fidesys
В статье рассматривается трехмерная задача, решаемая с помощью конечно-элементной модели цилиндра, состоящего из двух слоев однонаправленного ортотропного материала с укладкой 30/-30 градусов.
Построение геометрии
Создайте цилиндр. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Создать. Из выпадающего списка выберите Цилиндр и задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Скопируйте поверхность модели. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Поверхность, Действие - Создать. Из выплывающего списка выберите Копировать и изменить. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Далее удалите лишний объем. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Удалить. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Разрежьте геометрию на две части. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Поверхность, Действие - Разрез. Из выплывающего списка выберите Координатная плоскость. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Срастите все кривые. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Кривая, Действие - Срастить. Из выпадающего списка выберите Срастить. Укажите все кривые и нажмите Применить.
Создание материала
Создайте материал с ортотропными упругими характеристиками. На панели команд выберите Режим - Материал, Объект - Управление материалами. В открывшемся виджете Управление материалами в средней колонке укажите имя материала. В колонке свойств откройте список Упругость и перетащите Ортотропный материал. Задайте необходимые значения.
Нажмите Применить и закройте окно Управление материалами.
Создание системы координат
Создайте декартову СК, относительно которой будут ориентироваться слои многослойного пакета. На панели команд выберите Режим - Система координат, Объект - Создать. Из выпадающего списка выберите тип - Декартова и задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Далее создайте цилиндрическую СК, с помощью которой будет удобно анализировать результаты в постпроцессоре. Из выпадающего списка выберите тип - Цилиндрическая и задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Создайте блок. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Добавить сущность в блок. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Задайте свойства блоку. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Свойства/параметры блока. Задайте ID блока и выберите из выпадающих списков: Оболочка. Затем необходимо задать свойства оболочки, для этого нажмите на кнопку 
. Введите необходимые параметры. Нажмите Применить. Закройте окно Задать свойства оболочки. Нажмите Применить.
Если слоев больше, целесообразно предварительно задать таблицу, например, в excel, скопировать ее в буфер обмена и использовать кнопку Вставить из буфера обмена.
Расчет эффективных свойств
В данной задаче слои многослойного пакета ориентированы под различными углами, чтобы понимать какие прочностные свойства будет иметь весь многослойный пакет в двух направлениях, рассчитаем его эффективные свойства.
В виджете нас интересует только прочностные характеристики, термоупругие пропускаем.
Добавьте получившийся материал к активным материалам, для этого нажмите на кнопку Добавить в активные материалы. Также материал можно экспортировать и использовать как ортотропный материал при проектировании других моделей.
В результате второй материал появится в виджете Управление материалами. По сравнению с углепластиком прочность данного пакета (новый ортотропный материал) в первом направлении меньше, но во втором направлении и сдвиговая прочность стали больше.
Построение сетки
Постройте сетку на модели. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Поверхностная, Действие - Интервалы. Из выпадающего списка выберите Задать размер и задайте необходимые параметры. Нажмите Применить, Построить сетку.
Задание граничных условий
Закрепите боковое стороны. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Перемещение, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Приложите давление на всю модель. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Давление, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Запуск расчета
Задайте настройки расчета. На панели команд выберите Режим - Настройки расчета, Настройки расчета - Статический, Статический - Общие. Задайте требуемые параметры и нажмите Применить.
Задайте параметры решателя. На панели команд выберите Режим - Настройки расчета, Настройки расчета - Статический, Статический - Решатель. Выберите тип решателя и нажмите Применить.
Задайте дополнительные настройки. На панели команд выберите Режим - Настройки расчета, Настройки расчета - Статический, Статический - Поля вывода. Задайте требуемые параметры и нажмите Применить, Начать расчет.
Анализ результатов
Откройте файл с результатами. Это можно сделать тремя способами:
Нажмите Ctrl+E;
В главном меню выберите Расчёт - Открыть результат;
На панели команд выберите Результаты (Режим - Результаты, Результаты - Открыть Результат).
Появится окно FidesysViewer, в котором вы сможете ознакомиться с результатами расчёта.
