Analiza suprafețelor prin utilizarea elementelor 2D În acest laborator sunt atinse următoarele aspecte: realizarea manuală a rețelelor discretizate utilizarea elementelor 2d într-o analiză aplicarea unei mase pe un element 0D Se consideră structura subțire din fig.5-1. Aceasta se va modela cu elemente de tip 2D și se vor defini trei elemente 0D la una dintre extremități. Cealaltă extremitate este fixată complet și întreaga strctură va fi supusă încărcării gravitaționale. Materialul utilizat este polietilena. Fig.5-1 modelul considerat pentru analiză Construcția modelului pentru analiză Crearea fișierelor necesare pentru analiză Într-o primă fază este necesară crearea fișierului FEM necesar pentru analiză : 1. click pe butonul New, după care se alege tab-ul Simulation > NX Nastran Fem 2. se introduce o denumire cât mai sugestivă a fișierului de lucru, după care se stabilește directorul în care analiza va fi salvată 3. click pe butonul OK pe fereastra New, după care click pe butonul OK din fereastra New FEM. Realizarea modelului prin construcția manuală de noduri 1. click pe Nodes din meniul Insert > Nodes 2. se resetează fereastra Node Create după care click pe butonul Apply, moment în care va apărea un asterisc de culoare roșie în origine 1
3. se introduce numărul 500 pentru căsuța corespunzătoare lui Y din zona Location, după care se apasă butonul OK din fereastra Node Create Astfel s-au creat două noduri în locația (0,0,0) și (0,500,0), conform fig.5-2 Fig.5-2 Fereastra Node Create și cele două noduri realizate 4. click pe meniul Edit > Node > Transtale, după care se resetează fereastra Node Transtale 5. se alege Copy and Translate din lista desfășurabilă Type, după care se alege Along Direction din lista desfășurabilă Method 6. click pe Specify Vector și se alege direcția XC, după care se marchează opțiunea Per Copy din zona Distance 7. se introduce numărul 500 în căsuța Distance, după care se apasă tasta Enter 8. se selectează cele două noduri realizate anterior și se introduce cifra 4 în căsuța Specify Number din zona Number of Copies, după care se apasă butonul OK. Fig.5-3 Fereastra Node Translate și nodurile copiate Construcția elementelor 2D 1. click pe meniul Insert > Element > Create 2. se resetează fereastra Element Create, după care se alege opțiunea 2D din lista desfășurabilă Element Family 3. din lista Element Properties > Type, se alege CQUAD4 2
4. se selectează patru noduri în ordinea prezentată în fig.5-4. După această selecție, sistemul formează automat un element, dar nu închide fereastra. În aceeași manieră se procedează pentru realizarea celorlalte elemente. 5. se crează și celelalte trei elemente urmărindu-se ca opțiunea Add to Existing din zona Destination Mesh să fie marcată. Se închide fereastra, după care se salvează fișierul FEM. Fig. 5-4 Fereastra Element Create și elementele CQUAD4 Trebuie reținut faptul că ordinea de selecție a nodurilor trebuie să fie aceeași pe tot parcursul construcției elementelor 2D pentru că astfel se stabilește normala acestora. Pentru verificarea normalei elementelor realizate se proceadează astfel: Fig.5-5 Afișarea normalelor fiecărui element realizat 1. după desfășurarea completă a fișierului 2D Collectors din zona Simulation Navigator se dă click dreapta pe 2d_manual_mesh(1) și se alege Check > Element Normals 2. se apasă butonul Display Normals și se confirmă faptul că normalele elementelor sunt definite în mod simular pentru fiecare element în parte (fig.5-5) 3
