В рамках расчётного модуля ANSYS Mechanical среды Workbench можно производить расчёты отклика конструкции на спектральные воздействия, заданные как единым спектром (SPRS – Single-Point Response Spectrum), так и различными спектрами на разных опорах (MPRS – Multi-Point Response Spectrum). Кроме результатов по перемещениям, напряжениям и относительным деформациям, при задании соответствующих настроек решателя (Analysis Settings) доступен вывод результатов по скоростям и ускорениям.

Для внедрения пользовательских алгоритмов обработки результатов у пользователя может возникнуть необходимость использования APDL-команд. В данной статье описываются особенности применения команд для спектральных расчётов в ANSYS Mechanical.

Настройки модели

При проведении расчёта спектрального отклика опоры, к которым затем будет прикладываться спектр воздействия, задаются на этапе проведения модального расчёта. В нём на опорах задаются нулевые перемещения. В спектральном расчёте задаётся спектр воздействия на конструкцию в виде зависимости перемещения, скорости либо ускорения от частоты. Также задаётся направление воздействия в глобальной системе координат. При проведении расчёта спектр воздействия прикладывается ко всем узлам, на которых в модальном расчёте было задано нулевое перемещение. Если пользователю нужны результаты по скоростям и ускорениям в модели, следует задать соответствующие настройки, как показано на рисунке ниже:

При выполнении расчёта ANSYS читает входной файл ds.dat, созданный модулем Workbench Mechanical, производит расчёт и сохраняет результаты в файл с расширением *.rst, расположенный в папке расчёта. Анализ информации, содержащейся в этом файле, позволяет заключить, что результаты по перемещениям сохраняются в нём на шаге нагрузки №4 и подшаге №1 (Load Step 4, Substep 1). Результаты по скорости и ускорению сохраняются на подшагах №2 и №3 того же 4-го шага нагрузки.

Расположение результатов определяется командами, прописанными во входном файле ds.dat. Ниже приведены четыре фрагмента кода для случая, когда в настройках расчёта были запрошены результаты по скоростям и ускорениям.

Для добавления результатов в файл *.rst используется команда reswrite. В первом из приведенных фрагментов кода мы видим команду SOLVE, запускающую расчёт перемещений. После выполнения команды MCOM, отвечающей за комбинацию откликов по различным частотам, полученный результат записывается во временный файл результатов Temp.rst в 4-й шаг и 1-й подшаг.

/solu
antype,spectr
spopt,sprs
/copy,file,mode,,original,mode
SED,0,1,0
SVTYPE,3
FREQ,1.,1000.,1040.,1084.,1124.,10000.
SV,,1.e-004,1.e-004,2.,2.,1.e-004,1.e-004
srss,0.0,disp
solve
freq
fini
*list,,mcom
/copy,file,mcom,,Displacement,mcom
/post1
/inp,,mcom
reswrite,Temp,4,1
fini
/copy,original,mode,,file,mode

Второй фрагмент входного файла ds.dat отвечает за формирование результатов по скоростям. После выполнения соответствующей команды MCOM, результат записывается во 2-й подшаг 4-го шага нагрузки того же временного файла Temp.rst:

/solu
SED,0,1,0
SVTYPE,3
FREQ,1.,1000.,1040.,1084.,1124.,10000.
SV,,1.e-004,1.e-004,2.,2.,1.e-004,1.e-004
srss,0.0,velo
solve
freq
fini
*list,,mcom
/copy,file,mcom,,Velocity,mcom
/post1
/inp,,mcom
reswrite,Temp,4,2
fini
/copy,original,mode,,file,mode

В приведенном ниже фрагменте производятся аналогичные действия для получения результата по ускорениям, он записывается в 3-й подшаг 4-го шага нагрузки файла Temp.rst.

/solu
SED,0,1,0
SVTYPE,3
FREQ,1.,1000.,1040.,1084.,1124.,10000.
SV,,1.e-004,1.e-004,2.,2.,1.e-004,1.e-004
srss,0.0,acel
solve
freq
fini
*list,,mcom
/copy,file,mcom,,Acceleration,mcom
/post1
/inp,,mcom
reswrite,Temp,4,3
fini
/DELETE,original,mode

Наконец, код в последнем фрагменте входного файла ds.dat webkasino отвечает за переименование временного файла Temp.rst в привычное название файла результатов file.rst:

/DELETE,file,rst
/RENAME,Temp,rst,,file,rst

Таким образом, полученный файл результатов содержит данные только для одного шага нагрузки с номером 4, в котором может быть записано до 3-х подшагов в зависимости от того, запрошены ли результаты по скоростям и ускорениям в настройках решателя. Причина для использования именно 4-го шага нагрузки является не до конца ясной и, по-видимому, относится к реализации каких-то устаревших методик под интерфейсом ANSYS Mechanical APDL.

