В первой части статьи я описал, зачем в динамических расчётах необходим этап предварительного нагружения, и каким образом его можно осуществить. Также была отмечена важность проверки установившихся начальных условий перед запуском расчёта переходного процесса. В этой статье я расскажу, как выполнить такую проверку.
Наилучшим способом проверки установившихся условий является выполнение динамического расчета без приложения каких-либо динамических нагрузок. Анализируя полученные результаты, вам необходимо убедиться в отсутствии существенных изменений параметров на протяжении всего расчета. Для этого можно построить графики изменения по времени кинетической энергии, напряжений, скоростей и/или перемещений.
Рассмотрим в качестве примера модель лопатки, использующей конечные элементы типа «оболочка». Задача решена как с учетом предварительного нагружения, так и без него. Расчет этапа предварительного статического нагружения осуществлялся с помощью решателя, использующего неявный способ интегрирования (первый метод, описанный в Части 1 [добавить ссылку]). На этапе предварительного нагружения была задана угловая скорость вращения, она же является начальной для динамического расчета. Затем в ходе динамического анализа лопатка была повернута на 90° без приложения каких-либо дополнительных нагрузок. На Рисунке 1 показано изменение напряжений Мизеса в двух элементах лопатки при развороте ее на 90°.
Рисунок 1: Изменение напряжений Мизеса в двух элементах лопатки при развороте ее на 90°.
На рисунке слева показано изменение напряжений при отсутствии этапа предварительного нагружения, а на рисунке справа с его учетом. Пренебрежимо малые изменения в значениях напряжений на правом рисунке свидетельствуют о том, что устойчивые начальные условия были обеспечены. Из сопоставления двух графиков становится очевидным, что использование предварительного нагружения предотвращает неестественные колебания в значениях напряжений. В случае, когда на этапе предварительной нагрузки не были достигнуты устойчивые начальные условия, будут наблюдаться несколько меньшие колебания в значениях напряжений, которые, тем не менее, могут быть довольно существенными.
На Рисунке 2 показано напряженное состояние лопатки при углах поворота 0° и 90° в случае приложения предварительной нагрузки. Результаты расчета, полученные для лопатки под углом 0°, являются конечными результатами для этапа предварительного нагружения и одновременно начальными условиями для динамического анализа переходного процесса. Практически полное отсутствие изменений в картине напряжений под разными углами свидетельствует о том, что устойчивость начальных условий была обеспечена.
Рисунок 2: Напряжения Мизеса в лопатке при углах поворота 0° и 90°
Подводя итог вышесказанному, отметим, что в случаях, когда стационарные нагрузки вызывают в модели существенные напряжения, деформации, смещения деталей и узлов, предварительное нагружение модели является обязательным этапом расчёта перед запуском динамического анализа переходного процесса. Существует несколько методов реализации предварительного нагружения, но в любом случае вы должны проверить, что перед началом динамического расчёта обеспечена устойчивость начальных условий. Этот момент является крайне важным для предотвращения неестественных колебаний в значениях напряжений и обеспечения точности динамического расчета.
Источник: https://caeai.com/blog/why-preload-parts-explicit-dynamics-analysis-and-how-%E2%80%93-part-2
Автор: Steven Hale