор уравнений для анализа. Результаты

Важной частью проведения анализа является определение выходных данных кода анализа. Необходимые результаты — это перемещения, напряжения, деформации и т.д. После обработки они отобразятся в виде графиков и отчетов.

Большинство кодов анализа предоставляют возможность указывать, какие результаты должны содержаться в выходных данных. В MSC.Nastran это реализуется в формах Basic и Advanced Output Request. Пример формы Basic будет представлен далее. В ней всегда установлен набор по умолчанию.

9.3 Установка Параметров Анализа Разные коды и типы анализа поддерживают разные группы форм элементов,

узловых конфигураций, свойств материалов, свойств элементов, нагрузок и граничных условий. В начале создания модели выбирается код анализа, и затем MSC.Patran предоставляет только возможности, поддерживаемые этим кодом. Код анализа можно изменить, но при этом нужно будет переопределить некоторые части модели.

После создания конечноэлементной модели используйте приложение Analysis для начала проведения анализа. Чтобы открыть приложение Analysis

Actions

Меню Action зависит от кода анализа. Обычно в нем cодержится Analyze, Read, Results и Read Input. Для запуска своего анализа вы должны выбрать действие Analyze. Objects

Это меню определяет, какую часть модели включить в анализ: Entire Model (вся модель) или Current Group (только текущая группа). Чаще используется Entire Model. Methods

Меню Method определяет какие этапы анализа будут выполнены. Оно содержит Full Run (полный анализ), Check Run (проверка модели), Analysis Deck (подготовка файла исходных данных для анализа), Model Only. Если установлено Full Run, и ввод исходных данных пройдет успешно, тогда решатель начинает проводить анализ.

Пример формы приложения Analysis Для собственных модулей Patran-а действие Analyze отправляет модель

Нажмите на кнопку Analysis в главной форме MSC.Patran Main. Приложение Analysis появится на экране.

Установите Action, Object и Method на верху формы.

Проверьте код и тип анализа. Текущие код и тип анализа

отображаются на верху формы. Ихможно изменить в форме Preferences/Analysis.

прямо на анализ. Для других программ анализа действие Analyze создает входные данные, которые затем передаются на анализ. Ниже представлен пример формы, начинающей анализ в MSC.Nastran. Это форма проведения структурного анализа всей модели с помощью MSC.Nastran.

Available Jobs. Перечень всех доступных коду задач.

Jobname. Задается имя задачи, которое будет даваться всем файлам, связанным с проведением анализа этой задачи.

Job Description. Коментарий для текущей задачи.

Translation Parameters. Отображает форму Translation Parameters, в которой определяется информация по созданию выходных данных для программы анализа.

Solution Type. Отображает форму, в которой выбирается тип решения.

Subcase Select. Форма Subcase Select активирует и деактивирует различные расчетные случаи

Subcase Create. Форма создания отдельных расчетных случаев (subcase) для анализа.

Direct Text Input. Форма, определяющая параметры для ввода в файл исходных данных.

Пример Подформы MSC.Nastran Solution Type

Если нажать на кнопку Solution Type в форме Analysis, то появится следующая подформа. Она используется для определения типа решения анализа. .

9.4 Проведение Анализа Процедура анализа в приложении Analysis зависит от выбранного модуля и

типа анализа. Ниже представлены три сценария проведения анализа с помощью MSC.Nastran. Каждый сценарий иллюстрирует процедуру анализа с различными типами решений и различным выбором расчетных случаев. • В случае проведения линейного статического анализа в MSC.Nastran с одним расчетным случаем можно просто нажать на кнопку Apply приложения Analysis. Соответствующие установки по умолчанию будут сделаны автоматически. Для выбора другого типа решения или реализации нескольких расчетных случаев необходимо воспользоваться другими подформами. • Для реализации нескольких расчетных случаев для линейностатического анализа необходимо открыть форму Subcase Select и выбрать оттуда расчетные случаи, созданные на основе имеющихся случаев нагружения (load case), для включения их в задание на расчет. Чтобы изменить параметры для расчетных случаев, например,

Analysis

выходные данные, нужно открыть форму Subcase Create, выбрать расчетный случай и найти соответствующую форму (например, Output Request). Затем нажать на Apply. • Чтобы выбрать тип решения, отличный от линейной статики, сначала откройте форму Solution Type и выберите то, что Вам нужно. Затем можно воспользоваться формой Solution Parameters, изменяющей параметры, влияющие на весь анализ. Расчетный случай (Subcase) создается автоматически для каждого случая нагружения (Load Case). Их можно выбрать в форме Subcase Select или изменить в форме Subcase Create. Термины load case и subcase взаимозаменяемы. нажмите на Apply.

