Donate

Введение

В этом уроке мы анализируем деформацию сдвига композитного блока, состоящего из жесткого ядра, встроенного в мягкую матрицу. Он демонстрирует использование BooleanFragments и CompoundFilter для создания твердых тел для блока и матрицы из двух концентрических кубов. Этот рабочий процесс гарантирует, что для блока и окружающей матрицы могут быть определены отдельные MeshRegions, материалы и граничные условия. Чтобы выбрать внутренние регионы, мы используем макроса Маркуса Говорка (https://github.com/drhooves/SelectionTools). Результаты CalculiX ясно показывают влияние жесткого ядра на реакцию композитного блока.

Геометрия

Сначала мы создаем два концентрических куба, один размер 10 мм, а другой размер 5 мм. Это сделано в верстаке "Part". По умолчанию куб размещается в начале координат [0, 0, 0], поэтому меньший куб необходимо уменьшить и сместить, изменив настройки на вкладке «Данные» панели свойств. Чтобы сделать ядро ​​видимым, прозрачность внешнего блока установлена ​​на 50 на вкладке «Вид» панели свойств. Результат показан ниже.

Затем выделите два блока в дереве и создайте объект BooleanFragments (Деталь → Разделить → Boolean Fragments). В Окне свойств, на вкладке Данные, измените Mode на CompSolid. Теперь выделите BooleanFragments в дереве объектов и создайте CompoundFilter (Деталь → Соединить → Фильтр соединений).

Mesh и Mesh Regions

В верстаке FEM мы создаем контейнер анализа. Он будет содержать все определения, необходимые для анализа через CalculiX и его результатов. Обратите внимание, что этот контейнер анализа необходимо активировать (щелкните правой кнопкой мыши и выберите «Активировать анализ») каждый раз при повторной загрузке файла или после переключения обратно с других анализов. Чтобы начать процесс создания сетки, выделите CompoundFilter в дереве объектов и активируйте диалоговое окно создания сетки «Mesh → Сетка МКЭ из фигуры генерируемая построителем Gmsh». Выйдите из диалогового окна, нажав ОК.

Теперь в дереве объектов создан объект Mesh. Выделите этот объект и создайте объект Mesh Region через «Mesh → Область сетки МКЭ». Откройте диалоговое окно для этой Mesh Region, дважды щелкнув и отметив переключатель для Твердотельный объект. Затем нажмите кнопку «Добавить ссылку» и выберите объект CompoundFilter в графическом окне. Это должно добавить ссылку на «CompoundFilter: Solid1» в список объектов области сетки. Наконец, укажите максимальный размер элемента для этой области (5 мм в текущем анализе). Выйдите из диалогового окна, нажав ОК.

Затем создайте новый объект Mesh, как указано выше, и используйте макрос выделения (быстрые клавиши S, E), чтобы выбрать объект Cube_Core в графическом окне. На этот раз в списке ссылок должно быть указано «CompoundFilter: Solid2», как показано ниже. Мы выбрали максимальный размер элемента 1 мм.

Начните с выбора CompoundFilter в дереве объектов. Затем создайте объект SolidMaterial через пункт меню «Model → Твердотельный материал». Откройте диалоговое окно и установите переключатель для Solid, нажмите «Добавить ссылку» и выберите объект CompoundFilter в графическом окне. В списке ссылок теперь должно отображаться «CompoundFilter: Solid1», как и раньше. Мы назначаем Матрице материал АБС с модулями Юнга примерно на 1% от стали.

Повторите описанную выше процедуру для Core ("CompoundFilter: Solid2") с помощью макроса выбора. На этот раз мы назначаем CalculiX-Steel, которая намного жестче, чем материал ABS для Matrix.

Чтобы создать условие «простого сдвига» для составного блока, деформации на границах должны быть неограниченными. Для этого блок ставится на выдвижную опору. Это оставляет три степени свободы в плоскости опоры (2 переноса и вращение), которые будут ограничены позже. (Примечание: поскольку плоскость предотвращает деформацию грани, она по-прежнему вызывает небольшое ограничение, которое можно устранить другим выбором граничных условий). Чтобы создать скользящее граничное условие, добавьте объект FemConstraintDisplacement (Model → Mechanical Constraints → Constraint displacement). В открытом диалоговом окне сначала выберите грань, к которой будут применяться граничные условия, а затем нажмите кнопку «Add». Поскольку блоку разрешено скользить в плоскости x-y, переключатель «Fixed» выбран только для «Displacement z», а все остальные переключатели оставлены как «Free».

Сила сдвига

Последний шаг в определении анализа - приложение нагрузок. Чтобы создать условие простого сдвига, применяется набор поперечных нагрузок, как показано ниже. Каждая нагрузка выбирается равной 1000 Н, и с учетом направлений приложения равновесие сил и моментов достигается для всех поступательных и вращательных степеней свободы. В FC это требует добавления четырех объектов FemConstraintForce (Model → Mechanical Constraints → Constraint force) - по одному для каждой грани. В открытом диалоговом окне сначала нажмите кнопку « Add Reference», а затем выберите грань, к которой будет применяться граничное условие (Примечание: это иная последовательность, чем для FemConstraintDisplacement). По умолчанию это создает набор сил, перпендикулярных грани (т.е. нормальную силу). Чтобы изменить это на силу сдвига, нажмите кнопку направления и выберите ребро куба, которое проходит в желаемом направлении. Если результирующая сила направлена ​​в противоположном направлении от требуемого, выберите переключатель «Развернуть направление».

Чтобы исследовать деформацию сердечника, мы должны разрезать блок. Это можно сделать, создав фильтр отсечения. Чтобы активировать эту функцию, нам сначала нужно создать «конвейер постобработки», выделив объект «CalculiX_static_results» и выбрав в меню "Results → Post Pipeline from Result". Затем с выбранным конвейером создайте фильтр деформации (Results → Warp filter), установите в Warp options Vector=Displacement и Value=20 для масштабирования смещения, а в Result display options - Mode=«Surface with Edges», в Coloring - Field=«Displacement», Vector=«Magnitude», чтобы отобразить цветные контуры смещения. Нажмите Применить и ОК. В качестве последнего шага добавьте фильтр обрезки (Results → Clip filter) и создайте плоскость с началом координат [5.0,2.5,5.0] и нормалью [0,1,0], то есть на грани ядра с нормалью в направлении y. Установите переключатель «Cut Cells», чтобы создать плоскую поверхность. Как и раньше, установите Display Mode = "Surface with Edges", Coloring Field = "Displacement", Vector = "Magnitude", чтобы показать цветные контуры смещения. Нажмите Применить и ОК. Наконец, переключите фильтр деформации на невидимый, чтобы отображался только вырезанный блок.