В модуле ANSYS Mechanical среды Workbench имеется инструмент измерения перемещений в модели (Deformation Probe), который для твердотельных моделей позволяет получить значения перемещений по осям UX, UY, UZ и абсолютной величины перемещения USUM. Эти значения можно измерять как для геометрических элементов, так и для связанных с ними точек (Remote Points). Однако, этот инструмент не позволяет получать значения угловых перемещений.

 

Рисунок 1 – Поле перемещений в модуле Workbench Mechanical

 

В данной статье описано использование команд APDL для определения как линейных, так и угловых перемещений для существующих связанных точек (Remote Point). Если такая точка привязана к деформируемой грани, то результат для неё будет соответствовать среднему значению для грани. Следует отметить, что если к точке не приложена нагрузка, то её наличие никак не повлияет на результат расчёта.

В качестве альтернативы использованию команд APDL, на интересующей грани можно создать соединение общего вида (General Joint) между телом и «землёй». Если освободить все степени свободы в таком соединении, то с помощью инструмента измерения Joint Probe его можно будет использовать для измерения вращений грани.

Измерение перемещений в Workbench

В постпроцессоре модуля Workbench Mechanical имеется инструмент для измерения перемещений (Deformation Probe).

Рисунок 2 – Измерение перемещений (Deformation Probe) для геометрического элемента, системы координат либо связанной точки

 

В числе прочих вариантов для выбора места измерения перемещения, этот инструмент поддерживает выбор связанных точек (Remote Points). Если в настройках задано, что грань, с которой связана точка, может деформироваться, перемещение связанной точки будет соответствовать среднему перемещению по грани, причём наличие связанной точки никоим образом не будет влиять на модель.

Рисунок 3 – Задание связанной точки для измерения перемещений. Обратите внимание на настройку поведения грани (Behavior), к которой привязана точка – деформируемая (Deformable).

 

Если вставить команды APDL (Commands Object) под определением связанной точки (Remote Point), номер узла, к которому привязана точка, будет доступен в переменной “_npilot”. В данном примере, номер узла запоминается как “my_pilot”, ведь переменная “_npilot” обновляется всякий раз, когда происходит задание новой связанной точки. Переменная “my_pilot” будет использована для измерения линейных и угловых перемещений в APDL командах на этапе постпроцессинга. На данном этапе – при задании связанной точки – достаточно одной APDL команды:

my_pilot=_npilot

Рисунок 4 – Запись номера узла для связанной точки (Remote Point) посредством команды APDL

 

На следующем рисунке изображен инструмент измерения перемещений, в котором доступны линейные перемещения UX, UY, UZ и абсолютное значение USUM. Угловые перемещения не доступны.

Рисунок 5 – Инструмент измерения перемещений (Deformation Probe), применённый к связанной точке – таким образом измеряется осреднённое линейное перемещение 

 

С помощью команд APDL можно не только измерить углы поворота узла “my_pilot”, заданного при определении связанной точки, но также получить время, для которого выводится результат. Вот нужные команды:

---

*get,my_ux,node,my_pilot,u,x
*get,my_uy,node,my_pilot,u,y
*get,my_uz,node,my_pilot,u,z
*get,my_usum,node,my_pilot,u,sum
*get,my_rotx,node,my_pilot,rot,x
*get,my_roty,node,my_pilot,rot,y
*get,my_rotz,node,my_pilot,rot,z
/com, преобразование радиан в градусы
pi=acos(-1)
my_rotx=my_rotx*180/pi
my_roty=my_roty*180/pi
my_rotz=my_rotz*180/pi
/com, время, для которого выведены результаты
*get,my_time,ACTIVE,,SET,TIME        ! получение времени из текущей базы данных

---

 

Результаты будут отображены в панели свойств командного объекта, как показано на рисунке:

Рисунок 6 – измерение линейных перемещений UX, UY, UZ, USUM и углов поворота относительно осей X, Y и Z

 

Пользователям необходимо следить за единицами измерения, которые используются в расчёте для линейных перемещений, а также обратить внимание на то, что углы поворота получены в градусах. Результаты считываются для того времени, которое задано в базе данных ANSYS на момент выполнения команд. Если необходимо получить результаты для других ступеней нагружения, подшагов или произвольного времени, следует использовать команду SET. Для передачи значений в эту команду можно использовать Input Arguments блока команд. 

