۰۱ شهریور۱۳:۴۶
این آموزش با استفاده از انسیس ورژن 16.1 برای تحلیل یک مسئله ی خرپای دو بعدی تهیه شده است.
مسئله:
مقادیر جابجایی در گره ها، نیروهای تکیه گاهی و تنش را در سیستم خرپای شکل زیر تعیین کنید.
(E = 200GPa, A = 3250mm2 )
فاز اول: پیش پردازش
1) اجرای نرم افزار
از طریق فایل "Mechanical APDL 16.1"
2) اختصاص دادن عنوان برای پروژه
از طریق نوار ابزار بالا (Utility Menu)
File
Change Title
* عنوان انتخاب شده هنگام شروع به کار در گوشه ی پایین سمت چپ پنجره گرافیکی نمایش داده خواهد شد.
3) وارد کردن نقاط کلیدی
هندسه کلی شکل توسط نقاط کلیدی (Keypoints) که مشخص کننده ی مختصات اصلی خرپا است شبیه سازی میشود. این نقاط ابتدا و انتهای هر عضو را مشخص می کنند.
بنابرین باید تعداد 7 نقطه را مطابق جدول زیر تعریف کنید:
Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS
پنجره ی زیر نمایش داده خواهد شد:
برای تعریف هر نقطه ابتدا شماره آن را در (Keypoint number) و مختصات x,y را به ترتیب در (Location in active CS) وارد کرده سپس گزینه ی (Apply) را انتخاب کنید. پس از تعریف نقطه آخر بدون زدن گزینه ی (Apply) فقط گزینه ی (Ok) را انتخاب نمائید.
* توجه داشته باشید که واحد های اندازه گیری تعیین نشده اند، بنابرین داده ها را با واحد های هماهنگ با هم وارد نمایید.
* برای تصحیح اشتباهات احتمالی میتوانید از مسیر زیر استفاده کنید:
Preprocessor > Modeling > Delete > Keypoints
و سپس نقاط اشتباه را انتخاب و حذف نمائید.
4) ترسیم خطوط
اکنون باید نقاط به یکدیگر متصل شوند.
این کار به سادگی با استفاده از ماوس جهت اتصال نقاط به یکدیگر انجام می شود.
Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Lines > In Active Coord
با استفاده از ماوس یکی از نقاط را انتخاب کنید_ در این حالت مربع زرد رنگی دور نقطه ظاهر می شود_ سپس ماوس را روی نقطه دیگر قرار دهید، مشاهده میکنید بین دو نقطه خطی ایجاد میشود، روی نقطه کلیک کنید. به همین ترتیب این کار را تا کامل شدن هندسه ی خرپا انجام دهید و در پایان روی (Ok) کلیک کنید.
در پایان باید تصویری مشابه زیر داشته باشید:
*لطفا توجه داشته باشید که ممکن است در طی آنالیز خط ها ناپدید شوند، اما این بدان معنا نیست که حذف شده اند. شما میتوانید در هر مرحله از مسیر زیر از طریق نوار ابزار بالا (Utility Menu) خط ها را نمایش دهید:
Plot > Lines
5) تعیین نوع المان
اکنون باید المان ها را تعریف کنیم، به این مرحله از کار مش بندی می گویند.
preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete
پنجره زیر نمایش داده میشود:
روی گزینه ی (Add) کلیک کنید، پنجره ی زیر نمایش داده میشود:
مطابق شکل المان را انتخاب کرده و روی گزینه ی (Ok) کلیک کنید.
6) تعیین مشخصه های هندسی
در این مرحله باید مشخصه های هندسی المان ها را تعیین کنید.
preprocessor > Real Constants > Add/Edit/Delete
روی گزینه ی (Add) کلیک کرده و (Type 1 Link 180) را انتخاب کرده و روی (Ok) کلیک کنید.
پنجره ی زیر نمایش داده میشود:
در کادر مربوط به (Area) مقدار سطح مقطع المان را وارد کرده و روی (Ok) کلیک کنید.
7) تعیین مشخصات فیزیکی المان
در این مرحله باید مشخصه های فیزیکی را با توجه جنس ماده تشکیل دهنده المان تعیین کنید.
preprocessor > Material Props > Material Models
Structural > Linear > Elastic > Isotropic
در واقع ما در این مسئله از جنس استیل استفاده میکنیم، بنابرین مقدار مدول الاستیسیته(EX) را 2000000 پاسکال وارد میکنیم.
*چون مسئله دو بعدی است مقدار ضریب پواسون(PRXY) را خالی میگذاریم که به صورت پیشفرض 0 خواهد بود.
روی (Ok) کلیک کرده و پنجره را ببندید.
