Uploaded by bubjuu2ppa

Лаба 3 Ферма

advertisement
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Комсомольский-на-Амуре государственный университет»
Факультет авиационной и морской техники
Кафедра «Авиастроение»
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
по дисциплине «Проектирование самолетов»
Тема: Оптимизация фермы
Вариант №2
Студент группы 9ТС-1
А.Г. Герасимов
Преподаватель
К.С. Бормотин
2023
Цель
работы:
провести
статический
анализ
напряженно-
деформированного состояния фермы и оптимизировать ее.
Исходные данные:
Рисунок 1 – Схема конструкции
Таблица 1 – Исходные данные
Р1 Р2 Р3
Номер
варианта
2
кН
10
3
а
h
м
4
2,5 -
Площадь
Модуль
α, поперечного
Коэффициент
Юнга
град сечения (А),
Пуассона (v)
(Е), Па
м^2
60
4,516
30*10^6
0,33
2
Создание геометрической модели
По известным размерам фермы строим геометрические точки:
Geometry / Create / Point / XYZ / Point Coordinates List: [0 0 0] / Apply. Аналогично создаются остальные точки (рис. 2).
Рисунок 2 – Создание точек построения схемы
Соединяем точки с помощью отрезков следующей командой: Geometry
/ Create / Curve / Point / Option : 2Point / Starting Point List: Point 1 / Ending
Point List: Point 2 / Apply. Также соединяем все остальные точки (рис. 3).
3
Рисунок 3 – Соединение построенных точек
Дискретизация
В большинстве случаев разбить конструкцию на конечные элементы
можно способом автоматического построения сетки. В данном случае установим максимальную длину элементов – 4 м, так чтобы элементы конструкции (отрезки) были цельными элементами.
Elements / Create / Mesh Seed / Uniform / Element Length(L) / Length : 4 /
Curve List: указываем все отрезки / Apply.
Затем создаем конечные элементы на стержнях: Elements / Create /
Mesh / Curve / Topology: Bar2, Curve List: указываем все отрезки / Apply (рис.
4).
4
Рисунок 4 – Создание конечных элементов на стержнях
Для удаления наложенных узлов или узлов, расположенных вблизи
друг друга на определенной дистанции, нужно выполнить следующую команду:
Elements / Equivalence / All / Tolerance Cube / Equivalencing Tolerance:
0.005 / Apply.
Допуск 0.005 устанавливается по умолчанию. Если узел находится на
расстоянии до другого узла, меньшем указанного допуска, то он удаляется.
5
Определение граничных условий
В MSC.Patran имеется возможность граничные условия прикладывать
как к геометрическим объектам, так и конечным элементам. В точках А и B
шарнирное закрепление:
Loads/BCs / Create / Displacement / Nodal / New Set Name : A / Input Data
/ Translations : < ,0, > / OK / Select Application Region / Select Geometry Entities:
Point 1 / Add / OK / Apply.
Loads/BCs / Create / Displacement / Nodal / New Set Name : B / Input Data
/ Translations : / OK / Select Application Region / Select Geometry Entities: Point
4 / Add / OK / Apply.
В данной задаче будем рассматривать деформирование в плоскости
XOY, поэтому запретим перемещения по оси Oz:
Loads/BCs / Create / Displacement / Nodal / New Set Name : z/ Input Data /
Translations : < , , 0> / OK / Select Application Region / Select Nodes: Указываем
все узлы / Add / OK / Apply (рис. 5).
Рисунок 5 – Задание граничных условий
Сосредоточенная нагрузка:
6
Loads/BCs / Create / Force / Nodal / New Set Name : P1 / Input Data / Force
<F1 F2 F3>: <0, -10000, 0> / OK / Select Application Region / Select Nodes:
Node 6 / Add / OK / Apply.
Loads/BCs / Create / Force / Nodal / New Set Name : P2 / Input Data / Force
<F1 F2 F3>: <0, -3000, 0> / OK / Select Application Region / Select Nodes: Node
11 / Add / OK / Apply.
