Построение модели



Скачать 279.34 Kb.
Дата20.10.2012
Размер279.34 Kb.
ТипГлава



Глава 4. Построение модели
4.1. Краткий обзор главы


  1. Ранее был рассмотрен простой линейный стационарный тепловой анализ, на примере которого показана общая процедура теплового анализа. В следующих главах обсуждаются подробности проведения трех стадий анализа (в основном для стационарных задач).

  2. В этой главе, посвященной построению модели, будут рассмотрены следующие темы :

  3. Выбор тепловых элементов.

  4. Задание линейных и нелинейных тепловых свойств материалов.

  5. Применение в модели элементов с “поверхностным эффектом”.

  6. Вы сможете выполнить Ваше первое упражнение в конце главы.


Для построения конечно-элементной модели используется общий препроцессор PREP7. Эта стадия анализа включает:

  1. Выбор типов элементов и опций.

  2. Определение свойств материалов.

  3. Создание геометрической модели.





MainCmds





































Preproc













/PREP7






















ElemType













RealCons

















Препроцессор PREP7 вводится с помощью команды /PREP7.
4.2. Типы тепловых элементов


  1. Полная библиотека элементов программы ANSYS r. 5.0 содержит свыше 90 элементов различных типов. Любой элемент в библиотеке, который имеет температуру как степень свободы, может использоваться при тепловом анализе.

  2. Температура - это физическая величина, которая не обладает направлением. Следовательно, тепловой анализ - анализ скалярного поля.

  3. Ниже приведены конечные элементы программы ANSYS, которые в качестве степеней свободы имеют только температуру. Такие элементы называются тепловыми элементами.


4.2.1. Тепловые элементы


Линейные:

LINK32

Двумерный теплопроводящий стержень




LINK33

Трехмерный теплопроводящий стержень



Элемент массы

MASS71

Тепловой элемент массы


Элементы, имеющие одинаковые тепловые свойства, могут отличаться только геометрией, что дает возможность создавать модели различной конфигурации.

4.2.2. Сводная таблица тепловых элементов
***Условные обозначения, которые встречаются далее:

2-D - двумерный;

3-D - трехмерный;

DOF - степень свободы.***


2-D т/проводящая балка
LINK32 2-узловой 2-D

DOF:температура

Плоскостная/ осесимметричная проводящая балка
Свойства :B

3-D т/проводящая балка
LINK33 2-узловой 3-D

DOF:температура

Трехмерная проводящая балка

Свойства :B

Элемент конвекции
LINK34 2-узловой 3-D

DOF:температура

Эл.теплопроводности, основанный на коэффициенте теплоотдачи

Свойства :B

Элемент излучения
LINK31 2-узловой 3-D

DOF:температура

Эл.излучения, основанный на коэф. формы и степени черноты
Свойства :B

2-D 8-узловая тепловая поверхность


PLANE77 8-узловой 2-D

DOF:температура

Плоская или осесимметричная поверхность

Свойства: B,E

2-D 4-узловая тепловая поверхность


PLANE55 4-узловой 2-D

DOF:температура

Плоская/осесимм. пов. Условия произвольного массового переноса или жидкости
Свойства: B,E

2-D треугольная тепловая поверхность


PLANE35 6-узловой 2-D

DOF:температура

Плоский /осесим. элемент, при автомати-ческом разбиении на сетку тел произвольн. формы

Свойства: B,E

8-узловая осесим. гармоническая тепловая поверхность

PLANE78 8-узловой 2-D

DOF:температура

Неосесим.нагружение (характер нагр. в виде разложения Фурье)

Свойства: B,E

4-узловая осесимметричная гармоническая тепловая поверхность

PLANE75 4-узловой 2-D

DOF:температура

Неосесим.нагружение (характер нагр. в виде разложения Фурье)
Свойства: B,E

3-D 20-узловой тепловой объем

SOLID90 20-узловой 3-D

DOF:температура

Применяется в основном в 3-D твердых моделях

Свойства: B,E

3-D 8-узловой тепловой объем

SOLID70 8-узловой 3-D

DOF:температура

Условия произвольного массового переноса или жидкости
Свойства: B,E

3-D тетраэдр. тепловой объем

SOLID87 10-узловой 3-D

DOF:температура

Применяется при автоматическом разбиении на сетку тел произвольн. формы

Свойства: B,E

Тепловая оболочка

SHELL57 4-узловой 3-D

DOF:температура

В теплопередаче для плит, оболочек

Свойства: B,E

Тепловая масса
MASS71 1-узловой 3-D

DOF:температура

Для моделирования тепловой емкости

Свойства: B

Свойства:

LD-большой прогиб,

P-пластичность,

N-нелинейный элемент,

LS-большие деформации,

C-ползучесть.

