Создание геометрии и сетки в FEMAP

 

В этом примере Вы будете использовать возможности FEMAP по работе с геометрией для построения модели направляющей. Вы зададите граничные условия и аппроксимируете геометрию объемными конечными элементами.

Пример включает в себя:

  • Импорт эскиза через нейтральный файл;
  • Создание твердотельной детали;
  • Создание паза под шпонку;
  • Создание отверстий под болты;
  • Создание бобышки c вырезом;
  • Применение граничных условий;
  • Создание сетки из объемных конечных элементов.

Импорт эскиза

Создайте новый файл модели и импортируйте нейтральный файл FEMAP, содержащий профиль детали.

  1. File, New.
  2. File, Import, Femap Neutral.
  3. Перейдите в каталог Examples в директории установки FEMAP и выберите файл Slot.neu.
  4. В диалоговом окне чтения нейтральных файлов Read Model from FEMAP Neutral нажмите ОК.
‍Профиль направляющей, импортированный через нейтральный файл FEMA

Создание твердотельной детали

Чтобы создать твердотельную деталь, сначала создайте граничную поверхность Boundary Surface, а затем вытяните ее.

  1. Geometry, Boundary Surface, From Curves.
  2. В диалоговом окне выбора объектов Entity Selection нажмите Select All, затем OK и Cancel.
‍Граничная поверхность Boundary Surface

Вытяните граничную поверхность Boundary Surface, чтобы сформировать твердотельную деталь (Solid).

  1. Geometry, Solid, Extrude.
  2. В диалоговом окне настроек выдавливания Extrusion Options в разделе Material выберите New Solid; в разделе направления вытягивания Direction: Negative; а в разделе Length установите длину To Depth=10.
  3. Нажмите ОК.
Диалоговое окно настроек вытягивания Extrusion Option
‍Твердотельная деталь (Solid)

Созданная твердотельная геометрия отобразится в дереве проекта в разделе Geometry как объект типа Solid:

‍Дерево проекта FEMAP

Создание паза для шпонки

Для того, что бы создать эскиз паза, необходимо нарисовать две окружности.

  1. Geometry, Curve - Circle, Radius.
  2. В диалоговом окне Locate - Enter Location at Center of Circle укажите координаты центра окружности (0, 95, 0) и нажмите OK.
  3. В диалоговом окне Locate - Enter Location on Circle укажите координаты точки, которая будет лежать на окружности (11, 95, 0) и нажмите OK.
  4. После создания первой окружности, FEMAP предложит сразу же создать вторую. Задайте координаты центра второй окружности (0, 50, 0) и координаты точки на окружности (11, 50, 0).
  5. Нажмите OK, а затем Cancel.
‍Построение окружностей с помощью команды Geometry, Curve - Circle, Radius

Закончите создание эскиза паза:

  1. Geometry, Curve - Line, Points.
  2. В диалоговом окне построения линий по точкам Create Line from Points выберите курсором в графическом окне сначала точку From Point: A, а потом точку To Point: B. Аналогичным образом, постройте вторую линию CD.
‍Построение линий с помощью команды Geometry, Curve - Line, Points

Разбейте каждую из окружностей на две кривые. Перед этим выберите режим привязки к точкам Snap to Point.

‍Панель инструментов Select
Режимы привязки можно выбирать и с помощью быстрого меню правой кнопки мыши. Просто щелкните правой кнопкой мыши в графическом окне FEMAP и выберите соответствующую опцию привязки.
  1. Modify, Break, At Location (Ctrl+K).
  2. В диалоговом окне выбора объектов выберите первую окружность, а затем точку A. Аналогично, разбейте вторую окружность в точке B.
  3. Нажмите Cancel.
Обратите внимание, что разбить окружность на кривые в ее начальных точках (Starting Location of Circle) невозможно. Для визуализации начальных точек перейдите в настройки View, Options. В разделе Labels, Entities and Color выберите Curve/Surface Directions. В настройках параметров отображения Parametric Direction выберите 2..Show Curve Arrows.
‍Визуализация начальных точек окружности Starting Location of Circle

Удалите две лишние дуги:

  1. Delete, Geometry, Curve.
  2. В диалоговом окне выбора объектов выберите две внутренние половины окружностей и нажмите ОК. 
  3. Нажмите ОК в диалогом окне подтверждения удаления Confirm Delete.
Флажок обновления отображения Update Views в диалоговом окне подтверждения удаления позволяет автоматически перерисовывать графические объекты после выполнения команды. Если Вы делаете много удалений в очень большой модели, может потребоваться снять этот флажок, чтобы повысить производительность, а затем нажать Ctrl+G, чтобы повторно отрисовать модель после завершения удаления объектов.
Диалоговое окно подтверждения удаления Confirm Delete
‍Эскиз, с помощью которого будет создан паз для шпонки

Создайте граничную поверхность Boundary Surface и вытяните кривые:

  1. Geometry, Boundary Surface, From Curves.
  2. Выберите четыре кривые и нажмите ОК.
  3. Geometry, Solid, Extrude.
  4. В настройках вытягивания Extrusion Options в разделе Material установите Remove - Hole; в разделе Direction: Negative и в разделе Length: Thru All.
Обратите внимание, что граничная поверхность, которую вы только что создали, была выбрана автоматически при использовании функции вытягивания Extrude.
‍Создание паза для шпонки с помощью команды Geometry, Solid, Extrude

Создание отверстий под болты

Теперь Вы будете использовать массив для создания пяти отверстий под болты. Это позволяет всем отверстиям быть созданными за один шаг.

  1. Geometry, Curve - Circle, Radius.
  2. В диалоговом окне Locate - Enter Location at Center of Circle задайте координаты центра окружности (-38, 0, 0) и нажмите ОК.
  3. В диалоговом окне Locate - Enter Location on Circle задайте координаты точки на окружности (-38, 5, 0) и нажмите ОК.
  4. Нажмите Cancel.
  5. Geometry, Boundary Surface, From Curves.
  6. В диалоговом окне выбора объектов Entity Selection выберите созданную ранее окружность и нажмите ОК.
  7. Нажмите Cancel.
  8. Geometry, Solid, Extrude.
  9. В настройках вытягивания Extrusion Options укажите Material: Remove Hole, Direction: Negative, Length: Thru All и нажмите кнопку Pattern.
  10. Выберите круговой тип массива Radial и укажите координаты центра (0,0), число объектов Number: 5 и угол разворота Total Angle: 180.
  11. Нажмите ОК.
Диалоговое окно параметров вытягивания Extrusion Option
Настройки кругового массива при использовании команды Geometry, Solid, Extrude
‍Создание пяти отверстий под болты за один шаг с использованием кругового массива
Убедитесь, что стрелка направления выдавливания проходит через толщину детали. Если она указывает неправильный путь, измените направление на противоположное.

Создание бобышки

Создайте геометрию направляющей:

  1. Geometry, Curve - Circle, Radius.
  2. В диалоговом окне Locate - Enter Location at Center of Circle введите координаты центра окружности (0, 0, 0) и нажмите ОК.
  3. В диалоговом окне Locate - Enter Location on Circle введите координаты точки на окружности (25, 0, 0) и нажмите ОК.
  4. В диалоговом окне Locate - Enter Location at Center of Circle введите координаты центра окружности (0, 0, 0) и нажмите ОК.
  5. В диалоговом окне Locate - Enter Location on Circle введите координаты точки на окружности (16, 0, 0) и нажмите ОК.
  6. Нажмите Cancel.
  7. Geometry, Boundary Surface, From Curves
  8. Выберите две окружности и создайте из них граничную поверхность.
  9. Нажмите ОК, а затем Cancel.
  10. Geometry, Solid, Extrude.
  11. В настройках инструмента вытягивания Extrusion Options укажите Material: Add - Protrusion, Direction: Positive и Length: To Depth=50.
  12. Нажмите ОК.
‍Создание бобышки с использованием команды Geometry, Solid, Extrude

Создание углубления на бобышке

Переместите рабочую плоскость Workplane к верхней части выступа, так, чтобы вам было легче создать вырез.

Рабочая плоскость Workplane представляет собой двумерную плоскость, которую можно расположить и выровнять в любом месте трехмерного пространства. При графическом выделении объектов выбранное местоположение экрана проецируется на рабочую плоскость Workplane.