Чтобы Запустить Анализ в MSC.Nastran • Заполните соотвествующие формы и

подформы приложения Analysis Описано Выше.

• Нажмите на Apply. Анализ начнется.

Управление Анализом

Если Вы используете MSC.Nastran, то в поле history будет появляться информация по текущему состоянию анализа. В случае возникновения каких-либо проблем в поле history появится красное сообщение об ошибке, а на экране выскочит отдельное окно диагностики. После завершения анализа соответствующее сообщение появится в поле history.

9.5 Получение Результатов Анализа После проведения процедуры анализа файл результатов нужно вернуть

обратно в MSC.Patran. Как это сделать зависит от используемой программы

анализа. Чтобы получить результаты анализа • В приложении Analysis установите

комбинацию Action, Object и Method. Остальная часть формы зависит от Вашего выбора.

• Нажмите на Select Results File. Выберите Файл результатов.

Actions

Меню Action зависит от используемого кода анализа. Например, в MSC.Nastran Вы можете установить Read Output2 (читать файл с расширением op2) или Attach XDB (подключить файл с расширением xdb). По умолчанию MSC.Patran ищет файл XDB. Objects

Меню object определяет то, что Вы получаете. в MSC.Nastran Вы можете выбрать results entities (результаты), model data (модель) или и то и другое. Если Вы хотите получить результаты, то нужно установить Results Entities. Methods

Меню method определяет, как Вы получаете результаты. В большинстве случаев оно устанавливается на local.

9.6 Проверка Анализа Различные коды анализа имеют разные методы оценки результатов анализа.

Это описано в документации к коду. Однако есть основные моменты, на которые всегда нужно обращать внимание. • Сообщения об ошибках. Каждый код анализа имеет свои сообщения об ошибках. В MSC.Nastran отслеживанием ошибок занимается модуль Analysis Manager.Он вычисляет коээфициент точности конечноэлементной модели Epsilon, который можно проверить после проведения структурного анализа. Принимаются значения меньшие чем 0.000000001. • Сходимость результатов. Спустя некоторое время, пройдя несколько итерационных шагов, модель анализа должна вернуть соответствующие результаты. Если этого не происходит, то проблема либо в параметрах анализа, либо в самой модели. • Большой градиент в данных результатов. Если значения перемещений или напряжений сильно колеблятся в небольшой области модели, то на ней надо создать лучшую КЭ сетку. • Состоятельность получающихся данных. Если есть возможность, то сравните получившиеся результаты с результатами экспериментов над реальными объектами. • Соответствие предполагаемым результатм. Зачастую Вы предсатвляете себе, какими должны быть результаты, и Вашей целью является определение точных значений параметров, выдерживаемых моделью. Если получившиеся результаты существенно отличаются от предполагаемых, то скорее всего в модели или в установках анализа что- то не так.

Как Решать Проблемы, Связанные с Результатами Анализа Если качество результатов Вас не устраивает, необходимо некоторым

образом изменить Вашу модель. Проблемные области зависят от типа тестируемой модели и используемого кода анализа. За дополнительной информацией обращайтесь к документации по коду анализа. Далее перечислены некоторые основные причины, вызывающие неправильные результаты: • Потерянные элементы . • Жесткий элемент рядом с гибким элементом. • Неправильно смоделированные связи балки с оболочкой (beam/plate), балки с объемным телом (beam/solid), или оболочки с объемным телом (plate/solid). • Неправильно смоделированное смещение сечение балки относительно узлов. • КЭ сетка не дает необходимой точности в ключевых по нагружению областях модели.

