Модальный анализ сварной алюминиевой рамы с приборами

В данном примере показан расчет собственных частот конструкции приборной рамы с расставленным на ней оборудованием. Модель алюминиевой сварной рамы выполнена балочными элементами с заданным сечением.

Приборы смоделированы оболочками, масса приборов принимается распределённой по поверхности и моделируется толщиной и плотностью материала. Крепление приборов к раме осуществляется с помощью жестких связей. Вычислено 30 форм собственных колебаний и эффективные массы. Проведен анализ результатов расчета.

Данный расчет позволяет: проконтролировать, нет ли критичных для конструкции или оборудования частот, при необходимости предложить варианты доработки конструкции, проследить, нет ли совпадений частот с внешними элементами, на которые планируется установка рамы.

Построение модели

Создайте параллелепипед. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Создать. Из выплывающего списка выберите Параллелепипед и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.

Скопируйте параллелепипед. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Создать. Из выплывающего списка выберите Копировать с изменением и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.

Получите из объемов поверхности. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Удалить. Введите ID объемов и поставьте галочку Сохранять геометрию более низкого порядка. Нажмите Применить.

Получите из поверхностей кривые. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Поверхность, Действие - Удалить. Введите ID поверхностей и поставьте галочку Сохранять геометрию более низкого порядка. Нажмите Применить

Создайте кривую с помощью двух вершин. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Кривая, Действие - Создать. Из выпадающего списка выберите Линия и задайте ID вершин. Нажмите Применить.

Проделайте то же самое для ID вершин: 151 138, 138 131, 131 95, 119 135, 135 142, 142 183 и 183 190.

Срастите всю модель, для этого введите в командую строку merge all и нажмите клавишу Enter на клавиатуре.

Построение сетки на кривых

Постройте сетку на кривых. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - На кривых, Действие - Построение сетки. Из выплывающего списка выберите Равномерно и укажите необходимые параметры. Нажмите Применить, Построить сетку.

Достроение модели

Создайте цилиндр. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Создать. Из выплывающего списка выберите Цилиндр и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.

Поверните созданный цилиндр на 90 градусов. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Преобразовать. Из выпадающего списка выберите Повернуть и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.

Переместите цилиндр. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Преобразовать. Из выпадающего списка выберите Переместить и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.

Скопируйте цилиндр. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Создать. Из выплывающего списка выберите Копировать с изменением и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.

Получите из объемов поверхности. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Удалить. Введите ID объемов и поставьте галочку Сохранять геометрию более низкого порядка. Нажмите Применить.

Включите видимость кривых, для этого введите в командую строку curve 97 to 104 visibility on и нажмите клавишу Enter на клавиатуре.

В дереве объектов раскройте пункт Геометрия. Выберите тела 33, 36, 37 и 40. Нажмите правой кнопкой мыши и выберите Удалить.

Создайте параллелепипед. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Создать. Из выплывающего списка выберите Параллелепипед и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.

Переместите параллелепипед по оси x на 0.065. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Преобразовать. Из выпадающего списка выберите Переместить и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.

Затем переместите параллелепипед по оси z на 0.05.

Еще раз переместите параллелепипед по оси y на -0.05.

Скопируйте параллелепипед. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Создать. Из выплывающего списка выберите Копировать с изменением и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.

Затем скопируйте параллелепипеды.

Еще раз скопируйте параллелепипеды.

Создайте параллелепипед. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Создать. Из выплывающего списка выберите Параллелепипед и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.

Переместите параллелепипед по оси y на 0.6. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Преобразовать. Из выпадающего списка выберите Переместить и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.

Еще раз переместите параллелепипед по оси x на -0.03.

Получите из объемов поверхности. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Удалить. Введите ID объемов 57 55 53 54 56 51 52 50 49 47 48 46 45 43 44 42 41 и поставьте галочку Сохранять геометрию более низкого порядка. Нажмите Применить.

Срастите всю модель, для этого введите в командую строку merge all и нажмите клавишу Enter на клавиатуре.

Построение сетки на поверхностях

Постройте сетку на поверхностях. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Поверхностная, Действие - Интервалы. Из выплывающего списка выберите Автоматический размер и укажите необходимые параметры. Нажмите Задать размер, Построить сетку.

Задание связей

Задайте связь между узлами. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Связи, Действие - Создать. Из выпадающего списка выберите Выбор главной и побочной сущностей и задайте следующие параметры и нажмите Применить.