Результаты в 1-м подшаге 4-го шага содержат перемещения для степеней свободы модели, а также полученные по ним напряжения и относительные деформации. Во 2-м подшаге на месте, которое обычно используется для перемещений, хранятся величины скоростей, так что полученные по ним величины «напряжений» и «относительных деформаций» не будут иметь физического смысла. То же самое относится и к 3-му подшагу, где на месте перемещений записаны ускорения узлов модели.

На рисунке ниже представлено распределение перемещений для тестовой задачи расчёта спектрального отклика:

Дадим ряд комментариев по использованной для тестового расчёта модели. На этапе модального расчёта были заданы две неподвижные опоры по концам пластины. Количество рассчитанных собственных форм выбрано достаточным для того, чтобы перекрыть диапазон спектральных нагрузок.

В таблице ниже приведены собственные частоты, полученные в модальном расчёте:

Как показано на рисунке 2, в настройках спектрального расчёта был задан наиболее простой способ комбинации откликов по различным частотам — квадратный корень из суммы квадратов откликов (SRSS – Square Root of Sum of Squares) – и не использованы дополнительные методики комбинации форм, которые зачастую необходимы для расчёта реальных конструкций:

• Учёт близкорасположенных форм.
• Разделение отклика на периодический и жесткий (Rigid Response Effect).
• Учёт влияния неучтённых в модальном расчёте высших форм колебаний.

В качестве нагрузки использован спектр перемещения, заданный таблично. При этом необходимо быть аккуратным с единицами измерения и при необходимости использовать масштабирующий коэффициент (scale factor). Обратите внимание, что пиковое значение перемещения в спектре лежит около первой собственной частоты колебаний, полученной в модальном расчёте.

При анализе результатов рассматриваются распределения перемещений, в особенности в направлении, соответствующем приложенному спектру нагрузки, также можно вывести распределения перемещений в других направлениях и распределения напряжений и относительных деформаций.

Если результаты по скоростям и ускорениям были запрошены в настройках расчёта, их также можно вывести при анализе результатов:

Спектр нагрузки можно также задавать в виде зависимостей скоростей или ускорений от частоты воздействия. В таблице ниже приведены эквивалентные по воздействию спектры, заданные через перемещения, скорости и ускорения. При этом величины скорости получены домножением перемещения на частоту ω, а для получения ускорения следует ещё раз умножить величину скорости на ω:

Расчёт тестовой модели для любого вида задания спектра приводит к идентичным результатам.

Ряд результатов, которые можно добавить в дерево модели на этапе «Solution», представлены на рисунке 7. Для получения дополнительной информации можно воспользоваться командными вставками (Insert > Commands).

Получение результатов с помощью команд APDL

На рисунке 7 также показано расположение командной вставки (объект «Commands»), которая содержит приведенные ниже APDL-команды. Результаты выполнения команд сохраняются в файле solve.out.

/COM, #####################################################################
/COM, #####################################################################
/COM, APDL Commands for Post Processing after Response Spectrum ###########
/COM, #####################################################################
/COM, #####################################################################
/COM, .
set,list ! Получение списка наборов результатов в RST-файле
/show,png ! Вывод распределений в дереве модели в виде PNG-изображений
/view,1,1,1,1 ! Настройки изометрического вида
/gfile,600 ! Высота изображения в пикселях (рамка добавляется к этой высоте)
!
plnsol,s,z ! Вывод нормальных напряжений по оси Z
plnsol,s,eqv ! Вывод эквивалентных напряжений
!
nsort,s,z ! Сортировка массива нормальных напряжений по оси Z
*get,my_stress_z_max,sort,,max ! Максимальное значение нормальных напряжений по оси Z
*get,my_stress_z_min,sort,,min ! Минимальное значение нормальных напряжений по оси Z
*get,my_stress_z_imax,sort,,imax ! Номер узла, в котором реализуется максимальное значение нормальных напряжений по оси Z
*get,my_stress_z_imin,sort,,imin ! Номер узла, в котором реализуется минимальное значение нормальных напряжений по оси Z

В командах APDL, приведенных выше, не используется команда SET, которая определяет, какой именно результат считывается. Поэтому будет использован последний активный результат. Если в настройках решателя не запрошены результаты по скоростям и ускорениям, будет считан результат по перемещениям, и напряжения будут рассчитаны верно. Если же скорости и (или) ускорения были запрошены, то так как они вычисляются позже, именно последний результат будет считан приведенными выше командами, и полученные величины «напряжений» не будут иметь физического смысла.

