algor.doc

Jak zdefiniować kontakt w analizie 2D

W liniowej statyce dla złożenia 2D, które zostało stworzone w FEMPRO korzystając z opcji szkiców, modelowania i siatkowania, można w prosty i szybki
sposób zdefiniować kontakt pomiędzy częściami. Można to zrobić np. korzystając z takiej metody:

1.     Naszkicuj części w 2-D (części muszą mieć co najmniej jedną wspólną krawędź i identyczną długość

2.    
Wybierz szkice na drzewku po lewej stronie i prawym klawiszem myszy wybierz z menu opcję "Generate 2-D Mesh..." (rys.1).
Pojawi się okno dialogowe z generacją siatki 2D "2-D Mesh Generation"

1.     Na modelu prawym klawiszem kliknij na wspólna krawędź. Wybierz opcję "Contact" i określ rodzaj kontaktu z trzech opcji (Rys.2)

2.     Bonded - Węzły na dwóch brzegach będą zgrane i pozostaną podczas analizy w pełnym kontakcie. Jeśli węzeł na jednym brzegu ulegnie przemieszczeniu
węzeł na brzegu drugim przemieści się identycznie. Jest to opcja default.

3.     Free/No Contact - Węzły na dwóch brzegach nie muszą się zgrywać i podczas analizy mogą się przemieszczać w dowolny sposób niezależnie od siebie

4.     Surface Contact - Węzły na dwóch brzegach będą zgrane i będą mogły podczas analizy przemieszczać się w dowolny sposób niezależnie od siebie. Ruch węzłów do siebie będzie się odbywał z oporem, który określa się sztywnością.

1.     Wygeneruj siatkę. Po utworzeniu siatki, powierzchnie kontaktu pojawią się na drzewku.

2.     Prawym klawiszem myszy kliknij na drzewku na powierzchnię kontaktu i wybierz  "Friction..." (tarcie) (zob. Rys.3).

1.     W ustawieniach tarcia "Friction Settings", możesz określić współczynnik tarcia dla wspólnej krawędzi (zob. Rys.4).

1.     Zdefiniuj własności materiałowe, obciążenie i warunki brzegowe a następnie uruchom analizę.

2.     W zakładce wyników, Superview IV, możesz pokazać całkowitą siłę kontaktu dla każdej pary węzłów w modelu. Prawym klawiszem myszy kliknij na parę kontaktu na drzewku i wybierz "Contact Force..." (zob.Rys.5).

1.     Po tym wyborze pojawi się okno z całkowitą siłą kontaktu (zob.Rys.6).

Jak zwizualizować elementy belkowe

Na potrzeby analizy belka modelowana jest jako linia (element liniowy) jednakże z powodów lepszej wizualizacji ALGOR posiada mozliwosc zobaczenia kształtów rzeczywistych w 3D. Wizualizacja odbywa się w postprocesorze Superview, który jest częścią interfejsu użytkownika FEMPRO.

Aby określić przekrój belki zdefiniuj profil lub wybierz go z biblioteki. 

·                      W zakładce FEA Editor, klilknij prawym klawiszem myszy na "Element Definition" dla części składającej się z elementów belkowych, wybierz "Modify Element Definition". Możesz zdefiniować przekrój poprzeczny w "Sectional Properties".

·                      Alternatywnie, można wybrać własności przekroju  z biblioteki klikając na klawisz "Cross-Section Libraries". W opcji "Cross-Section Libraries", można określić bibliotekę "aisc2001" w menu "Section database" i wybrać konkretny przekrój (zob. Rys.1).

Po zdefiniowaniu profilu można wyświetlić geometrię belki 3D w zakładce Superview IV. Należy nacisnąć prawym klawiszem myszy na element belkowy w drzewku i wybrać z menu "3-D Visualization" (Rys. 2).

Można teraz oglądać geometrię belki 3D (zob.Rys. 3).

Jak określić współczynnik bezpieczeństwa

Obliczając wyniki z liniowej analizy statycznej można określić dopuszczalne naprężenia a następnie wyświetlić mapę współczynnika bezpieczeństwa w celu określenia czy naprężenia są poniżej czy powyżej wartości dopuszczalnych.

Aby wyświetlić mapę współczynnika bezpieczeństwa wybierz opcję w menu "Results Options"  w zakładce wyników Superview IV środowiska FEMPRO (zob.Rys.1).

Włączenie tej opcji powoduje wyświetlenie mapy współczynnika bezpieczeństwa dla wybranych naprężeń (zob.Rys 2).

Współczynnik bezpieczeństwa jest ilorazem dopuszczalnych naprężeń do naprężeń aktualnych:

·                      Współczynnik równy 1 oznacza, że naprężenia osiągnęły dopuszczalną granicę.