MSC.Patran User’s Guide

Глава

10

Визуализация Численных Результатов

• Обзор приложения Results • Основные Понятия и Определения • Обработка Результатов • Инструменты постпроцессора Insight

10.1 Обзор Результатов Результаты конечных элементов обычно представляются в численном виде,

например, напряжения и деформации в каждой узловой точке модели. Но только по численным значениям трудно понять настоящее поведение модели. Средства визуализации результатов с помощью компьютерной графики и анимации значительно расширили возможности компьютерного анализа, давая четкое представление о поведении модели.

Приложение Results в MSC.Patran реализует двойственный подход к визуализации, известный как “postprocessing“(обработка). • Наиболее общие возможности отображения и анимации соединены в одном удобном меню. Для отображения результатов требуется главным образом просто выбрать отображаемые результаты и способ отображения. • Другие опции меню предоставляют более широкий диапазон возможностей по отображению и выдаче результатов в сочитании с большей гибкостью в областях таких как управление результатами, отображение результатов для частей модели и настройки отображения.

Помимо приложения Results существует также приложение Insight, позволяющее интерактивно просматривать трехмерные и переходные состояния модели. Основным преимуществом MSC.Patran является возможность работы с большими сложными моделями и базами данных результатов, а приложение Insight использует последние 3D технологии для быстрой визуализации многомерных результатов. Приложение Insight использует множество разных средств, позволяющих исследовать поведение области модели и анимировать ее во времени.

Интерактивное представление результатов связывает конечноэлементный

анализ и Ваши инженерные представления. Посмотрев на цветную заливку результатов, деформированные формы, анимацию движения модели и на численные результаты, Вы можете сделать соответствующие выводы по улучшению Вашего продукта. 10.2 Основные Понятия и Определения

Результаты анализа в высшей мере зависят от типа анализа, программы анализа и установленных опций. А MSC.Patran приводит их к удбобному для обработки виду.

Важно отметрить, что результаты анализа не считываются во время обработки. Они считываются и к ним обращаются в приложении Analysis. В случае, если Вы открываете форму обарботки и не видите там никакиз результатов, то либо анализ не закончен, либо MSC.Patran не может определить местоположение файла резульатов.

Типы Результатов Анализа Большинство результатов представляются в одной из трех форм: скалярной,

векторной и тензорной. • Скалярные результаты представляют одну переменную, например, температуру точки. Также они млгут являться компонентой многомерного результата, например, X-компонента вектора перемещений или значение эквивалентного напряжения в точке. Скалярные величины отображаются цветными заливками, в которых цвет соответствует значению результата или используется как переменная в X(Y) графиках значений результатов.

Цветная заливка скалярных результатов

• Векторные результаты — это трехмерные величины, связанные с осями системы координат. Другими словами, это пространственные результаты. Векторными результатами являются, например, перемещения, напряжения или электромагнитные поля. Пространственные векторные результаты, такие как перемещения, могут быть представлены в виде деформаций КЭ модели, причем для наглядности деформации могут быть отображены в сильно увеличенном масштабе, или в виде графика marker plot, отображающего символы (стрелочки), соответствующие векторным величинам, на некоторых точках модели.

График деформированных форм

• Тензор можно рассматривать как “вектор векторов“. В основном такие результаты получаются, когда векторные рузультаты зависят друг от друга. В качестве примера тензора в структурном анализе можно привести касательное напряжение, когда его компоненты связаны с несколькими координатными направлениями сразу. Тензор состоит из девяти значений в каждой точке модели и может быть отображен с помощью marker plot. В приложении Insight тензорное поле можно отобразить силовыми линиями. Также можно выводить действительные тензорные значения. Result Cases

Значения результатов группируются в так называемые result cases, содержащие все данные по одному шагу анализа. Этот шаг может состоять из отдельного варианта статической нагрузки и граничных условий или представлять результаты соответствующие какому-либо моменту времени при интегрировании переходного процесса или вынужденным колебаниям при какой-либо одной частоте возбуждения. Вне зависимости от источника результатов анализа MSC.Patran единообразно отображает эти один или несколько result case-ов в своих меню.