B-birth and death

S-напряженная жесткость

SW-разбухание

E-с оценкой ошибки


4.2.3. Элементы связанных полей


  1. Другие конечные элементы, называемые элементами связанных полей, имеют несколько степеней свободы, одна из которых - это температура.

  2. Эти элементы используются для анализа связанных физических полей, когда рассматриваются проблемы на стыке различных технических дисциплин (тепло, прочность, магнетизм и т.д.).




Тепло /







электричество:

LINK68

Линейный тепло/электрический






тепло/гидродинамический


Обратите внимание, что элементы SOLID5 и SOLID98 могут быть использованы как в связанном тепло-электрическом анализе, так и в тепло-прочностном.
Элементы SOLID5, SOLID98 и PLANE13 можно также использовать для выполнения магнитно-теплового анализа.
4.2.4. Специальные элементы


  1. Существуют и другие элементы, которые имеют несколько степеней свободы, одна из которых - температура.

  2. Такие элементы обычно используются для приложений теплового анализа, приведенных ниже:



COMBIN37

Управляющий элемент (по времени и температуре)







MATRIX50

Суперэлемент (подконструкция с радиацион. эффектом)


Элемент COMBIN37 может использоваться для задания теплового потока как функции температуры (например, для моделирования термостата). Использование этого элемента делает тепловой анализ нелинейным.

Конечные элементы с поверхностным эффектом, SURF19 и SURF22, используются для приложения определенных поверхностных нагрузок (подробнее об этом в следующих главах).

Конечный элемент MATRIX50 может использоваться как суперэлемент в методе подконструкций. Этот суперэлемент может представлять матрицу излучения в тепловом анализе. Матрица излучения обрабатывается вспомогательным процессором AUX12. (Подробнее об излучении см. в Главе 8.)
При выборе тепловых элементов следует руководствоваться следующим:


  1. Соответствует ли тип элемент решаемой задаче? Обращайтесь за подробностями к руководству “Элемент”.

  2. Следует использовать, если возможно, двумерные расчетные модели: их намного проще создать и с их помощью можно быстрее получить решение, чем для трехмерных моделей. Старайтесь использовать, когда возможно, преимущества, которые дает симметрия модели.

  3. Использование элементв более низкого порядка с соответствующей сеткой может дать точные результаты при меньших затратах ресурсов по сравнению с элементом высокого порядка (со срединными узлами на сторонах).


Следует удостовериться, что возможности конечного элемента соответствуют целям конкретного приложения. Ознакомьтесь с разделом руководства “Элемент”, который относится к выбранному элементу, и обратите особое внимание на ограничения и допущения для данного элемента.

В общем случае элементы более высокого порядка со срединными узлами на сторонах более точны, чем элементы более низкого порядка, но требуют большей вычислительной работы.

Элементы низкого порядка с мелкой сеткой дают такие же или лучшие результаты, чем элементы более высокого порядка с крупной сеткой, и более экономичны по затратам ресурсов. Для большинства практических задач можно использовать все (или значительную часть) элементов низкого порядка с четырехугольной сеткой (PLANE55 для двумерных задач и SOLID70 для трехмерных) и получать хорошие результаты.

4.2.5. Задание типа элемента
Тип элемента, который используете в анализе, может быть задан одним из двух способов.


  1. С помощью команды ET:


ET, 1, PLANE77 ! Тип элемента 1 двумерный 8-узловой твердотельный


  1. С помощью панели управления, предназначенной для выбора типа элемента, а также опций и реальных констант:




MainCmds

















































Preproc



















/PREP7




























ElemType

















































ByPanel >























При работе в интерактивном режиме удобным способом задания типа элемента является использование панели управления типом элемента. Панель управления позволяет легко установить опции и константы, относящиеся к каждому отдельному типу элемента.