·                      Współczynnik mniejszy od 1 oznacza przeroczenie naprężeń dopuszczalnych (zniszczenie).

·                      Współczynnik większy od 1 oznacza, że naprężenia mieszczą się w dopuszczalnych granicach.

Dopuszczalne naprężenia mogą być przypisane w opcji "Set Allowable Stress Values" w menu "Results Options" (zob.Rys 3).

Po naciśnięciu tej opcji pojawi się okno dialogowe "Allowable Stress Values" i każda z części będzie wyświetlona w osobnym wierszu. Możesz określić wartość dopuszczalnego naprężenia w kolumnie "Allowable Stress" bezpośrednio lub przeczytać wartości z biblioteki materiałów  naciskając "Load Yield Stress" lub "Load Ultimate Stress" (zob.Rys 4). Każda część, dla której dopuszczalne naprężenie wynosi 0 będzie wyłączona z obliczeń współczynnika bezpieczeństwa..

Umożliwienie oglądania map współczynnika bezpieczeństwa ułatwia inżynierom ocenę projektu danej konstrukcji złożonej z wielu części balansując pomiędzy redukcją kosztów materiału a bezpieczeństwem

Jak przyłożyć siły elektromechaniczne

Electromechanical devices generate electrostatic fields that can cause structural parts to deflect by design. For example, a MEMS radial comb motor generates an electrostatic field in the air that pushes on its metal parts to precisely move them. Such electromechanical effects can be accurately simulated through a sequential multiphysics analysis:

1.       perform an electrostatic field strength and voltage analysis to calculate the electromechanical (or Coulomb) forces; and

2.       then apply those electromechanical forces as a load in a structural analysis.

The process is illustrated by the following example.

Electrostatic Field Strength and Voltage Analysis

When setting up the model for an electrostatic field strength and voltage analysis in the FEA Editor environment of FEMPRO, use the "Analysis Parameters" dialog to specify that electromechanical forces should be calculated by activating the "Invoke force generator" option on the "Options" tab. In the "Force Output" table, specify the surface(s) where you want the analysis processor to calculate the electromechanical forces. For this example using a MEMS radial comb motor, surface 2 was defined to enclose the air between the static combs and the moving comb, which is the area where electromechanical forces are to be considered (see Figure 1).

Perform the electrostatic field strength and voltage analysis, which will calculate the electromechanical forces (see Figure 2).

Structural Analysis

Next, set up and analyze the model for a structural analysis to determine the structural effects caused by the electromechanical forces.

Note: The calculated electromechanical forces can be input as a load to any structural analysis including Mechanical Event Simulation (MES). For this example, a static stress with linear material models analysis was used.

Transfer the model from the FEA Editor environment to Superdraw by using the "Tools:Transfer to Superdraw" command. Then, merge the model with the electromechanical forces that were calculated during the electrostatic analysis by using the "File:Merge..." command (see Figure 3) and specifying the name of the file that contains the electromechanical forces.

After saving the model, transfer it back to the FEA Editor environment by using the "File:Export to FEMPRO" command. Specify the data needed for the structural analysis including the analysis type, element type, element properties, constraints, additional loads and analysis parameters. For the comb motor model, the air part between the combs was deactivated so that it would not be included in the structural analysis.

Perform the structural analysis and then examine the results in the Superview IV Results environment to see the structural effects caused by the electromechanical forces (see Figure 4).

Thus, the multiphysics capability to calculate electromechanical forces in an electrostatic field strength and voltage analysis and then apply them as a load in a structural analysis enables you to accurately simulate electromechanical effects.

For more details about the MEMS radial comb motor example shown here, see the Electrostatic and MEMS Tutorial. For more information about applying electromechanical forces, see the ALGOR User's Guide.

Jak uruchomić solwer NASTRANa pod FEMPRO

In addition to using ALGOR's default analysis solvers, you can alternatively run a NASTRAN or other commercial solver or a custom-written application within FEMPRO. The capability to choose the solver provides additional flexibility for your analysis needs by enabling you to "plug and play" solvers as needed. This allows companies also using NASTRAN and/or FEMAP to benefit from ALGOR's value-added capabilities including an easy-to-use interface, full CAD/CAE associativity with leading CAD solid modelers, automatic brick and tetrahedral solid meshing and complementary analysis tools such as Mechanical Event Simulation (MES) for combined motion and stress analysis and fluid flow analysis.

To specify the solver to be used for an analysis, do as follows:

1.       Use the "Tools:Options..." command sequence in FEMPRO to access the "Options" screen.

2.       On the "Analysis" tab, the "Processor Options" section lists each ALGOR analysis type and the solver to be used. By default, all of the analysis types will use the ALGOR solvers.

3.       Click on an analysis type to highlight it and then click on the down arrow in the "Processor" field to access a pull-down ...