Даже если существует всего один result case, он все равно должен быть

выбран перед отображением результатов. После того как Вы выбрали Result сase, в соседенем поле появится перечень доступных результатов.

Метод отображения должен соответствовать типу отображаемых результатов.

Для скалярного отображения векторных величин, таких как напряжения или перемещения, появится поле, позволяющее выбирать компоненты этих результатов.

MSC.Patran позволяет комбинировать разные наборы результатов. Однако

для начала необходимо понять, как выводить результаты, получаемые напрямую из программы анализа. Графическое Отображение Результатов

Вы можете визуализировать численные результаты тремя способами. • Цветные заливки. Эти графики схожи с топографическими картами. Они используют цвет для изображения скалярных значений на поверхности модели. Каждый цвет представляет свой диапазон значений, а границы между

закрашенными областями выделяются линиями постоянных значений результатов. Обычно “теплые” цвета(красный) представляют более высокие значения, а “холодные” (голубой) — меньшие значения, хотя это можно изменить, о чем речь пойдет далее. • Деформации модели. Эти графики отображают модель в ее деформированной позиции. По умолчанию для лучшей видимости используется масштабный множитель, увеличивающий эти перемещения. Он может являться множителем реальных перемещений, а может масштабировать максимальные перемещения в процентах от размера экрана (в зависимости от выбора пользователя). • Анимация заливки и/или деформаций модели. При выборе опции Animate возникает анимированное представление, варьирующее цвета заливки с нулевого (все белое) до полных цветов и меняющее форму модели с начального до деформированного состояния.

10.3 Обработка Результатов

Чтобы открыть приложение Results Выберите Results в главном меню MSC.Patran. Приложение Results появится на экране.

Установите Action и Object из падающих меню наверху формы. Нижняя часть формы зависит от вашего выбора.

Приложение Results располагает мощным средствами отображения результатов. Эти результаты можно сортировать, масштабировать, комбинировать, фильтровать или удалять.

Приложение Results визуализирует данные разными типами графиков,

позволяющих графически оценить результаты анализа. Есть также возможность одновременного вывода нескольких графиков, что помогает понять зависимость между результатами. Actions

В приложении Results Вы можете выбрать следующие действия: create, modify, post и delete. Actions Описание Меню Action Create Создает новое визуальное отображение результатов. Modify Изменяет существующий график. Post Выводит или удаляет график с экрана. Delete Удаляет графики из базы данных.

Objects

Следующая таблица описывает меню Objects Objects График Описание Quick Plot График заливки и/или деформаций, использующий установки по

умолчанию. Deformation Изображение модели в деформированном состоянии. Fringe Цветная заливка, представляющая значения результатов. Marker Цветные отмасштабированные символы, представляющие вектор

или тензор. Graph XY графики различных величин. Можно отображать результаты от

разных значений, расстояний, глобальных переменных или по произвольным геометрическим линиям (например, по кривой).

Animation Это не график; большинство графиков можно анимировать если с ними связано более одного варианта load case.

Report Это также не график. Но настройки Report результатов хранятся в базе данных так же, как и другие типы графиков. Их можно создавать или изменять, записывая в текстовые файлы или выводя на экран.

Results Вы можете соединять и разделять результаты, создавать фиктивные результаты для тестирования и демонстрации возможных результатов.

Freebody Это freebody диаграмма MSC/Nastrana, доступная исключительно при обработке результатов этой системы анализа, отображающая баланс сил в узлах модели.

Пример вывода Quick Plot Графика

Эти иконки открывают Display Attribute .

Выберите вариант result case. Поля Fringe result и deformation Result будут заполняться. Если они пусты, то в базе данных нет никаких результатов. Результаты импортируются из приложения Analysis.

Выберите тип результата для отображения в виде заливки.

Выберите результаты перемещений, из которых создается график деформаций. Заливка также отобразится на деформированной структуре.

В наиболее общем случае обработки результатов график Quick Plot можжет

быть использован для быстрого отображения результатов на экране. Часто кроме этого простого меню для вывода результатов в MSC.Patran ничего больше и не требуется.

Fringe создает цветную заливку по значениям. Так как заливка соответствует

скалярным величинам, то выбор вектора или тензора повлечет за собой возникновение дополнительных операций, определяющих, какие компоненты отображать.