Курсором мыши выберите опцию “ByPanel >“ для перехода к панели управления. Символ “>“ в любом разделе меню означает обращение к панели управления.

Если используется несколько типов конечных элементов, следует убедиться, что соответствующий номер типа указан (командой TYPE) до введения элементов в модель.

Набор степеней свободы, связанный с типами элементов, которые используется в модели, определяет вид выполняемого анализа.

4.3. Свойства материалов
Типичными свойствами, которые используются в тепловом анализе, могут быть следующие:


KXX

Количество теплоты

Время.Длина.Темп.

Теплопроводность k материала в направлении оси X. Можно также задавать величины KYY и KZZ.










ENTH

Количество теплоты

Объем

Энтальпия


* Вместо массы можно использовать единицы веса. Параметы C и DENS должны быть выражены в одной системе единиц измерения.
Если значения теплопроводностей KYY и KZZ не заданы, они по умолчанию считаются равными KXX.

Энтальпия представляет собой интеграл от (C . DENS) по температуре, т.е.

ENTH = cdT.
Для анализа стационарной теплопроводности задается теплопроводность:
KXX (KYY, KZZ).
Для решения задач нестационарной теплопроводности вводятся параметры:










KXX (KYY, KZZ)




KXX (KYY, KZZ)



C










  1. Количество теплоты рассчитывается в нестационарном анализе по значениям плотности (DENS ) и удельной теплоемкости (C) или энтальпии (ENTH).

  2. Если применяются обе формы ввода параметров, для формирования матрицы удельных теплоемкостей [C] будет использована энтальпия.

Теплопроводность (KXX) должна быть задана как для анализа стационарного, так и нестационарного состояния.

Плотность (DENS), удельная теплоемкость (C) и энтальпия (ENTH) для анализа стационарного состояния не требуются, потому что не рассматривается изменение количества теплоты.

Если не ввести DENS и C (или ENTH), то при анализе нестационарного состояния будет получено решение для стационарного состояния (даже если задан тип анализа ANTYPE, TRANS).

При решении задач с учетом фазовых переходов, которые являются специальным случаем нестационарного теплового анализа, энтальпия должна задаваться как функция температуры, чтобы верно отражать изменения внутренней энергии (детали см. в Главе 9.)

Могут быть заданы и некоторые другие “специальные” свойства материала:


HF

Количество теплоты

Коэффициент теплоотдачи, который




Время.Площадь.Темп.

может быть зависимым от температуры.






для всех других элементов.)


Постоянный коэффициент теплоотдачи определяется как поверхностная нагрузка с помощью одной из команд “SF”. Но если требуется задать коэффициент, зависящий от температуры, то следует сначала определить HF как температурно-зависимое свойство материала, а затем использовать команду “SF” для указания узлов, в которых это свойство задается.

Степень черноты должна быть задана для анализа, который включает теплообмен излучением. Степень черноты указывается для элементов с поверхностным эффектом SURF19 и SURF22 и для элемента радиационной связи LINK31. (Степень черноты может быть определена командой EMIS, если используется процессор AUX12. Подробнее об этом см. в Главе 8.)


  1. Включение температурно-зависимых свойств материалов в тепловой анализ делает анализ нелинейным, поскольку температура является основной переменной.

  2. С другой стороны, включение температурно-зависимых свойств материалов в прочностной анализ не делает этот анализ нелинейным.


Включение эффектов радиационного теплообмена в тепловой анализ также делает его нелинейным.
Используйте семейство команд “МР” для задания свойств материалов.


MainCmds





























































Preproc





























































Material





























































Linear
















































































































































  1. Постоянные свойства материала задаются командой MP.

  2. Имеются два способа определить температурно-зависимые свойства материала:

  3. Может использоваться команда MP для задания свойств в виде полиномов температуры вплоть до четвертого порядка.

  4. С помощью команд MPTEMP, MPTGEN и MPDATA задаются таблицы значений свойств при различной температуре. Сначала задаются температуры (с помощью команд MPTEMP и/или MPTGEN), и затем вводятся соответствующие значения свойств материала (командой MPDATA).