Loads/BCs / Create / Force / Nodal / New Set Name : P2 / Input Data / Force
<F1 F2 F3>: <4000, 0, 0> / OK / Select Application Region / Select Nodes: Node
38 / Add / OK / Apply. В результате получаем следующую модель рис. 6.
Рисунок 6 – Задание сосредоточенных сил
Задание свойств материала
Создание изотропного материала со свойствами согласно условиям задачи:
Materials / Create / Isotropic / Manual Input / Material Name : m / нажмите
кнопку Input Property / Constitutive Model : Linear Elastic / Elastic Modulus =
3E06 / Poisson Ratio = 0.33 / OK /Apply.
Задаем свойства конструкции, где указываем тип элементов.
7
Properties / Create / 1D / Rod / Property Set Name : p / Input Properties /
Material Name: m: m / Area : 4.516 / OK / Select Application Region / Select
members: указываем всю модель / OK / Apply (рис. 7).
Рисунок 7 – Задание свойств конструкции
Выполнение расчета
Перед началом расчета необходимо указать тип решения и вывод результатов. При запуске на расчет MSC.Patran формирует входной файл и передает его в MSC.Nastran.
Analysis / Analyze / Entire Model / Full Run / Solution type / Solution type:
Linear Static / OK /Apply.
После расчета присоединяем файлы результатов:
Analysis / Access Results / Attach XDB / Result Entities / Select Result File:
указываете файл результатов / OK /Apply.
Отображение результатов выполняется командой:
Results / Create / Quick Plot / Select Fringe Results: Stress Tensor / Quantty:
Von Mises / Select Fringe Results: Displacements, Transiational / Apply (рис. 8).
8
Рисунок 8 – Вывод результата расчета
Создание модели оптимизации
Создание проектных переменных:
Tools / Model Variables.
В меню Model Variables создаем проектную переменную (в данном
случае переменной будет площадь поперечного сечения нашего элемента).
Create / Variable / Property / Dimension: 1D / Type: Rod / выделите в Select Property Set: Prop / выделите в Select Property Name: Area / Apply (рис. 9).
Рисунок 9 – Создание проектной переменной
9
Описание нижних и верхних границ проектных переменных, наложение ограничений на конструкцию (создание переменных состояния) в меню:
Tools / Design Study / Pre-Process…
Modify / Design Vriable /
Выбираем в поле Existing Variables: prop_Area.
Определяем нижнюю и верхнюю границы проектной переменной. В
поле Input Bounds: L (рижняя граница) = 10 и U (верхняя граница) = 150 /
Apply (рис. 10).
Рисунок 10 – Определение границ проектной переменной
Наложение ограничений:
Create / Constraint / Solution: Linear Static, Response: Stress.
Constraint Name: Constraint 1.
Constraint Region: PSET: 1D Rod / выбираем в поле Select Existing Properties: prop.
Stress Component: Axial.
Накладываем ограничения по осевым напряжениям на элементы со
свойствами prop:
10
Н/
Н/
,
. Lower Bound: -200 / Upper
Bound: 200 / Apply (рис. 11).
Рисунок 11 – Наложение ограничений по осевым напряжениям
Create / Design Study /
Выберите существующий Design Study: Default (рис.12).
Опишем проектную переменную: нажав на кнопку Select Design Variables, попадем в меню Define Design Variables. Указываем необходимые переменные, также можно задать область изменения переменных / ОК (рис. 16).
Рисунок 12 – Описание проектной переменной
11
Редактирование параметров для запуска анализа:
Analysis / Optimize / Entire Model / Full Run / Job Name: one_bar,
Максимальное число итераций:
Optimization parameters / Max Number of Design cycles (DESMAX): 10 /
OK /
Определение типа расчета (101 Linear Static) и указание Constraints /
Objective… / Constraint_1 / OK / Apply.
В результате расчета получаем следующее. В файле *.f06 находим значения переменной:
Рисунок 13 – Результаты расчета
Присоединяя файл результатов, мы можем увидеть распределения
напряжений и деформаций для найденных случаев (рис. 14, рис. 15).
Рисунок 14 – Static subcase D: 0 / Stress Tensor / Displacements, Translational
12
Рисунок 15 – Static subcase D: 1 / Stress Tensor / Displacements, Translational
13
Download