Deformation создаст график деформированных форм. Значения деформаций

будут умножены на масштабный множитель, основанный на максимальном размере модели, что обеспечит лучшую визуализацию. Масштабный множитель можно устанавливать самому.

Пример Графика Деформаций

Существует много способов наблюдения и интерпретирования результатов анлиза, как численных так и графических. Более того, другие варианты (не Quick Plot) дают гораздо больше контроля над данными, типом изображения и параметрами графика. Они устанавливаются в меню Object. Вот пример формы Create/Deformation

Шаг 1: Установите Action на Сreate, а Object на Deformation.

Шаг 2: Выберите Result Case из данного перечня.

Шаг 3: Из данного перечня выберите результаты, связанные с вариантом Result Case.

Шаг 4: Нажмите Apply. Появится график.

Использование Других Возможностей Отображения Результатов

Предыдущие примеры иллюстрировали только некоторые настройки отображения и выбор результатов. Другие возможности, такие как параметры экрана и свойства графиков, реализуются посредством других иконок на этой форме. Они будут описаны ниже.

Вот что надо сделать для проведения обработки результатов: • Установите Action на Create. • Выберите тип грфика, используя одну из опций, описанных ниже. • Выберите отображаемый результат. • Выберите для каких узлов или элементов отображать результаты (target

entities), укажите настройки отображения (display attributes) и включать или не включать анимацию.

• Нажмите Apply, чтобы отобразить результаты. Кроме Quick Plot, в приложении Results MSC.Patran-а доступны следующее

операции:

• Deformation. Показывает деформированную форму модели, как описано выше, с полным контролем над параметрами вывода, такими как масштабный фактор, тип отображения модели (сетка, удалиение невидимых линий, тени, заливка модели, отображение только свободных граней) и отображаемые результаты.

• Fringe. Выводит цветную заливку. Полный контроль над большинством параметров результатов и экрана.

• Marker. В масштабном виде выводятся векторные и тензорные величины, такие как напряжения и поля переменных. Эти величины могут отображаться на узлах или элементах, в локальной или основной системе координат.

• Graph. Большинство скалярных результатов можно использовать как независимые переменные для XY графиков от времени, частоты или других величин. Кроме возможностей отображения XY графиков в меню results MSC.Patran, Вы также можете ссылаться по имени на отдельные кривые из приложения XY-Plot — другого основного приложения MSC.Patran и отображать их совместно с другими кривыми например, результаты расчета вместе с экспериментальными данными или результаты нескольких расчетов.

• Animation. Эта форма позволяет анимировать ранее выведенные результаты. С другой стороны, если данные выведены не через Quick Plot, то их можно анимировать сразу, используя опцию Animate или в форме Animation Options (описана ниже).

• Report. Численные результаты можно рассматривать как выходные данные для печати или как входные данные для других приложений.

• Results. Эта форма позволяет создавать новые result case на основе уже существующих, а также демонстрационные результаты, позволяющие оценить графические возможности MSC.Patran при отсутствии действительных результатов. Методы создания результатов включают maximum (максимальные значения среди нескольких result case-ов), minimum, sum (суммирование нескольких result case-ов), average (осреднение по нескольким result case-ам) и создание result case-а используя PCL функцию.

• Freebody. Эта опция создает диаграмму балланса сил для нагрузок и сил реакции. Методы генерации каждого типа результатов довольно похожи.

Соответствующие опции определяются в поле Object приложения Result. Затем выбираются значени и result case вместе с экранными опциями (например, ширина линии для деформированных форм). Отображение выводится кнопкой Apply.

Для регулирования вывода результатов имеется широкое разнообразие

опций, описанных ниже. Помимо действия Create, отображение можно изменять, помещать во viewport или удалять другими дествиями поля Action приложения Results. Опции Results

Для каждого из описанных выше методов существует множество управляющих опций: опции параметров отображения, опции анимации, опции выделения конкретных примитивов. Эти меню открваются нажатием на соответствующие иконки в форме Results. вот некотороы из них:

Select Results. Форма являющаяся активной когда Вы только что вызвали приложение Results. Данная форма позволяет выбирать форму результатов которые будут отображаться (скалярная, векторнеая или тензорная), и какие компоненты используются для отображения векторных или тензорных данных.