8) سایز بندی مش ها
در این مرحله چگونگی مش بندی را مشخص میکنید.
preprocessor > Meshing > Size Cntrls > ManualSize > Lines > All Lines
در کادر(NDIV) تعداد تقسیمات هر خط را برابر 1 قرار دهید، در این حالت هر خط معادل یک المان خواهد بود.سپس روی (Ok) کلیک نمائید.
9) مش بندی
در این مرحله شکل را مش بندی میکنید.
preprocessor > Meshing > Mesh > Lines
روی گزینه ی (Pick all) کلیک نمائید.
اکنون باید شکل مطابق تصویر زیر باشد.
*شماره گذاری
برای نمایش شماره خط یا المان ها یا نقاط از مسیر زیر از طریق نوار ابزار بالا (Utility Menu) استفاده کنید:
PlotCtrls > Numbering
پنجره را مطابق تصویر بالا کامل کنید و روی (Ok) کلیک نمائید.
*ذخیره کردن پروژه
می توانید از مسیر زیر از طریق نوار ابزار بالا (Utility Menu) پروژه را ذخیره نمایید:
File > Save as
فاز دوم: بارگذاری، شرایط مرزی، حل مسئله
1) تعیین نوع آنالیز
تا به اینجای کار شما مدل مسئله را تعربف کرده اید، اکنون باید شرایط بارگذاری و شرایط مرزی را تعیین کرده و به حل مسئله بپردازید.
در مرحله ی نخست باید آنالیز حل مسئله را تعیین کنید، برای این کار از مسیر زیر استفاده نمائید:
Solution > Analysis Type > New Analysis
پنجره زیر نمایش داده خواهد شد:
مطابق تصویر گزینه ی (Static) را انتخاب کرده و روی (Ok) کلیک نمائید.
2) اعمال شرایط مرزی
همانطور که میدانید تعیین شرایط مرزی در تحلیل مسائل استاتیکی امری ضروریست.
از مسیر زیر استفاده نمائید:
Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Keypoints
پنجره زیر نمایش داده خواهد شد:
گره انتهای سمت چپ خرپا(Keypoint 1) را انتخاب کرده و روی (OK) کلیک نمائید.
پنجره زیر نمایش داده میشود:
با توجه به اینکه این مفصل ثابت شده است، باید تمام درجات آزادی انتقالی و دورانی آن مقید باشند.بنابرین در کادر (DOFs to be constrained) گزینه ی (All DOF) را انتخاب نمائید و مقدار آن را در کادر (VALUE Displacement value) برابر 0 قرار دهید و روی (OK) کلیک کنید.
چند مثلث آبی رنگ در نمایشگر گرافیکی روی تصویر ظاهر خواهند شد که نمایانگر قیدهای جابجایی هستند.
این کار را برای نقطه سمت راست خرپا با برداشتن انتخاب از روی گزینه ی (All DOF) و انتخاب گزینه ی (UY) انجام دهید.
با این کار مفصل را با یک تکیه گاه غلطکی مقید به حرکت در راستی افقی کرده اید.
3) بارگذاری
با توجه به دیاگرام مسئله، چهار نیروی 280، 210، 280و 360 کیلو نیوتنی در نقاط کلیدی1، 3، 5و 7 اعمال شده است.
از مسیر زیر:
Solution > Define Loads > Apply > Structural > Force/Moment > on Keypoints
نقطه اول را انتخاب کرده و روی (OK) کلیک کنید.
پنجره زیر نمایش داده میشود:
در کادر اول راستای نیرو را انتخاب کنید:(FY) یعنی در راستای عمودی
در کادر پایین مقدار و جهت نیرو را با علامت وارد نمایید.علامت منفی یعنی جهت منفی محور عمودی
سپس روی (Ok) کلیک کنید.
نیرو با پیکان قرمز رنگی در نمایشگر گرافیکی ظاهر خواهد شد.
این کار را برای نقاط دیگر نیز انجام دهید.
در پایان تصویر زیر را خواهید داشت:
4) تحلیل سیستم
اکنون باید نرم افزار، سیستم را تحلیل کند.
برای این کار از مسیر زیر اقدام نمائید:
Solution > Solve > Current LS
پنجره زیر نمایش داده میشود:
*در این پنجره خلاصه ای از تنظیماتی که اعمال شده نمایش داده میشود.
روی (Ok) کلیک نمائید:
سپس پنجره زیر به نشانه ی اتمام مراحل تحلیل نمایش داده میشود:
فاز سوم: خروجی گرفتن از نتایج مسئله
1) محاسبات دستی
ابتدا محاسبات نیرو و تنش برای المان شماره 1 به صورت دستی انجام میشود.
2) محاسبات کامپیوتری (نتایج نرم افزار انسیس)
نیروهای تکیه گاهی:
برای محاسبه نیروهای تکیه گاهی از مسیر زیر استفاده نمائید:
General Postproc > List Results > Reaction Solu
پنجره ی زیر نمایش داده میشود:
گزینه ی (All struc forc F) را انتخاب کرده و روی (Ok) کلیک نمائید.