  5. Подробное описание этих команд приводится в руководстве “Команды” и может быть получено с помощью интерактивной системы помощи программы ANSYS.


При определении температурно-зависимых свойств материала убедитесь, что выбран такой диапазон температур для таблицы, который охватывает ожидаемое изменение температуры для всей модели.
Существуют две команды, которые удобны для проверки введенных свойств - это команды MPLIST и MPPLOT. Команда MPLIST выдает свойства материалов в виде таблицы. Команда MPPLOT графически отображает свойства материала как функцию температуры.
_________

Пример



  1. Приведены графики свойств для трех материалов. Необходимые для задания каждого из них команды указаны ниже.




Материал 1

Материал 2

Материал 3



ENTH


  1. Свойства материалов 2 и 3, зависящие от температуры, задаются следующими таблицами.




Материал 2




Материал 3













1

2

3







1

2

3

4

T

0

800

1600




T

1600

2325

2375

3000































KXX

4

7

20




ENTH

54

82

113

140



MP, KXX, 1, 12 } Материал 1

C***

MPTGEN, 1, 3, 0, 800 } Материал 2

MPDATA, KXX, 2, 1, 4, 7, 20

C***

MPTEMP, 1, 1600, 2325, 2375, 3000 } Материал 3

MPDATA, ENTH, 3, 1, 54, 82, 113, 140
4.4. Элементы с поверхностным эффектом в модели


SURF19 (2 – D) SURF22 (3 – D)


  1. Имеется возможность использовать элементы с поверхностным эффектом для приложения различных поверхностных и массовых нагрузок к поверхности элементов другого типа. (Подробнее о том, в каких целях можно и следует использовать эти элементы см. в Главе 5.)

  2. В некоторых случаях можно использовать элементы с поверхностным эффектом для того, чтобы получить некоторые выходные результаты на поверхности модели.

  3. В приведенном далее примере элементы с поверхностным эффектом используется для определения мощности конвективного теплового потока на тех поверхностях, где такая нагрузка приложена.


Элемент SURF19 используются на границах элементов площади и оболочечных элементов, а элемент SURF22 используется на гранях элементов объема.

В упражнении, которое описано в конце этой главы, конвективные нагрузки прикладывается к элементам с поверхностным эффектом, которые присоединены к внешним поверхностям модели.

Конвективные нагрузки можно было прикладывать непосредственно к тепловым элементам (PLANE77). Однако используются элементы с поверхностным эффектом, чтобы было проще получить данные для постпроцессорной обработки, т. е. найти значения конвективного теплового потока.
Задание элемента c поверхностным эффектом в препроцессоре PREP7:


  1. Введите тип элемента (командой ET или с помощью панели управления).


ET,2,SURF19 ! Тип элемента 2 - SURF19


  1. Задайте опции элемента, соответствующие требуемому приложению. Для упражнения, которое приведено в конце этой главы, используйте следующее задание.




KEYOPT, 2, 1, 1

!Опция(1) = 1, степень свободы элемента -




! температура



! при температуре поверхности элемента

  1. Укажите узлы на поверхности, где элементы будут применены.


NSEL, . . .

Выделите узлы на поверхности (2 - D)


  1. Введите команду ESURF для генерации элементов с поверхностным эффектом.




TYPE, 2

! Номер типа элемента 2

ESURF

! Генерирует элементы с поверхностным




! эффектом при выделенных узлах



SURF19 элементы

4.5. Выводы по главе


  1. Первая стадия теплового анализа, построение модели, выполняется в общем препроцессоре PREP7. Она включает задание типов элемента, свойств материалов, описание геометрии модели и разбиение на элементы.

  2. В тепловом анализе может использоваться любой элемент, который имеет температуру как степень свободы. Типы элемента, которые нужно использовать в анализе, могут быть заданы с помощью панели управления типа элемента (или командой ET.)

  3. Свойства материалов, используемые в тепловом анализе, обычно включают теплопроводность, удельную теплоемкость, плотность и энтальпию. (Не обязательно одновременно.) Для задания свойств материалов используется семейство команд MP.

  4. Свойства материалов, зависящие от температуры, делают тепловой анализ нелинейным.


