Stap 1: Het bepalen van de dimensies van de te bestuderen balk (Hiervoor gebruik je een meetlint en een schuifmaat)

Transcriptie

1 HOE MAAK IK EEN GOED MODEL VOOR DE EINDIGE ELEMENTEN BEREKENING VAN EEN BALK-STRUCTUUR Als voorbeeld neem ik een balkstructuur met een holle vierkante sectie. Stap 1: Het bepalen van de dimensies van de te bestuderen balk (Hiervoor gebruik je een meetlint en een schuifmaat) Dimensies: Hoogte: 0.03m Breedte: 0.03m Lengte: 0.8m Sectie: Stap 2: Modelering in ANSYS Voor de volgende stappen werken we in het menu preprocessor van ANSYS 2.1. Keuze van Element-type We maken gebruik van het balkelement: Beam 4 BEAM4 Element Beschrijving BEAM4 is een uniaxiaal element met trek, druk, torsie en buigingsmogelijkheden. Het element heeft 6 vrijheidsgraden aan elke node: 3 translaties in de nodale x,y en z richting en 3 rotaties ronde de nodale x,y en z assen

2 Figure 2.1: BEAM4 Geometrie 2.2. Definiëren van de sectie We specifiëren nu onze sectie. Hiervoor gaan we in het menu preprocessor naar Sections, - Beam - Common Sections waar we volgend scherm krijgen. Bij Sub-Type kiezen je de sectie die overeenkomt met de bestuderen balk. In dit geval hebben we een holle vierkante sectie.

3 Na het invoeren van je correcte dimensies kan je alvorens op OK te drukken een preview vragen. In deze preview kan je de gegevens zoals oppervlakte en traagheidmomenten aflezen die je later in dit onderzoek nog kan gebruiken Real Constants We voeren onze gegevens van zowel de dimensies als de sectie, als de oppervlakte en traagheidsmomenten in als constanten.

4 2.4. Material Properties Specifiëren van de materiaaleigenschappen. In ons geval kiezen we voor een Lineair Elastisch materiaal met isotrope eigenschappen en we voeren de materiaalconstanten voor Staal in. Hiervoor gebruiken we de literatuurwaarden voor de E-modulus, de Poisson coëfficiënt en de dichtheid.

5 2.5. Aanmaken model We creëren eerst 2 keypoints die zich bevinden op de 2 uiteinden van de balk en vervolgens trekken we er een rechte lijn voor die we in de volgende stap de juiste eigenschappen zullen toekennen.

6 2.6. Meshing Attributes Bij het meshen van onze geometrie (in ons geval een gewone lijn) moeten we het juiste type element, de materiaaleigenschappen, de sectie en geometrieconstanten toekennen. Meshing Hier kan je de elementgrootte bepalen. Deze grootte moet je kiezen in functie van het frequentiebereik die je wilt onderzoeken. Het spreekt voor zich dat voor en goede berekening van hogere modes we meer nodale punten nodig hebben. Voor een balk van lengte 0.8 m en een te onderzoeken frequentieband van 0-10 khz is een elementgrootte van 0.01 m zeker voldoende.

7 Nu is ons model gemaakt en kunnen we starten met de gewenste numerieke modale analyse. Dit model kan ook via de aangemaakte db-file gebruikt worden door andere programma s zoals FEMTools om een updating uit te voeren aan de hand van experimentele metingen. Stap 3: Modale analyse in ANSYS Voor de volgende stappen werken we in het menu solution van ANSYS 3.1. Keuze Analyse Type New analyse: we kiezen voor Modal

8 Modale Analyse Options. Hier kiezen we het type solver. Meer info kan men vinden over deze verschillende solvers in de ANSYS-help. We moeten ook kiezen hoeveel modes we willen berekenen en het frequentiebereik die we willen onderzoeken.