Проделайте то же самое для

  • ID объекта главной сущности 1131 1129 1130, ID объекта побочной сущности 130 129;
  • ID объекта главной сущности 1083 1082 1081, ID объекта побочной сущности 166 165;
  • ID объекта главной сущности 1072 1071 1073, ID объекта побочной сущности 170 171;
  • ID объекта главной сущности 2271 2270 2269, ID объекта побочной сущности 395 396;
  • ID объекта главной сущности 2281 2280 2279, ID объекта побочной сущности 2281 2280 2279 389 390;
  • ID объекта главной сущности 3370 3369 3368, ID объекта побочной сущности 569 570;
  • ID объекта главной сущности 3360 3359 3358, ID объекта побочной сущности 574 575;
  • ID объекта главной сущности 20115, ID объекта побочной сущности 567;
  • ID объекта главной сущности 20085, ID объекта побочной сущности 581;
  • ID объекта главной сущности 20135, ID объекта побочной сущности 747;
  • ID объекта главной сущности 20084, ID объекта побочной сущности 761;
  • ID объекта главной сущности 828 829, ID объекта побочной сущности 6530 7317 5454 4665;
  • ID объекта главной сущности 861 860, ID объекта побочной сущности 10258 8393 9182 11045;
  • ID объекта главной сущности 893 892, ID объекта побочной сущности 12121 14773 13986 1291;
  • ID объекта главной сущности 924 925, ID объекта побочной сущности 17714 18501 16638 15849;
  • ID объекта главной сущности 19434, ID объекта побочной сущности 664;
  • ID объекта главной сущности 19464, ID объекта побочной сущности 678;
  • ID объекта главной сущности 712 713, ID объекта побочной сущности 16781 18646;
  • ID объекта главной сущности 643 644, ID объекта побочной сущности 15706 17569;
  • ID объекта главной сущности 464 463, ID объекта побочной сущности 11978 13841;
  • ID объекта главной сущности 534 533 ID объекта побочной сущности 13053 14918;
  • ID объекта главной сущности 354 353, ID объекта побочной сущности 9325 11190;
  • ID объекта главной сущности 283 284, ID объекта побочной сущности 8250 10113;
  • ID объекта главной сущности 12 13, ID объекта побочной сущности 4522 6385;
  • ID объекта главной сущности 107 106, ID объекта побочной сущности 5597 7462;
  • ID объекта главной сущности 218 217, ID объекта побочной сущности 5453 4666;
  • ID объекта главной сущности 262 261, ID объекта побочной сущности 8394 9181 7318 6529;
  • ID объекта главной сущности 861 862, ID объекта побочной сущности 9182 8393 10258 11045;
  • ID объекта главной сущности 442 441, ID объекта побочной сущности 11046 10257 12122 12909;
  • ID объекта главной сущности 622 621, ID объекта побочной сущности 14774 13985 15850 16637;
  • ID объекта главной сущности 802 801, ID объекта побочной сущности 18502 17713;
  • ID объекта главной сущности 18645, ID объекта побочной сущности 940;
  • ID объекта главной сущности 16782, ID объекта побочной сущности 723;
  • ID объекта главной сущности 14917, ID объекта побочной сущности 522;
  • ID объекта главной сущности 13054, ID объекта побочной сущности 877;
  • ID объекта главной сущности 11189, ID объекта побочной сущности 876;
  • ID объекта главной сущности 9326, ID объекта побочной сущности 363;
  • ID объекта главной сущности 7461, ID объекта побочной сущности 95;
  • ID объекта главной сущности 5598, ID объекта побочной сущности 813;
  • ID объекта главной сущности 4521, ID объекта побочной сущности 3;
  • ID объекта главной сущности 6386, ID объекта побочной сущности 844;
  • ID объекта главной сущности 8249, ID объекта побочной сущности 845;
  • ID объекта главной сущности 10114, ID объекта побочной сущности 295;
  • ID объекта главной сущности 11977, ID объекта побочной сущности 454;
  • ID объекта главной сущности 13842, ID объекта побочной сущности 908;
  • ID объекта главной сущности 909, ID объекта побочной сущности 15705;
  • ID объекта главной сущности 17570, ID объекта побочной сущности 655.

Задание материала и свойств блока

Создайте материал. На панели команд выберите Режим - Материал, Объект - Управление материалами. В открывшемся виджете Управление материалами в средней колонке укажите имя материала "AMг6". В колонке свойств откройте список Упругость и перетащите название Материал Гука в колонку Свойства материала. Затем в левой колонке перейдите в раздел Общие и перетащите Плотность и Коэффициент постоянного демпфирования. Задайте необходимые значения. Нажмите Применить.

Создайте второй материал, для этого перетащите материал Углеродистая сталь и поменяйте название на "Оборудование". Задайте новые значения для Плотности.

Нажмите Применить. Закройте окно Управление материалами.