Obținerea rețelei discretizate și atribuirea caracteristicilor de material Pentru obținerea rețelei discretizate, elementele 2D construite anterior se divid în matrici de 7x7 elemente CQUAD4. Pentru aceasta se procedează după cum urmează : 1. din meniul Edit > Element se alege opțiunea Split Shell 2. se alege opțiunea Quad to M by N Quads din lista desfășurabilă Type, după care se presetează fereastra Split Shell conform fig.5-6 3. se selectează cele patru elementele unul câte unul, după care se apasă butonul OK. În cele din urmă se salvează fișierul FEM. Fig.5-6 Fereastra Split Shell și realizarea divizării succesive a celor patru elemente Spre deosebire de elementele 3D, suprafețele nu au volum. Așadar se va atribui această caracteristică sub forma grosimii elementelor 2D când se definesc proprietățile fizice din fișierul colector (fig.5-7). Fig.5-7 Definirea proprietăților fizice 1. dublu click pe Thin Shell(1) din fișierul 2D Collectors din zona Simulation Navigator 4
2. click pe butonul Edit... din fereastra Mesh Collector 3. se alege Polyethylene ca Material 1 în fereastra PSHELL, după care se introduce numărul 10 în căsuța Default Thickness și se apasă butonul OK 4. click pe OK și în fereastra Mesh Collector. Dacă se dorește vizualizarea grosimii rețelei discretizate 2D, se procedează după cum urmează: 1. click dreapta pe Thin Shell(1) din fișierul 2D Collectors din zona Simulation Navigator și se elege opțiunea Edit Display 2. se marchează opțiunea Element Thickness and Offset și se selectează Vectors din lista desfășurabilă 2D Element Normals, după care se apasă butonul Apply. Trebuie reținut faptul că orice geometrie discretizată cu elemente 2D nu are grosime fizică, ci doar asumată în modalitatea de calcul. Definirea încărcării prin utilizarea elementelor 0D Fig.5-8 Definirea masei concentrate 1. click pe meniul Insert > Element > Create 2. se resetează fereastra Element Create și se alege din lista Element Family, opțiunea 0D 3. se alege CONM2 din lista desfășurabilă Type, după care se apasă click pe butonul Edit Mesh Associated Data 4. se introduce expresia 50/3 în căsuța Mass din fereastra Mesh Associated Data 5. se selectează ultimile trei noduri din colțul din dreapta jos conform fig.5-8, după care se apasă butonul Close. Se salvează fișierul FEM. 5
Definirea condițiilor limită 1. click dreapta pe fișierul FEM din Simulation File View și se alege New Simulation, după care se apasă butonul OK 2. click pe butonul OK din fereastra New Simulation 3. pentru că nu este creată în mod automat un fișier Solution, se apasă click dreapta pe fișierul SIM din Simulation Navigator și se alege New Solution. 4. se configurează fereastra Solution conform cerințelor cunoscute de afișare, după care se apasă butonul OK. 5. se apasă tasta W pentru a ascunde WCS-ul 6. se aplică constrângerea Constraint Type > Fixed pentru toate nodurile din partea superioară a structurii analizate 7. se aplică o constrângere Constraint Type > User Defined Constraint pentru DOF3 pentru un nod oarecare de pe muchia stângă a structurii conform fig.5-9 8. se aplică încărcarea gravitațională Load type > Gravity 9. click dreapta pe Solution 1 și se alege opțiunea Model Setup Check. Dacă trebuie efectuate corecturi în model, se procedează la realizarea acestora după care se salvează fișierul SIM. Fig.5-9 Modelul pregătit pentru rularea analizei Rularea și afișarea rezultatelor 1. se rulează analiza prin apăsarea butonului Solve 2. se apasă dublu click pe fișierul Results din Simulation Navigator și se activează Stress Element-Nodal 3. dublu click pe Post View 1 și se marchează opțiunea Show Undeformed Model, după care se apasă butonul OK 4. click pe meniul View > Layout > Three Unequal Views 5. click dreapta pe Post View 1 > New Path, după care se înscrie în căsuța Name, lungime și se alege Nodes on Edge din lista desfășurabilă Pick. 6. se alege una dintre muchiile longitudinale ale structurii analizate, după care se schimbă orientarea prin apăsarea butonului Reverse și se apasă butonul OK 6
7. click dreapta pe Post View 1 > New Graph și se apasă butonul OK, după care se alege zona din dreapta sus a spațiului grafic. Rezultatul care trebuie afișat în cazul prezentei analize este prezentat în fig.5-10 Fig.5-10 Modalitatea de afișare a rezultatelor abținute în urma analizei 7