Отобразите направление волокон в слоях, для этого необходимо выбрать фильтр Построить векторное поле в верхней строке Фильтр - Алфавитный указатель - Построить векторное поле. В появившемся окне свойств укажите необходимые параметры и нажмите Применить. Для расчета установите отображения Нагрузка, для фильтра - Сплошная заливка.
Так как данный фильтр больше не потребуется его можно удалить, для это нажмите правой кнопкой мыши на созданный фильтр и Удалить.
Отобразите деформированный вид модели. Установите фокус в дереве объектов на файл и отобразите для него Фильтры – Алфавитный указатель – Деформировать по вектору. Во вкладке Свойства установите значение - 5 в поле Множитель масштаба. Нажмите Применить.
Так как данный фильтр больше не потребуется его можно удалить, для это нажмите правой кнопкой мыши на созданный фильтр и Удалить.
Далее выберите Фильтр - Алфавитный указатель - Система координат. В появившемся фильтре на странице Свойств выберите Выбрать из доступных, нажмите Применить. В результате цилиндрическая СК из препроцессора отобразится в локальных СК. Максимальные суммарные перемещения глобальной СК равны максимальным перемещениям в радиальном направлении цилиндрической СК.
В свойствах фильтра измените тип на СК слоев оболочек. В результате можно посмотреть напряжения в системе координат каждого слоя, если отображать напряжения в слоях без применения фильтра СК, то напряжения будут отображаться в глобальной СК.
В результате компонента Х покажет напряжения вдоль волокна слоя, а компонента Y, соответственно, напряжения поперек волокна слоя.
Напряжения вдоль волокон в слоях (направление Х):
Напряжения поперек волокон в слоях (направление Y):
Сдвиговые напряжения (направление ХY):
Таким образом, анализ напряжений в системе координат слоя позволяет понять какое напряженное состояние испытывает каждый слой.
Использование консольного интерфейса
Построение геометрии, генерацию сетки, задание граничных условий и материалов можно выполнить с использованием консольного интерфейса. Ниже приведён код программы, позволяющий выполнить шаги описанного выше руководства, необходимо только самостоятельно указать полный путь и название сохраняемого файла.
reset create Cylinder height 2 radius 0.5 Surface 1 copy delete Volume 1 webcut body all with plane xplane offset 0 merge curve all create material 1 modify material 1 name 'углеволокно' modify material 1 set property 'ORTHOTROPIC_G_YZ' value 3.1e+09 modify material 1 set property 'ORTHOTROPIC_G_XZ' value 4.7e+09 modify material 1 set property 'ORTHOTROPIC_G_XY' value 4.7e+09 modify material 1 set property 'ORTHOTROPIC_PR_YZ' value 0.4 modify material 1 set property 'ORTHOTROPIC_PR_XZ' value 0.27 modify material 1 set property 'ORTHOTROPIC_PR_XY' value 0.27 modify material 1 set property 'ORTHOTROPIC_E_Z' value 8.6e+09 modify material 1 set property 'ORTHOTROPIC_E_Y' value 8.6e+09 modify material 1 set property 'ORTHOTROPIC_E_X' value 1.21e+11 create cs type cartesian origin vertex 5 dir1 vertex 6 dir2 vector 1 0 0 create cs type cylindrical origin 0 0 1 dir1 vector 1 0 0 dir2 vector 0 -1 0 set duplicate block elements off block 1 add surface all create shell properties 1 modify shell properties 1 layer count 2 modify shell properties 1 layer 1 thickness 0.002 modify shell properties 1 layer 1 material 1 modify shell properties 1 layer 1 angle 30 modify shell properties 1 layer 2 thickness 0.002 modify shell properties 1 layer 2 material 1 modify shell properties 1 layer 2 angle -30 modify shell properties 1 eccentricity 0.5 modify shell properties 1 layer direction normal modify shell properties 1 thickness_change on block 'Block 1' cs 2 element shell order 2 block 'Block 1' shell properties 1 surface all size 0.04 mesh surface all create displacement on curve 10 6 12 8 dof all fix create pressure on surface 5 6 magnitude -1e7 analysis type static elasticity dim3 solver method direct use_uzawa auto try_other off output nodalforce on energy off midresults off record3d on material on without_smoothing off fullperiodic off
