Технология суперэлементов в Femap с NX Nastran

Хронология выхода новых релизов Femap

• v.11.3.2 Сентябрь 2016

• v.11.3.1 Июль 2016

• v11.3 Апрель 2016

• v11.2 Март 2015

• v11.1 Ноябрь 2013

• v11: Январь 2013

• v10.3.1: Январь 2012

• v10.3: Октябрь 2011

• v10.2: Октябрь 2010

• v10.1.1: Январь 2010

• v10.1: Август 2009

• v10: Декабрь 2008

 

Типы суперэлементов

Одна из наиболее эффективных методик для проведения системного динамического анализа – это использование суперэлементов на основе модели Крейга-Бемптона. Femap поддерживает создание и использование внешних суперэлементов. Путем добавления модальной информации Крейга-Бэмптона к стандартным суперэлементам можно значительно повысить точность расчетов динамического отклика конструкции. Данная статья описывает процесс создания и использования суперэлементов на основе модели Крейга-Бамптона при анализе системы в нормальных режимах колебаний.

Внешние суперэлементы позволяют быстро и эффективно проводить различные статические и динамические расчеты для больших конструкций

-По умолчанию, создание суперэлементов происходит путем редукции КЭ модели методом статической конденсации или методом Гайяна

-Матрицы напряжений, массы, вектор нагрузок редуцируются к узлам на границе КЭ сетки (фрагмента) и затем вместе с фрагментом вставляются в последующий анализ системы

-Статический метод редукции достаточно точен для статического анализа

-Для динамики, даже при точном задании границ сетки, статического метода может быть недостаточно для точного представления поведения компонента в динамике

 

Для динамических расчетов необходимо использовать метод редукции Крейга-Бемптона (покомпонентный синтез форм)

-Суть данной методики заключается в том, что редукция физической модели происходит на основе модальной информации, в которой полностью учитывается динамическое поведение конструкции на выбранном диапазоне частот

 

Femap поддерживает оба типа суперэлементов при моделировании системы

 

Этапы настройки и анализа

Данная статья демонстрирует моделирование ракетной системы, состоящей из 3 компонентов, с использованием внешних суперэлементов 

1)Расчет нормальных режимов для ракетной системы без суперэлементов

2)Создание внешнего суперэлемента для представления каждого из двигателей (ступеней)

3)Создание решения системы для нормальных режимов с использованием точной модели центральной ракеты-носителя и внешних суперэлементов для каждого двигателя

4)Создание двух новых суперэлементов для двигателей на основе модели Крейга-Бамптона

5)Анализ ракетной системы с суперэлементами Крейга-Бамптона для демонстрации увеличения точности расчетов

 

Тестируемая модель

 

Описание КЭ модели ракетной системы

• 39735 узлов и 41838 элементов

• 238170 DOF (степени свободы)

• Балочные, объемные, жесткие элементы

• Регионы с распределенной массой

• Неконструктивные элементы отображения

 

Этапы создания внешнего суперэлемента

1. Определение граничных узлов суперэлемента

- Узлы, которые соединяются с другими компонентами

- Узлы с приложенными нагрузками

- Узлы с ограничениями в системном анализе

- Области концентрации массы

2. Узлы, помогающие визуализировать перемещение компонента

3. Определение узлов и элементов для создания выходной матрицы преобразований (OTM)

- Создание требований к выходной информации в настройках анализа автоматически формирует OTM, которая добавляется к выходным матрицам. Запросы типа «ALL» генерируют очень большие файлы.

4. Настройка опций анализа

 

Выбор граничных узлов суперэлемента

1. Создание узлового ограничения с названием “left booster boundary nodes" («граничные узлы левого двигателя»)

2. Выбор узлов

3. Выбор “fixed” для всех DOF

 

Создание группы расчетных узлов и элементов в анализе системы

1. Создание новой группы «left booster otm»

2. Выбор узлов различным методом (ID, узел, группа)

3. Выбор элементов различным методом (ID, узел, группа)

  

Настройка анализа и создание внешнего суперэлемента

 

Настройка внешнего суперэлемента

 

Создание требований к выходным данным для внешнего суперэлемента

 

Запуск анализа

Сохраните файл модели 

Нажмите Analyze для запуска анализа 

Проверьте содержание файла .op2, в котором приведены матрицы массы, жесткости и OTM. Вы также должны увидеть соответствующий текстовый файл .asm, который содержит основные данные Nastran, необходимые для присоединения внешних СЭ к системному анализу.

 

Настройка анализа собственных форм системы для ракеты с двумя двигателями в виде суперэлементов

 

Анализ собственных форм системы для ракеты с двумя двигателями в виде суперэлементов

 

Запуск системного анализа

 

Создание нового суперэлемента с модами Крейга-Бемптона для двигателя

1. Откройте Analysis Set Manager

2. Создайте стандартный анализ для нормальных режимов

3. Раскройте "Options", затем "Modal/Buckling“

4. Выделите "Modal/Buckling" и нажмите "Edit“

 

 

Запуск второго анализа нормальных режимов с использованием СЭ Крейга-Бемптона двигателей для демонстрации увеличения точности

 

Сравнение результатов

 

 

Выводы

• СЭ уменьшают количество ресурсов, необходимых для проведения динамического анализа

• Использование СЭ Крейга-Бамптона повышают точность редуцированных моделей компонентов

• Создание и использование внешних СЭ полностью поддерживается в Femap

Рекомендуем прочитать