Далее в руководстве приводится первое упражнение. Это - простая задача, иллюстрирующая общие процедуры теплового анализа. В завершение главы будет рассмотрена Часть I упражнения, а Части II и III будут рассмотрены в следующих главах.
4.6. Упражнение A
Цель: выполнить первую стадию нелинейного стационарного теплового анализа - построение модели.
Задача: внутри кирпичного дымохода проходит горячий газ, снаружи дымоход отдает тепло окружающему воздуху. Определить распределение температуры в поперечном сечении дымохода и общие потери тепла.

Твоз-х=20С


Наружная конвективная поверхность

Hfout ,Tвоз-х

Тгаз=200С

0.8 м
Внутренняя конвективная поверхность

Hfin ,Tгаз


1.4 м


Исходные данные:


  1. Дымоход имеет квадратное поперечное сечение.

  2. Теплопроводность кирпича (KXX) = 0.7 Вт / м. C.

  3. Коэффициент теплоотдачи конвекцией для внутренней поверхности (HF­in = 30 Вт / м2. C .

  4. Коэффициент теплоотдачи конвекцией для наружной поверхности является функцией температуры поверхности дымохода. Таким образом, анализ будет нелинейным.


HFout = 1.43.(TS0.53) Вт / м2. C
Рекомендации:


  1. Используйте симметрию задачи и моделируйте только одну восьмую часть дымохода. (Обратитесь к плану анализа, приведенному в разделе 3.3, как руководству по формированию модели.)

  2. Используйте конечный элемент PLANE77 - двумерный, 8-узловой четырехугольный тепловой, для построения модели дымохода. (Используйте сетку 5х5 или что-то в этом роде.)



Моделируемая секция


  1. Введите конечные элементы с поверхностным эффектом (SURF19) на внутренней и внешней поверхностях дымохода (конвективные нагрузки будут прикладываться к элементам SURF19.) Выполните действия, приведенные в конце раздела 4.10.


Обратите внимание:
Конвективные нагрузки можно было бы приложить к элементам PLANE77 без использования элементов SURF19. Однако в этом примере удобно использовать элементы с поверхностным эффектом, так как величина конвективного теплового потока является для элемента SURF19 выходным результатом.
Указания:


  1. Определите все вводимые величины как параметры.

  2. Используйте цикл DO для задания температурно-зависимого коэффициента конвекции HFout в качестве свойства материала. Используйте следующий ряд команд.




TAIR=20

! Задание параметров

TGAS=200





MPDATA, HF, 1, I, C1*(TMP**C2)


MPPLOT, HF, 1

! Показать кривую HF = f(T)




  1. Геометрия модели может быть определена различными методами твердотельного моделирования или прямой генерацией. Простым методом твердотельного моделирования является использование команд POLY и PTXY.







Похожие:

Построение модели iconShow, trn-r-2, grph,1 построение модели /input, table, dat читается геометрия модели

Построение модели iconПостроение табличной информационной модели
Таблицами можно выразить и статические и динамические модели. Таблицами можно выразить модели в различных предметных областях: математические...
Построение модели iconПостроение табличных информационных моделей
Таблицами можно выразить и статические и динамические модели. Таблицами можно выразить модели в различных предметных областях: математические...
Построение модели iconПостроение серединного перпендикуляра
Построение в «Живой геометрии»: выделяем отрезок, в меню Построение – середина, проводим перпендикуляр через середину отрезка
Построение модели iconПостроение скоростной модели среды по кратным волнам от нескольких источников всп

Построение модели icon1. Порядок работы в ansys построение модели
Сравнение методов твердотельного моделирования и непосредственной генерации
Построение модели icon5 Построение модели с помощью булевых операций
Булева алгебра предоставляет средства для комбинирования наборов данных с помощью логических операций (пересечение, объединение,...
Построение модели iconПостроение математической модели трубы кольцевого профиля с бесконечно тонкими ребрами жесткости при воздействии давления

Построение модели iconСистемы телекоммуникаций и теория телетрафика
Построение математической модели нагрузки одного кластера сотовой подвижной связи
Построение модели iconМетодические указания Санкт-Петербург 2008г
Обработка данных тахеометрической съемки и построение цифровой модели местности в программном комплексе AllPlan
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org