Если вставить в команды команду для вывода перечня наборов результатов set,list, то для случая, когда запрошены результаты и по скоростям, и по ускорениям, в файле solve.out будут содержаться следующие строки:

Как видно из таблицы, результаты содержатся только в шаге нагрузки №4, при этом подшаги нагрузки, как было описано ранее, соответствуют результатам по перемещениям, скоростям и ускорениям. Для работы с полем перемещений и для корректного расчёта напряжений следует использовать команду SET:

set,4,1 ! Подгрузить результаты для поля перемещений

Ниже приведен ещё один пример вывода собственных результатов, в котором уже применена команда SET:

/COM, APDL Commands for Post Processing after Response Spectrum ###########
/COM, .
set,list ! Получение списка наборов результатов в RST-файле
/show,png ! Вывод распределений в дереве модели в виде PNG-изображений
/view,1,1,1,1 ! Настройки изометрического вида
/gfile,600 ! Высота изображения в пикселях (рамка добавляется к этой высоте)
!
set,4,1 ! Считывание результатов по полю перемещений <----------
plnsol,u,y ! Вывод перемещений по оси Y
plnsol,s,x ! Вывод нормальных напряжений по оси X
plnsol,s,y ! Вывод нормальных напряжений по оси Y
plnsol,s,z ! Вывод нормальных напряжений по оси Z
plnsol,s,eqv ! Вывод эквивалентных напряжений
nsort,s,z ! Сортировка массива нормальных напряжений по оси Z
*get,my_stress_z_max,sort,,max ! Максимальное значение нормальных напряжений по оси Z
*get,my_stress_z_min,sort,,min ! Минимальное значение нормальных напряжений по оси Z

Обратите внимание, что после проведения сортировки массива напряжений по оси Z с помощью команды nsort, команда *get позволяет получить максимальное и минимальное напряжения. Также с помощью команды *get можно получить значения степеней свободы (в данном случае — перемещений), напряжений, относительных деформаций, а также любую другую информацию, содержащуюся в файле результатов.

Если в параметрах команды SET прописать set,4,2 или set,4,3, то будут подгружены результаты по скоростям и ускорениям, соответственно. Конечно, эти результаты должны быть предварительно запрошены в настройках решателя.

Следует также отметить, что с помощью командных вставок можно создавать выходные параметры, которые будут восприниматься средой Workbench. Для этого имя параметра должно начинаться с заданного префикса, по умолчанию это префикс «my_».

Выводы

Расчётный модуль Workbench Mechanical позволяет производить расчёты отклика конструкции на спектральное воздействие как по единому спектру для всех опор, так и по ряду различных спектров. Файлы результатов для таких расчётов содержат поля перемещений в первом подшаге четвёртого шага нагрузки (Load Step 4, Substep 1). Если в настройках расчёта запросить вывод результатов по скоростям или по ускорениям, эти величины будут соответственно сохранены во втором и третьем подшагах четвёртого шага нагрузки.

Для работы с необходимыми результатами с применением команд APDL необходимо использовать команду SET, в которой указывать, какой набор результатов подгружать. Далее можно использовать команды *GET или *VGET для создания параметров для необходимых результатов. Такой подход позволяет пользователю произвести любую специфическую обработку результатов расчёта, а создание поддерживаемых средой Workbench параметров предоставляет возможность проведения автоматизированных параметрических расчётов.

В рассмотренном примере для комбинации форм используется наиболее простой метод (SRSS), при этом для расчёта реальных конструкций могут понадобиться более сложные настройки. В данной статье стояла цель продемонстрировать работу с результатами посредством команд APDL, поэтому тонкости самого процесса спектральных расчётов не затрагивались.

Источник: simutechgroup.com