9

10 3.2. Define Loads We beshouwen in ons onderzoek een vrij opgehangen balk. Dit betekent dat we eigenlijk geen contraints moeten opleggen. Met het oog op de updating en correlatie met de experimentele metingen die echter uitgevoerd worden in 1 enkel vlak zijn we enkel geïnteresseerd in de modes die zich effectief in dit vlak bevinden. Hiervoor zullen we de vrijheidgraden die niet overeenkomen met een beweging in het te onderzoeken vlak beperken. Moesten we dit niet doen dan zou onze solver ook alle torsiemodes en buigingsmodes in de ander vlakken berekenen en zullen we modes vinden die we met een meting in 1 vlak met de laser toch niet kunnen bepalen. Deze laatste zijn dan ook van geen interesse voor onze geplande updating Solve Nu kunnen we onze gevraagde analyse oplossen en kunnen we nogmaals visueel onze analyse-opties controleren alvast de berekeningen te starten.

11 Stap 4: Het bekijken van de resulttaten: Nu werken we in het ansys-menu Postprocessing 4.1. Resontiefrequneties Voor het bekijken van de berekende resontiefrequenties kiest men: List Results Mode-nummer Frequentie

12 4.2. Modevormen Voor het bekijken van de modevormen gebruikt men: Results Viewer Al deze resultaten worden door Ansys in een.rst bestand opgeslaan. Ook deze gegevens kunnen door programma s als FEMTools gebruikt worden voor updating van ons model adhv van experimentele metingen. ANSYS in Batch mode Ansys kan op 2 manieren aangestuurd worden: 1. door gebruik te maken van de user-interface en de menu s zoals hierboven werd beschreven. 2. door het schrijven van een.txt bestand die men dan inleest via ansys. In dit bestand worden als handelingen via commando s ingevoerd. Dit laat een veel efficiëntere manier van werken toe. Als men een ander balk heeft met andere dimensies volstaat het om 1 regeltje aan te passen en vervolgens dit tekstbestand door ansys te laten inlezen en onmiddellijk hebben we de oplossing.

13 /FILNAME,LaboModale,1 /COM,ANSYS RELEASE 8.1 UP :28:06 07/21/2005 /CWD,'C:\Documents and Settings\Administrator\My Documents\CHRISTOF\AVRG Christof\labomodale' /TITLE,LaboModale /PREP7 ET,1,BEAM4 R,1, ,2.94e-008,2.94e-008,0.03,0.03,0, RMORE,0,0,0,0,0,0, MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,210E9 MPDATA,PRXY,1,,0.3 MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,,7800 SECTYPE, 1, BEAM, HREC,, 0 SECOFFSET, CENT SECDATA,0.03,0.03,0.002,0.002,0.002,0.002,0,0,0,0 K,1,0,0,0, K,2,0.8,0,0, LSTR, 1, 2 TYPE, 1 MAT, 1 REAL, 1 ESYS, 0 SECNUM, 1 FLST,5,1,4,ORDE,1 FITEM,5,1 CM,_Y,LINE LSEL,,,,P51X CM,_Y1,LINE

14 CMSEL,,_Y LESIZE,_Y1,0.01,,,,,,,0 LMESH, 1 /SOL FLST,2,81,1,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-81 /GO D,P51X,,0,,,,UX,UZ,ROTX,ROTY,, /SOL ANTYPE,2 MSAVE,0 MODOPT,LANB,20 EQSLV,SPAR MXPAND,20,,,0 LUMPM,0 PSTRES,0 MODOPT,LANB,20,100,10000,,OFF /STATUS,SOLU SOLVE FINISH /POST1 SET,LIST Men kan op een zeer eenvoudige manier vertrouwd worden met deze commando s. Het volstaat om via de klassieke manier de handelingen één voor één via de user-interface uit te voeren en om vervolgens na elke handeling de log-file te bekijken. Op deze manier ziet men onmiddellijke welke commando s werden toegevoegd. (de log-file bekijkt men door naar het menu file-list-log file te gaan). Eenmaal men een txt bestandje heeft aangemaakt kan men deze op een eenvoudige manier inlezen via het menu file-read input from Veel plezier en als er nog vragen zijn kan je deze altijd sturen naar Christof.Devriendt@vub.ac.be