Создайте первый блок с названием "Силовая конструкция". На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Добавить сущность в блок. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Задайте свойства первому блоку. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Свойства/параметры блока. Задайте ID блока и выберите из выпадающих списков: Балка, AMг6. Затем необходимо задать свойства балке, для этого нажмите на кнопку . Введите необходимые параметры. Нажмите Применить.

Закройте окно Задать свойства балки и нажмите Применить.

Создайте второй блок с названием "Навесное оборудование". На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Добавить сущность в блок. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Задайте свойства второму блоку. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Свойства/параметры блока. Задайте ID блока и выберите из выпадающего списка Оболочка. Затем необходимо задать свойства оболочке, для этого нажмите на кнопку . Введите необходимые параметры. Нажмите Применить.

Закройте окно Задать свойства оболочки и нажмите Применить.

Задание граничных условий

Закрепите модель в перемещениях. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Перемещение, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Запуск расчета

Для запуска на расчет в CAE Fidesys выберите на панели команд Режим - Настройки расчета, Настройки расчета - Модальный анализ, Модальный анализ - Общие. Задайте требуемые параметры и нажмите Применить.

Задайте дополнительные настройки. На панели команд выберите Режим - Настройки расчета, Настройки расчета - Модальный анализ, Модальный анализ - 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 - Результаты. Нажмите Открыть результат;

  • На панели команд выберите Результаты (Режим - Результаты, Результаты - Открыть Результат).

Появится окно FidesysViewer, в котором вы сможете ознакомиться с результатами расчёта.

Отобразите 3D вид модели. На главной панели нажмите на Открыть 3D. В результате отобразится 3D вид модели.

Отобразите первые собственные формы колебаний конструкции. Для этого примените фильтр Деформировать по вектору. В фильтре Деформировать по вектору во вкладке Свойства задайте необходимые параметры. Нажмите Применить. В результате отобразится деформированное тело.

Во вкладке Свойства выберите Перемещения для моды 2 и нажмите Применить.

Во вкладке Свойства выберите Перемещения для моды 3 и нажмите Применить.

Во вкладке Свойства выберите Перемещения для моды 4 и нажмите Применить.

Во вкладке Свойства выберите Перемещения для моды 5 и нажмите Применить.