Target Entities. Позволяет фильтровать результаты по диапазонам значений и по таким параметрам, как свойства материалов, типы элементов, свойства элементов или определенное множество примитивов.

Display Attributes. Позволяет изменять параметры отображения, зависящие от метода, такие как ширина линии и масштабные факторы.

Plot Options. Зависящий от метода набор опций для кажого типа графика. Например, кнопка Plot Options опции Create/Fringe контролирует в какой системе координат отображать компоненты векторов и тензоров, как осреднять и экстраполировать результаты.

Animation Options. Контролирует параметры анимации, такие как проводить ли анимацию с линейным изменением результатов от кадра к кадру или с синусоидальным, число кадров, методы межкадровой интерполяции.

Помимо этих основных опций существуют другие, зависящие от метода.

Напрмер, опции заливки и деформации для формы Quick Plot, сохранения данных для функции Report.

Остальные параметры отображения можно менять в меню Display главного

меню: • Ranges. Display/Ranges меню позволяет контролировать соответствие

диапазона значений результатов спектру цветов. • Spectrums. The Display/Spectrums меню позволяет определить, какие цвета

используются при отображении результатов. Можно использовать несколько спектров. По умолчанию спектр начинается с холодного цвета (голубого) для малых значений к горячим цветам (красный) для высоких значений. Это можно изменять для лучшего отображения ключевых результатов или для отделения положительных значений от отрицательных.

10.4 Инструменты приложения Insight Возможности приложения Insight в MSC.Patran позволяют визуализировать

сложное трехмерное поведение модели. В отличие от приложения Results, отображающего отдельные результаты, Insight предназначен для их совместной оценки. Это приложения располагает множеством методов отображения результатов.

В настоящее время Insight является отдельной возможностью MSC.Patran со своим собственным экраном и и своими выходными данными. Чтобы открыть это приложение, нужно нажать на кнопку Insightв главном меню MSC.Patran. Чтобы выключить его, необходимо нажать на эту кнопку повторно.

В приложении Insight 13 инструментов:

• Isosurface. Это поверхности, отображающие результаты в 3D модели. Есть две их разновидности: Result isosurface можно рассматривать как аналогию к контурному графику и заливке; это поверхность постоянных значений скалярных результатов в 3D модели. Coordinate isosurface — это совокупность плоскостей, расположенных через равные интервалы, на которых осуществляется цветное отображение результатов. Обе возможности позволяют осознать результаты трехмерного поведения модели.

• Streamlines (линии тока). Отслеживание траектории из одной или более точек через векторное поле.

• Stream Surfaces. Поверхности вдоль линий тока векторного поля. • Threshold. Представляет поверхности, обрезающие части модели выше и

ниже контрольного значения, отображая внутреннее поведение модели. • Fringe. Цветная заливка, сходная с возможностью приложения Result. • Contour plot. Это сеточное представление информации, содержащейся в

заливке. Цвет контура показывает расположение постоянных значений скалярных результатов, заключенных в определенном диапазоне. Такое представление можно совмещать с другими возможностями Insight для лучшего понимания трехмерного поведения модели.

• Element. Элементы раскрашиваются в соответствии со значениями результатов. Эта возможность отслеживает разрывы в результатах и усредняет результаты по центру элемента.

• Tensor. Отображает символы, соответствующие тензорным величинам. • Vector. Отображает символы, соответствующие векторным величинам. • Marker. Отмасштабированные по цвету символы, представляющие скалярные

результаты. • Value. Показывает текстовое отображение скалярных, векторных и тензорных

результатов выбранной точки модели. • Deformation. Создает график деформированных форм модели. • Cursor. Присоединяет результаты к мышке на экране. • Ниже представлен пример Insight Display.

Пример изображения результатов в Insight с координатными

изоповерхностями и маркерами

Работа в режиме Insight делает активным меню Insight Options, поддерживающее разные опции, контролирующие изопопверхности, диапазоны, анимацию и т.д.

• Author

• View
  3.146

• Download
  28