Логотип сайта поддержки пользователей САПРО сайте поддержки пользователей САПР Translate to:
Hosting Ukraine

4. Задание материалов

Задание характеристик материала:

Model -> Material… (Заполнить окно Define Isotropic Material) -> [OK] -> [Cancel]

Пункты диалогового окна заполняются данными в зависимости от физико-механических свойств и единиц измерения. Рассмотрим два набора данных для различных единиц измерения:

  1. Международная (новая) система единиц СИ. Длина - м, масса - Мкг, сила (вес) - МН, напряжение (модуль упругости) - МПа (рис. 4.1);
  2. Старая система единиц (масса = весу). Длина-м, масса-т (Ккг), сила-тс (Ккгс), напряжение (модуль упругости) - тс/м2 (рис. 4.2). Эта система измерения привычнее и понятнее, но требует постоянных корректив, что увеличивает вероятность ошибки.
Перечислим пункты диалогового окна.

ID - порядковый (идентификационный) номер материала заполнять не надо, он автоматически увеличивается после создания очередного материала.

Title - дать имя материалу (на английском до 25 знаков), например, 15XCHD.

Youngs Modulus, Е - Модуль упругости (Юнга), Е (для стали):

206000 Мпа = 2,06Е+5 Мпа;
21000000 Тс = 2,1Е+7 Тс/м2.

Shear Modulus, G - Модуль сдвига, G заполнять не обязательно, т.к. он рассчитывается автоматически по формуле

но можно и заполнить, если вы настаиваете на своём определённом значении, однако если расхождения с приведенной выше формулой будут большими, то после расчета будет предупреждение USER WARNING MESSAGE 2251, (материал имеет несовместимые значения Е, G и nu). Вообще можно не заполнять один любой из трех параметров Е, G или nu и он будет рассчитан. Рекомендуется ввод только 2 констант.

Для справки, G - Модуль сдвига (для стали):
78000 Мпа = 0,78Е+5 Мпа;
8100000 Тс = 0,81Е+7 Тс/м2. (при этом G по формуле ?= 0,2963)

Poisson's Ratio, nu - коэффициент Пуассона, ?(nu) = 0,3 (для стали).

Limit Stress: Tension, Compression, and Shear - Пределы текучести при растяжении, сжатии и сдвиге заполнять не обязательно (на результаты расчёта не влияют).

Thermal: Expansion Coeff,a - коэффициент теплового расширения = 0,000012 1/град =1,2Е-5 1/град, (для стали). Можно не заполнять, если в вашем расчёте нет температурных нагрузок. Он не зависит от используемых единиц измерения.

Reference Temp - начальная (исходная) температура. Она используется как начальная температура для расчета тепловых нагрузок в случае линейного анализа при не включенной Default Temperature (однако лучше именно её включить) в окне Create Body Loads.

Mass Density - плотность (для стали):
0,00785 Мкг/м3 для новой системы единиц; 0,800205 т/м3 (Ккг/м3) для старой системы единиц. В этом случае используется приведенная плотность, чтобы вес тела (сила тяжести) был численно равен его массе ( F=m*[1/g]*g=m ). Приведенную плотность получают делением плотности на ускорение свободного падения [1/g] , g = 9,81м/с2: 7,85/9,81=0,800205.

Можно также использовать параметр WTMASS, в результате построенная матрица масс умножается на коэффициент, заданный в WTMASS=1/g. Необходимо помнить, что если масса задана в единицах веса, то все массы должны быть заданны в данных единицах- WTMASS умножит всю массу модели на один и тот же коэффициент. Параметр WTMASS задаётся при посылке на расчет:

File -> Analyze… -> Advanced… -> Skip -> Skip -> WTMASS= -> [ OK ]

Можно поэкспериментировать с ещё одним способом:

Tools -> Convert Units…

Если вы не будете рассчитывать частоту собственных колебаний (нужна масса) и не используете объемные нагрузки, моделирующие силы гравитации (вес) то значение плотности можно оставить = 0.

Иногда не нужно учитывать массу некоторых конструктивных элементов в расчете веса и собственных колебаний (например, массу опорных частей). Для этого в свойствах этих элементов нужно выбрать заранее приготовленный материал с плотностью равной нулю.

У остальных параметров можно оставить нулевые значения (если не решаются физически нелинейная задача, задача теплопередачи и т.п.).

В конце заполнения всех параметров материала нажмите [ OK ], окно закроется и тут же откроется снова, но уже со следующим номером материала ID. Если второй (следующий) материал не нужен, нажмите [ Cancel ].

Чтобы сохранить набранный материал в библиотеке материалов для дальнейшего применения в других моделях надо до нажатия на [ OK ] сделать [ Save… ] -> [ ДА ].

Библиотека материалов записывается в текстовом файле, который находится в папке C:\Mscvn4w2002\modeler в файле MATERIAL.ESP. При переустановке NASTRAN-a его можно скопировать.

Если ранее нужный материал вами уже создавался и сохранялся в библиотеке материалов, то ничего не заполняя, нажмите:

[ Load… ] -> выберите материал в окне Select From Library -> [ OK ]

и материал загрузится.

Кнопка [Copy…] позволяет скопировать параметры с одного из уже установленных материалов данной модели, не входя в библиотеку материалов.


Рис. 4.1


Рис. 4.2

4.1. Вычисление массы (веса) расчетной модели

Задав плотность в материале легко посчитать массу (вес) всей конструкции (точнее модели) или её выбранной части:

Tools -> Mass Properties -> Mesh Properties… -> [ Select All ] -> [ OK ] -> [ OK ] -> [ двойной щелчок в строке окна сообщений (оно развернется на весь экран) ] -> смотрите Mass Structural = ___.

