Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z metody elementów

POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA
KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
z metody elementów skończonych
w programie ADINA
Obliczenia statycznie obciążonej belki
Szczecin 2005
Zadanie 1
Przedmiotem obliczeń jest belka obciążona siłą skupioną P, obciążeniem ciągłym q i
momentem gnącym M, jak pokazano na zamieszczonym poniżej rysunku. Wszystkie
składowe obciążenia narastają w sposób statyczny od wartości zerowych do wartości
maksymalnych w jednym kroku czasowym . Celem obliczeń jest wyznaczenie reakcji podpór,
wykresów sił tnących i momentów gnących, przemieszczenia przekroju w punkcie 2 w osi Z
oraz kąta obrotu przekroju poprzecznego w punkcie 1. Dodatkowo należy wyznaczyć
maksymalny moment zginający i maksymalną siłę tnącą.
Dane do obliczeń:
a = 1 m, b = 0.05 m, P = 100 N, q = 100 N/m, M = 100 Nm, E = 2.1*105 N/mm2, ν = 0.33.
KOLEJNE ETAPY ROZWIĄZYWANIA ZADANIA
1. Uruchomić program ADINA AUI
♦ Wybrać: Start→Programy→ADINA System 8.2→ ADINA AUI
♦ Z listy rozwijanej wybrać moduł ADINA
2. Określenie nagłówka
♦ Wybrać: Control→Heading… i wprowadzić nagłówek „BELKA”
3. Określenie globalnych stopni swobody
♦ Wybrać: Control →Degress of Freedom…i ustawić parametry jak poniżej:
♦ Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
2
4. Określenie geometrii belki
♦ Wcisnąć ikonę Definie Points
♦
i wprowadzić dane punktów jak poniżej:
Point#
X1
X2
X3
1
0
0
0
2
0
1
0
3
0
2
0
4
0
3
0
5
0
0
0.1
Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
♦ Wcisnąć ikonę Point Labels
♦ Ekran powinien wyglądać następująco:
♦ Wcisnąć ikonę Defnie Lines , a następnie utworzyć linie (typ linii: Straight)
(aby dodać linię wcisnąć Add…, wprowadzić punkty, a następnie wcisnąć Save
– operacje powtórzyć po każdej zdefiniowanej linii)
Line# Point 1 Point 2
1
1
2
2
2
3
3
3
4
♦
Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
♦ Wcisnąć ikonę Line/Edge Labels
♦ Ekran powinien wyglądać następująco:
3
5. Określenie warunków brzegowych
♦ Wcisnąć ikonę Apply Fixity
następnie przycisk Define…
♦ Dodać dwa nowe rodzaje zanocowania o nazwie P1 i P4 - wcisnąć przycisk
Add…w celu dodania pierwszego zamocowania i wprowadzić dane jak
pokazano poniżej:
♦ Wcisnąć Save by zatwierdzić, a następnie Add
♦ Wcisnąć Ok by zatwierdzić i zamknąć okno
♦ Po powrocie do okna Apply Fixity wprowadzić następujące dane:
4
♦ Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
♦ Wcisnąć ikonę Boundary Plot
♦ Ekran powinien wyglądać następująco:
6. Przyłożenie obciążenia
♦ Wcisnąć ikonę Apply Loads
♦ wybrać typ obciążenia: Force, a następnie przycisk Define… oraz Add…i
wprowadzić dane jak pokazano poniżej:
Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
♦ Po powrocie do okna dialogowego Apply Loads wprowadzić dane:
5
Wcisnąć Apply by zatwierdzić
♦ wybrać typ obciążenia: Line, a następnie przycisk Define… oraz Add…i
wprowadzić dane jak pokazano poniżej:
♦ Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
♦ Po powrocie do okna dialogowego Apply Loads wprowadzić dane:
♦
Wcisnąć Apply by zatwierdzić
♦ wybrać typ obciążenia: Moment, a następnie przycisk Define… oraz Add…i
wprowadzić dane jak pokazano poniżej:
♦ Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
♦ Po powrocie do okna dialogowego Apply Loads wprowadzić dane:
6
♦ Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
♦ Wcisnąć ikonę Load Plot
♦ Ekran powinien wyglądać następująco:
7. Określenie materiału i rodzaju elementów.
♦ Wybrać: Model→Materials→Elastic→Isotropic… i wprowadzić dane:
♦ Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
♦ Wcisnąć ikonę Element Groups
i wprowadzić dane:
7
♦ Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
8. Określenie parametrów przekroju poprzecznego belki
♦ Wcisnąć ikonę: Cross Sections
i wprowadzić dane jak pokazano poniżej:
♦ Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
9. Ustalenie gęstości siatki
♦ Wybrać:
Meshing →Mesh Density →Complete Model, w pozycji
“Subdivision Mode” wybrać “Use Length” i wprowadzić dane jak pokazano
poniżej:
♦
Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
8
♦ Ekran powinien wyglądać następująco:
10. Generacja elementów skończonych
W ćwiczeniu zostaną użyte elementy belkowe dwu węzłowe
♦ Wcisnąć ikonę: Mesh Lines
♦
i wprowadzić dane jak pokazano poniżej:
Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
♦ Wcisnąć ikonę: Node Symbol
♦ Wcisnąć ikonę: Node Labels
♦ Ekran powinien wyglądać następująco:
9
11. Zapisanie pliku i uruchomienie obliczeń
♦ Zapisanie pliku → wcisnąć: ikonę Save
i nazwać plik: BELKA
♦ Uruchomienie obliczeń → wcisnąć: ikonę Data File/Solution
plik: BELKA
i nazwać
12. Prezentacja wyników
♦ Po wykonaniu obliczeń przejść do modułu ADINA-PLOT
♦ Otworzyć plik BELKA.por
Prezentacja graficzna wyników
Deformacja belki
♦ Wcisnąć ikony: Show Deformed Mesh
, Show Original Mesh
, Scale
Displacements
♦ Ekran powinien wyglądać następująco:
Wykres sił tnących
♦ Wybrać: Display→Element Line Plopt→Create… i wprowadzić dane:
10
♦ Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
♦ Ekran powinien wyglądać następująco:
Wykres momentów gnących
♦ Wybrać: Display→Element Line Polpt→Create… i wprowadzić dane:
♦ Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
♦ Ekran powinien wyglądać następująco:
Reakcje w podporach
11
♦ Wybrać: Display→Reaktion Plopt→Create… i wprowadzić dane:
♦ Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
♦ Ekran powinien wyglądać następująco:
Określenie wartości liczbowych
♦ Wcisnąć ikonę: Node Symbol
♦ Wcisnąć ikonę: Node Labels
♦ Ekran powinien wyglądać następująco:
Reakcje w podporach
12
♦ Wybrać: List→Value List→Zone… i wprowadzić dane:
♦
Wcisnąć Apply by zatwierdzić
Kąt obrotu przekroju 1
♦ W celu określenia kata obrotu w punkcie 1 należy najpierw zdefiniować ten
punkt
♦ Wybrać: Definitions→ Model Point →Node… i wprowadzić dane:
♦
Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
♦ Wybrać: List→Value List→Model Point… i wprowadzić dane:
♦
Wcisnąć Apply by zatwierdzić
Przemieszczenie przekroju 2 w osi Z
13
♦ W celu określenia przemieszczenie przekroju 2 w osi Z należy najpierw
zdefiniować ten przekrój
♦ Wybrać: Definitions→ Model Point →Node… i wprowadzić dane:
♦
Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
♦ Wybrać: List→Value List→Model Point… i wprowadzić dane:
♦
Wcisnąć Apply by zatwierdzić
Maksymalny moment zginający
♦ Wybrać: List→Value Extreme→Zone… i wprowadzić dane:
♦
Wcisnąć Apply by zatwierdzić
Maksymalna siła poprzeczna
♦ Wybrać: List→Value Extreme→Zone… i wprowadzić dane:
14
♦
Wcisnąć Apply by zatwierdzić
Zadanie 2
Zmniejszyć liczbę elementów i porównać wyniki z wynikami z zadania 1
KOLEJNE ETAPY ROZWIĄZYWANIA ZADANIA
1. Przejść do modułu ADINA
♦ Z listy rozwijanej wybrać moduł ADINA
♦ Otworzyć plik BELKA.idb
2. Usunięcie siatki elementów skończonych
♦ Wcisnąć ikonę: Delete Mesh
i wprowadzić dane jak pokazano poniżej:
♦ Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
15
3. Ustalenie nowej gęstości siatki
♦ Wybrać: Meshing→Mesh Density→Complete Model, w pozycji “Subdivision
Mode” wybrać “Use Length” i wprowadzić dane jak pokazano poniżej:
♦
Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
4. Generacja elementów skończonych
W ćwiczeniu zostaną użyte elementy belkowe dwu węzłowe
♦ Wcisnąć ikonę: Mesh Lines
♦
i wprowadzić dane jak pokazano poniżej:
Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
5. Zapisanie pliku i uruchomienie obliczeń
♦ Zapisanie pliku → wcisnąć: ikonę Save
i nazwać plik: BELKA_1
♦ Uruchomienie obliczeń → wcisnąć: ikonę Data File/Solution
plik: BELKA_1
i nazwać
6. Prezentacja wyników
♦ Po wykonaniu obliczeń przejść do modułu ADINA-PLOT
♦ Otworzyć plik BELKA_1.por
16
Zadanie 3
Wykonać zadanie 1 w 20 krokach czasowych ( pokazać symulacje ugięcia belki)
KOLEJNE ETAPY ROZWIĄZYWANIA ZADANIA
1. Przejść do modułu ADINA
♦ Z listy rozwijanej wybrać moduł ADINA
♦ Otworzyć plik BELKA.idb
2. Określenie funkcji czasowych i ilości kroków
♦ Wybrać: Control →Time Function…i ustawić parametry jak poniżej:
♦
Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
♦ Wybrać: Control →Time Step…i ustawić parametry jak poniżej:
♦
Wcisnąć OK by zatwierdzić i zamknąć okno
3. Zapisanie pliku i uruchomienie obliczeń
♦ Zapisanie pliku → wcisnąć: ikonę Save
i nazwać plik: BELKA_2
♦ Uruchomienie obliczeń → wcisnąć: ikonę Data File/Solution
plik: BELKA_2
i nazwać
17
4. Prezentacja wyników
♦ Po wykonaniu obliczeń przejść do modułu ADINA-PLOT
♦ Otworzyć plik BELKA_2.por
Symulacja ugięcia belki
♦ Wcisnąć ikony: Scale Displacements
, Movie Load Step
, Animate
18