Способ, использующий вспомогательную плоскость (Construction Geometry -> Surface)
Для получения результатов по перемещениям можно использовать вспомогательную плоскость (Surface), созданную в рамках Construction Geometry. Для этого плоскость должна пересекать одно или несколько тел с конечными элементами.

На рисунке ниже показана заданная пользователем система координат “My_Coordinate System”, проходящая через верхнюю грань тела. По плоскости ”My_surface” измерено линейное перемещение вдоль оси Z. В свойствах (Details) распределения перемещений указываются максимальные, минимальные и средние перемещения вдоль Z, но углов поворота при использовании этого способа не получишь.

Рисунок 7 – Измерение с помощью вспомогательной плоскости (Construction Geometry Surface)

 

Обратите внимание, что среднее перемещение в этом способе совпадает с тем, которое было определено ранее.

К сожалению, использование связанной точки не позволяет вычислять среднее значение температуры. При использовании вспомогательной плоскости средняя температура вычисляется, при этом используются все элементы, по которым плоскость рассекает модель. Для получения средней температуры по грани также можно использовать команды APDL, этот приём был описан в одной из предыдущих статей.

Способ, использующий соединение

Для измерения осреднённых углов поворота для интересующей грани, на ней можно создать соединение общего вида (General Joint) между гранью и «землёй» (Body-Ground). Пользователю следует освободить все степени свободы в соединении и использовать инструмент для измерений в соединениях (Joint Probe) для получения значений. Для вывода углов поворота следует указать Relative Rotation в виде результата (Results), а в настройках осей “Result Selection” выбрать “All” (все направления). На интересующей грани необходимо задать деформируемую модель поведения (Deformable Behavior). На следующем рисунке показаны эти настройки и получаемые результаты:

Рисунок 8 – Соединение общего вида (General Joint) в применении к измерению осредненного угла вращения по грани

 

Обратите внимание, что область действия (Pinball Region) в настройках установлена на всю выборку (“All”). Задание конечного значения в этой настройке позволяет ограничить область, по которой вычисляется среднее значение перемещения.

Если для вычисления перемещения используется грань с очень большим количеством узлов, то для обеих способов – через связанную точку Remote Point или через соединение General Joint – может быть заметно увеличение времени решения задачи, вызванное увеличением ширины прохода решателя при работе с матрицей жесткости. В этом случае задание радиуса действия Pinball Region позволяет уменьшить количество затрагиваемых узлов и ускорить решение.

Выводы

В модуле Workbench Mechanical доступен инструмент измерения перемещений (Deformation Probe), который может быть применён к связанной точке (Remote Point) для измерения осреднённых перемещений по некоторой грани тела. Если в настройках задана деформируемая модель поведения грани, с которой связана точка, то её наличие не влияет на результаты расчёта.

Инструмент измерения перемещений в настоящее время не поддерживает измерение углов поворота. Их можно получить с помощью команд APDL, которые на этапе создания связанной точки запоминают номер соответствующего ей узла, а на этапе постпроцессинга выводят результаты по этому узлу.
На рисунках ниже показано, что результаты по линейным перемещениям идентичны как для инструмента Deformation Probe, так и для команд APDL:

Рисунок 9  - Сопоставление результатов, полученных инструментом Deformation Probe в сравнении с командами APDL – обратите внимание на совпадающие UX, UY, UZ

 

Учтите, что углы поворота на предыдущем рисунке были переведены в градусы с помощью команд APDL. Следует обратить внимание, что результаты, полученные командами APDL, всегда отображаются без каких-либо единиц измерения.

В случае использования соединения General Joint, необходимость в использовании команд APDL не возникает, и единицы измерения автоматически отображаются в результатах инструмента измерения (Probe).

 

Источник: https://www.simutechgroup.com/FEA/fea-tips-tricks-ansys-face-translation-rotation.html