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
brick x 0.2 y 0.2 z 0.2
Volume 1  copy move y 0.2 repeat 3 nomesh 
delete volume all keep_lower_geometry 
delete Surface all keep_lower_geometry 
create curve vertex 186 151  
create curve vertex 151 138  
create curve vertex 138 131  
create curve vertex 131 95  
create curve vertex 119 135  
create curve vertex 135 142  
create curve vertex 142 183  
create curve vertex 183 190  
merge all
curve all size auto factor 1
curve all scheme equal
mesh curve all
create Cylinder height 0.2 radius 0.03 
rotate Volume 29  angle 90  about X include_merged 
move Volume 29 x -0.05 z -0.05 include_merged 
Volume 29  copy move y 0.2 repeat 2 nomesh 
delete volume 29 30 31  keep_lower_geometry 
curve 97 to 104 visibility on
delete body 33
delete body 36
delete body 37
delete body 40
brick x 0.05 y 0.09 z 0.09
move Volume 41  x 0.065 include_merged
move Volume 41  z 0.05 include_merged
move Volume 41  y -0.05 include_merged
Volume 41  copy move z -0.1 repeat 1 nomesh
Volume 41 42  copy move y 0.1 repeat 1 nomesh
Volume 41 42 43 44  copy move y 0.2 repeat 3 nomesh
brick x 0.12 y 0.18 z 0.18
move Volume 57  y 0.6 include_merged
move Volume 57 x -0.03 include_merged
delete volume 57 55 53 54 56 51 52 50 49 47 48 46 45 43 44 42 41  keep_lower_geometry
merge all
surface all size auto factor 1
undo group begin
surface all size auto factor 1
mesh surface all
undo group end
create coupling master node 1117 1118 1119 slave node  136 137  dofs all
create coupling master node  1131 1129 1130  slave node  130 129  dofs all
create coupling master node 1083 1082 1081  slave node 166 165  dofs all
create coupling master node 1072 1071 1073  slave node 170 171  dofs all
create coupling master node 2271 2270 2269  slave node 395 396  dofs all
create coupling master node 2281 2280 2279  slave node 2281 2280 2279 389 390  dofs all
create coupling master node 3370 3369 3368  slave node  569 570  dofs all
create coupling master node 3360 3359 3358  slave node 574 575  dofs all
create coupling master node 20115  slave node 567  dofs all
create coupling master node 20085  slave node 581  dofs all
create coupling master node 20135  slave node 747  dofs all
create coupling master node 20084  slave node 761  dofs all
create coupling master node 828 829  slave node 6530 7317 5454 4665  dofs all
create coupling master node 861 860  slave node 10258 8393 9182 11045  dofs all
create coupling master node 893 892  slave node 12121 14773 13986 12910  dofs all
create coupling master node 924 925  slave node 17714 18501 16638 15849  dofs all
create coupling master node 19434  slave node 664  dofs all
create coupling master node 19464  slave node 678  dofs all
create coupling master node 712 713  slave node 16781 18646  dofs all
create coupling master node 643 644  slave node 15706 17569  dofs all
create coupling master node 464 463  slave node 11978 13841  dofs all
create coupling master node 534 533  slave node 13053 14918  dofs all
create coupling master node 354 353  slave node 9325 11190  dofs all
create coupling master node 283 284  slave node 8250 10113  dofs all
create coupling master node 12 13  slave node 4522 6385  dofs all
create coupling master node 107 106  slave node 5597 7462  dofs all
create coupling master node 218 217  slave node 5453 4666  dofs all
create coupling master node 262 261  slave node 8394 9181 7318 6529  dofs all
create coupling master node 861 862  slave node 9182 8393 10258 11045  dofs all
create coupling master node 442 441  slave node 11046 10257 12122 12909  dofs all
create coupling master node 622 621  slave node 14774 13985 15850 16637  dofs all
create coupling master node 802 801  slave node 18502 17713  dofs all
create coupling master node 18645  slave node 940  dofs all
create coupling master node 16782  slave node 723  dofs all
create coupling master node 14917  slave node 522  dofs all
create coupling master node 13054  slave node 877  dofs all
create coupling master node 11189  slave node 876  dofs all
create coupling master node 9326  slave node 363  dofs all
create coupling master node 7461  slave node 95  dofs all
create coupling master node 5598  slave node 813  dofs all
create coupling master node 4521  slave node 3  dofs all
create coupling master node 6386  slave node 844  dofs all
create coupling master node 8249  slave node 845  dofs all
create coupling master node 10114  slave node 295  dofs all
create coupling master node 11977  slave node 454  dofs all
create coupling master node 13842  slave node 908  dofs all
create coupling master node 909  slave node 15705  dofs all
create coupling master node 17570  slave node 655  dofs all
create material 1
modify material 1 name 'АМг6'
modify material 1 set property 'MODULUS' value 7e+10
modify material 1 set property 'POISSON' value 0.3
modify material 1 set property 'DENSITY' value 2700
modify material 1 set property 'STRUCTURAL_DAMPING' value 0.02
create material 2 from 'Углеродистая сталь'
modify material 2 name 'Оборудование'
modify material 2 set property 'DENSITY' value 50000
set duplicate block elements off
block 1 add curve 98 97 100 99 104 102 101 103 43 38 44 48 37 41 47 39 9 13 6 20 27 2 19 7 11 5 15 25 31 12 32 8 10 14 17 23 26 3 4 1 24 29 35 36 
block 1 name 'Силовая конструкция'
create beam properties 1
modify beam properties 1 type 'Hollow Rectangle'
modify beam properties 1 angle 0.0
modify beam properties 1 ey 0.0
modify beam properties 1 ez 0.0
modify beam properties 1 geom_B 0.02
modify beam properties 1 geom_H 0.015
modify beam properties 1 geom_c1 0.001
modify beam properties 1 geom_c2 0.001
modify beam properties 1 geom_d1 0.001
modify beam properties 1 geom_d2 0.001
modify beam properties 1 mesh_quality 6
modify beam properties 1 warping_dof off
block 'Силовая конструкция' material 1 cs 1 element beam order 1
block 'Силовая конструкция' beam properties 1
set duplicate block elements off
block 2 add surface all
block 2 name 'Навесное оборудование'
create shell properties 1
modify shell properties 1 layer count 1
modify shell properties 1 layer 1 thickness 0.005
modify shell properties 1 layer 1 material 2
modify shell properties 1 layer 1 angle 0
modify shell properties 1 eccentricity 0.5
modify shell properties 1 layer direction normal
modify shell properties 1 thickness_change on
block 'Навесное оборудование' cs 1 element shell order 1
block 'Навесное оборудование' shell properties 1
create displacement  on node 117 140 94 93 364 341 544 521 724 701  dof 1 dof 2 dof 3 fix 
analysis type eigenfrequencies dim3 preload off
eigenvalue find 30 smallest
output nodalforce off energy off record3d on material off modelprops off effective_mass on stressstrain off fullperiodic off