Двойной щелчок в окне сообщений свернет окно сообщений и вернет изображение модели.

Если была установлена плотность материала = 0,00785 Мкг/м3 (новые единицы), то, чтобы получить массу в кг необходимо полученную цифру умножить на 1000000 (для перевода из Мкг в кг).

Если плотность = 0,800205 т/м3 (Ккг/м3) (старые единицы), в этом случае плотность приведенная, поэтому её надо сначала умножить на g=9,81, а затем на 1000 (для перевода из тонн в кг). Получим массу в кг или вес в кгс (они равны по величине).

Однако, масса модели из стержней и пластинок получается несколько больше из-за того, что препроцессор считает массу каждого элемента и затем суммирует их без учета вычитания пересечений элементов (рис. 4.3).


Рис. 4.3

В этом же информационном сообщении можно узнать объем модели (из стержней и пластинок), её площадь (только части модели состоящей из пластинок), инерционные характеристики, центр масс. Площадь можно использовать для вычисления потребности в лакокрасочных материалах, однако надо помнить, что это площадь только модели из пластинок и её увеличить в два раза (листы красят с двух сторон).

Total Area (Area Elements only) =
Total Volume (All Elements) =

4.2. Вычисление веса реальной конструкции

Нагрузку от собственного веса конструкции можно задать тремя способами:
  1. приложением узловой (и, или элементной) нагрузки (сила узловая, погонная, давление);
  2. приложением объемной нагрузки (ускорение свободного падения);
  3. комбинация способов 1. и 2.

Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки. Рассмотрим сначала второй способ.

Вес расчетной модели нельзя использовать в качестве нагрузки от собственного веса конструкции, т.к. в модель не входят вспомогательные сооружения, фасонки, болты, сварные швы, ограждения, перила, покрытие ездового полотна и т.д. Поэтому необходимо скорректировать вес модели. Коррекция возможна тремя способами:

  1. в нужном процентном отношении увеличить плотность материала;
  2. добавить присоединённую распределённую массу в свойствах элементов;
  3. комбинация способов a. и b.
Рассмотрим подробней каждый из способов.

В способе a. можно изменять не только плотность материала, но и ускорение свободного падения g=9,81м/с2, но делать этого нельзя если вы хотите провести расчет собственных колебаний. Дело в том, что (для линейного расчета) частота завит от плотности (т.е. массы), но не зависит от внешних нагрузок (веса) в том числе объёмных нагрузок определяемых ускорением, т.е. частота не зависит от величины g.

Определим корректирующий коэффициент, на который надо будет умножить плотность, чтобы получить из массы модели массу конструкции. Коэффициент получим делением массы конструкции на массу модели. Массу модели мы уже определили (п.4.1). Массу конструкции возьмите из проекта, а если его ещё нет, то определите примерную массу из опыта прошлых проектов. В последнем случае результат определения будет точнее, если вы "уменьшите" долю неизвестного следующим образом: прибавьте к большой "точной" массе модели небольшую ориентировочную массу вспомогательных конструкций (они не вошли в модель), полученная масса будет ближе к истине.

Способ b. удобно использовать для учета массы покрытия ездового полотна (присоединить к элементам настильного листа). Но в этом способе надо не забыть, что если вы работаете с приведенной плотностью (старая система единиц), надо и присоединённую массу разделить на g=9,81м/с2. Расчет собственных колебаний учитывает эту массу.

Способ 1. не позволит вычислить частоту свободных колебаний, если плотность отсутствует. Если плотность есть, но без коррекции, то расчет частоты будет не точен. Но у первого способа для прочностного расчета есть преимущество в точности распределения веса по поверхности влияния с учётом коэфф. надежности по нагрузке.

Еще одно замечание. Первый способ больше подходит для грубых приближенных стержневых моделей, а второй для подробных, точно отражающих конструктивные особенности пластинчатых моделей (при этом масса подсчитывается очень точно и почти не требует коррекции).

Итак, массу элементов модели можно менять тремя способами:

4.3. Удаление материала

Чтобы удалить материал:

Delete -> Model -> Material… -> [ набить номер материала ID … ] -> [ OK ] -> [ ДА ]

Невозможно удалить используемый материал (только незадействованный).

4.4. Изменение материала

Изменение параметров отдельного материала: Modify -> Edit -> Material… -> [ набить номер материала ID … ] -> [ OK ] -> [ изменить параметры ] -> [ OK ]

Чтобы заменить один материал на другой в нескольких выбранных свойствах элементов:

Modify -> Update Elements -> Material ID… -> [ выбрать свойства в которых надо поменять материал ] -> [ OK ] -> [ выбрать нужный материал ] -> [ OK ]

4.5. Просмотр материалов

4.5.1. Перечень всех используемых материалов в данной модели:

Tools -> Parameters… -> [Material …] -< [ Cancel ]

4.5.2. Сведения о параметрах одного материала:

[ Modify ] -> [ Edit ] -> [ Material… ] -> [ набить номер материала ID …] -> [ OK ] -> [ Cancel ]

4.5.3. Сведения о параметрах нескольких (или всех) материалов модели в окне сообщений:

List -> Model -> Material… -> [ выбор ] -> [ OK ] -> [ OK ] -> двойной щелчок в строке окна сообщений (оно развернется на весь экран)

4.5.4. Информация о параметрах и номере материала из курсорной подсказки прямо на модели для выделенного элемента (рис. 4.5). Сначала включите подсказку (рис. 4.4).

Рис. 4.4 Рис. 4.5

4.5.5. Информация на модели в виде номеров ID материала и его цвета на каждом элементе (рис. 4.7):

Клавиша - F6 или Wiew -> Options… -> далее по рис. 4.6

Рис. 4.7Рис. 4.7



Copyright © Сайт поддержки пользователей САПР