نتایج زیر نمایش داده خواهند شد:
مشاهده میشود نتایج _ که با رنگ زرد مشخص شده اند _ بر نتایج محاسبات دستی منطبق هستند.
تغییر شکل:
برای مشاهده حالت تغییر شکل یافته از مسیر زیر استفاده کنید:
General Postproc > Plot Results > Deformed Shape
پنجره ی زیر نمایش داده خواهد شد:
گزینه ی(Def + undef edge) را انتخاب نموده و روی (Ok) کلیک کنید.
در این حالت هر دو حالت تغییر شکل یافته و تغییر شکل نیافته را طبق تصویر زیر مشاهده خواهید کرد:
مقدار تغییر شکل بیشینه (DMX=7.409) را در گوشه ی سمت چپ بالای تصویر مشاهده میکنید.همچنین مشاهده میشود که هیچ تغییر شکلی در نقطه با درجه آزادی 0 وجود ندارد.
خمش:
برای محاسبات تغییر شکل و انحرافات با جزئیات بیشتر، از روش زیر عمل کنید:
General Postproc > Plot results > Contour Plot > Nodal Solution
پنجره ی زیر نمایش داده میشود:
گزینه ی (ِDisplacement vector sum) را انتخاب کرده و روی (Ok) کلیک کنید.
اکنون تصویر زیر را مشاهده خواهید کرد:
به اعداد نگاه کنید!در صورتی میخواهید درجه بندی یکدست تر و مناسب تری داشته باشید از مسیر زیر استفاده نمائید:
از طریق نوار ابزار بالا(Utility Menu):
Plot Controls > Style > Contours > Uniform Contours
کادر ها را مطابق تصویر بالا پر کرده و روی (Ok) کلیک نمائید.
اکنون تصویر زیر را مشاهده میکنید:
همچنین می توانید مقادیر تغییر شکل را از طریق مسیر زیر لیست نمائید:
General Postproc > List Results > Nodal Solution
پنجره ی زیر نمایش داده خوهد شد:
گزینه ی (Displacement vector sum) را انتخاب نموده و روی (Ok) کلیک کنید.
پنجره ی زیر نمایش داده خواهد شد:
مشاهده میکنید که مقادیر همان چیزی هستند که انتطارش را داشتیم، یعنی تمام جابجایی ها در نقطه ی 1 صفر هستند و در نقطه ی 7 در جهت عمودی نیز صفر هستند.
*میتوانید از گوشه ی سمت چپ بالای پنجره با استفاده از گزینه ی (File) و سپس (Save as) نتایج را ذخیره نمائید.
تنش محوری:
برای المان های خطی (نظیر اتصالات، ستون، تیر، لوله و ...) نیاز به جدول المانی(Element Table) برای دسترسی به داده های استنتاجی، داریم.برای این مثال باید مقادیر تنش های محوری را بدست آوریم تا با مقادیر محاسبات دستی مقایسه کنیم.جدول المانی برای هر نوع المان متفاوت است بنابرین با استفاده از (Help) برنامه جدول مناسب را برای المان (Link 180) پیدا میکنیم.در نتیجه در مسیر زیر، کادر ها را مطابق تصویر انتخاب و پر میکنیم:
General Postproc > Element Table > Define Table
روی (Add) کلیک کنید:
کادر ها را دقیقا مطابق تصویر بالا تکمیل نموده و روی (Ok) کلیک کنید.پنجره (Element Data Table) را نیز ببندید.
*از آنجایی که قبلا گام شمارنده را به حالت(User Specified) تغییر داده بودید، برای محاسبات دقیق تر از مسیر زیر از طریق نوار ابزار بالا (Utility Menu) دوباره آن را به حالت(Auto calculated) برگردانید:
PlotCtrls > Style > Contours > Uniform Contours
اکنون مسیر زیر را دنبال کنید:
General Postproc > Element Table > Plot Elem Table
مطمئن باشید که کادر ها مطابق پنجره زیر باشند و سپس روی (Ok) کلیک نمائید.
کادر گرافیکی به شکل زیر خواهد بود:
برای لیست کردن نتایج تنش های محوری از مسیر زیر استفاده نمائید:
General Postproc > Element Table > List Elem Table
پنجره زیر را مشاهده خواهید کرد:
گزینه ی (SAXL) را انتخاب کرده و روی (Ok) کلیک نمائید.
پنجره ی زیر را مشاهده خواهید کرد:
همانطور که مشاهده میکنید، مقدار تنش برای المان 1 برابر 82.9MPa محاسبه شده است، که این مقدار معادل با همان مقداری است که از محاسبات دستی استخراج شد.
ادامه بده