Материалы по решению задач модального анализа в Фидесис

NAFEMS Selected Benchmarks for Natural Frequency Analysis "Simply Supported "Solid" Square Plate", Test No FV52.

Решается задача о нахождении собственных частот квадратной пластинки.

Геометрическая модель задачи и сетка представлены на рисунке.

Размер пластинки 10 м х 10 м х 1 м. Ребрам нижней грани пластинки запрещено перемещение вдоль оси Z. Параметры материала E = 200 ГПа, ν = 0.3, ρ = 8000 кг/м3.

Требуется сравнить ненулевые собственные частоты с 4 по 10.

Построение модели

1.Создайте пластинку.

На панели команд выберите модуль построения объёмной геометрии (Режим — Геометрия, Объект — Объём, Действие — Создать).

Из списка геометрических примитивов выберите Параллелепипед. Задайте размеры блока:

X (ширина): 10;
Y (высота): 10;
Z (глубина): 1.

Нажмите Применить.

Построение сетки

Требуется построить сетку из 4*4*1 линейных гексаэдральных элементов, как показано на рисунке с постановкой задачи.

1.На панели команд выберите модуль построения сетки на кривых (Режим — Сетка, Объект — На кривых, Действие — Построение сетки).

Укажите степень измельчения сетки:

Выбор кривых: 1 2 3 4 5 6 7 8 (через пробелы);
Выберите способ построения сетки: Равномерно;
Выберите параметры разбиения: Интервал;
Интервал: 4(см картинку).

Нажмите Применить.

2.На панели команд выберите модуль построения сетки на кривых (Режим — Сетка, Объект — На кривых, Действие — Построение сетки).

Укажите степень измельчения сетки:

Выбор кривых: 9 10 11 12 (через пробелы);
Выберите способ построения сетки: Равномерно;
Выберите параметры разбиения: Интервал;
Интервал: 1.

Нажмите Применить.

3.На панели команд выберите модуль построения объёмной сетки (Режим — Сетка, Объект — Объемная, Действие — Построение сетки).

Выберите объёмы (укажите их ID): 1 (или командой all);
Выберите схему построения сетки: Автоматически.

Нажмите Применить схему.

Нажмите Построить сетку.

Задание граничных условий

1.Закрепите рёбра нижней грани в направлении Z.

На панели команд выберите Режим — Граничные условия, Объект — Перемещение, Действие — Создать.

Задайте следующие параметры:

Автоматическое присвоение ID;
Список объектов: Кривая;
ID объектов: 5 6 7 8 (через пробелы);
Степени свободы: По Z;
Величина: 0.

Нажмите Применить.

Задание материала и свойств блока

1.Создайте материал.

На панели команд выберите модуль задания свойств материала (Режим — Материал, Объект — Управление материалами). Укажите имя материала Material1.

Перетащите из левой колонки надпись Материал Гука в колонку Свойства материала. Задайте следующие параметры:

Модуль Юнга: 2.1e11;
Коэффициент Пуассона: 0.3;
Плотность: 8000.

Нажмите Применить.

2.Создайте блок одного типа материала.

На панели команд выберите модуль задания свойств материала (Режим — Блоки, Объект — Блок, Действие — Добавить сущность в блок).

Задайте следующие параметры:

ID блока: 1;
Выберите объекты, которые будут объединены в блок: Объём;
ID: 1 (или командой all).

Нажмите Применить.

3. Задайте параметры блока.

На панели команд выберите модуль задания свойств материала (Режим — Блоки, Объект — Блок, Действие — Свойства/параметры блока).

Задайте следующие параметры:

ID блока(ов): 1;
Материал: Material 1;
Система координат: Глобальная декартова;
Категория: Объемное тело;
Порядок: 2.

Нажмите Применить.

Запуск расчёта

1.Задайте тип задачи, которую требуется решить.

На панели команд выберите модуль настроек расчёта (Режим — Настройки расчёта, Настройки расчёта — Модальный анализ, Модальный анализ — Общие).

Задайте следующие настройки:

Размерность: 3D
Интервал: 20 – 250.

Нажмите Применить.

Нажмите Начать расчёт.

2.В появившемся окне выберите директорию, в которой будет сохранён результат, и введите название файла.

3.В случае успешно проведённого расчёта в консоли отобразится сообщение: “Calculation finished successfully at "date time", а также будут выведены требуемые значения собственных значений и частот.

Анализ результатов

1.Сравните полученные результаты с результатами, приведенными в таблице.

№	NAFEMS	CAE FIDESYS	Error, %
4	44.762	44.796	0.08%
5	110.52	110.54	0.02%
6	110.52	110.54	0.02%
7	169.08	169.10	0.01%
8	193.93	193.92	0.005%
9	206.64	206.64	0.0%
10	206.64	206.64	0.0%

2.Откройте файл с результатами. Это можно сделать тремя способами.

Нажмите Ctrl+E.
В главном меню выберите Расчёт → Результаты. Нажмитe Открыть последний результат.
На панели команд выберите Результаты. Нажмите Открыть результаты.

3.Можно посмотреть, как деформируется тело.

Для этого выберите фильтр Деформировать по вектору.

Во вкладке Свойства установите следующие параметры:

Вектора: Собственное значени_# (# означает номер собственного значения);
Множитель масштаба: 700.

В результате отобразится деформированное тело. Для того чтобы посмотреть начальную модель, можно нажать на значок рядом с этой моделью в дереве объектов. На картинках ниже представлена деформированная модель в зависимости от собственного значения.

4 собственная форма

5 собственная форма

6 собственная форма

7 собственная форма

8 собственная форма

9 собственная форма

10 собственная форма

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
set default element hex
brick x 10 y 10 z 1
curve 1 2 3 4 5 6 7 8 interval 4
curve 1 2 3 4 5 6 7 8 scheme equal
curve 9 10 11 12 interval 1
curve 9 10 11 12 scheme equal
volume 1 scheme Auto
mesh volume 1 
create displacement on curve 5 6 7 8 dof 3 fix 0
create material 1 
modify material 1 name 'Material 1'
modify material 1 set property 'POISSON' value 0.3
modify material 1 set property 'MODULUS' value 2e+11
modify material 1 set property 'DENSITY' value 8000
set duplicate block elements off
block 1 volume 1
block 1 material 'Material 1'
block 1 element solid order 2
analysis type eigenfrequencies elasticity dim3
eigenvalue find 10 smallest