  1. Tools, Workplane.
  2. Включите отображение рабочей плоскости Draw Workplane в графическом окне.
  3. В разделе Define Plane выберите режим определения рабочей плоскости на поверхности On Surface.
  4. В диалоговом окне определения рабочей плоскости на поверхности Plane Normal to Surface укажите соответствующую поверхность On Surface, задайте нулевую точку At Point (точка А) и точку Axis Point (точка В), которая определяет направление оси X рабочей плоскости Workplane.
‍Диалоговое окно настроек рабочей плоскости Workplane
Создание рабочей плоскости Workplane на поверхности
Визуализация рабочей плоскости Workplane в трехмерном пространстве‍

Теперь Вы создадите горизонтальную линию на поверхности бобышки. Затем Вы создадите две параллельные линии и сделаете из них прямоугольник. Наконец, Вы вытянете прямоугольник, чтобы создать углубление.

  1. Geometry, Curve - Line, Points.
  2. Выберите точки A и B. Нажмите ОК, а затем Cancel.
  3. Geometry, Curve - Line, Parallel.
  4. В диалоговом окне Line Parallel to a Line укажите линию AB в поле From Curve и задайте отступ Offset: 3,5.
  5. Нажмите ОК.
  6. В диалоговом окне Locate укажите координаты точки, которая определяет в какую сторону будет сделано параллельное смещение линии.
  7. Аналогично, создайте вторую параллельную линию, которая будет смещена в противоположном направлении на то же расстояние.
  8. Geometry, Curve - Line, Points.
  9. В диалоговом окне Create Line from Points укажите точки C и D для того, что бы построить линию CD. Нажмите ОК.
  10. В диалоговом окне Create Line from Points укажите точки H и F для того, что бы построить линию HF.
  11. Нажмите ОК, а затем Cancel.
  12. Geometry, Boundary Surface, From Curves.
  13. Выберите линии CD, DF, FH и HC и нажмите ОК, для того, что бы создать граничную поверхность.
  14. Geometry, Solid, Extrude.
  15. В диалоговом окне Extrusion Options установите Material: Remove - Hole, Direction: Negative и Length: To Depth.
  16. Нажмите ОК, а затем Cancel.
‍Построение параллельных линий с использованием команды Geometry, Curve - Line, Parallel
‍Построение эскиза и определение граничной поверхности для создания углубления в бобышке
‍3-D модель направляющей
Если вам мешает вспомогательная линия, то Вы можете использовать команду Delete, Geometry, Curve для ее удаления. В диалоговом окне выбора объектов нажмите Select All, чтобы выбрать все кривые и нажмите кнопку ОК. Все кривые, которые не ссылаются на другие объекты будут удалены. После удаления линий, воспользуйтесь командой Delete, Geometry, Point для удаления точек.

Применение граничных условий

Для закрепления конструкции зафиксируйте отверстия под болты. Далее создайте нагрузку на внутреннюю поверхность паза.

  1. Model, Constraint, Create/Manage Set.
  2. В менеджере ограничений Constraint Set Manager нажмите New Constraint Set, чтобы создать новый набор ограничений.
  3. В диалоговом окне New Constraint Set в графе Title введите название набора ограничений и нажмите ОК.
  4. Нажмите Done.
  5. Model, Constraint, On Surface.
  6. В диалоговом окне выбор объектов Entity Selection укажите 10 внутренних поверхностей в отверстиях под болты и нажмите ОК.
  7. В диалоговом окне определения ограничений Create Constraints on Geometry нажмите кнопку Fixed.
  8. Нажмите ОК, а затем Cancel.
  9. Нажмите сочетание клавиш Ctrl-A для автоматического масштабирования модели (отображение всей модели в графическом окне).
Диалоговое окно параметров ограничения геометрии Create Constraints on Geometry
‍Фиксация отверстий под болты по всем степеням свободы

Создайте набор нагрузок, в котором приложите силу 1000 единиц к одной внутренней грани паза:

  1. Model, Load, Create/Manage Set.
  2. В менеджере наборов нагрузок Load Set Manager создайте новый набор, нажав на кнопку New Load Set.
  3. Введите название набора нагрузок в графе Title и нажмите ОК.
  4. В менеджере наборов нагрузок нажмите Done.
  5. Model, Load, On Surface.
  6. В диалоговом окне выбора объектов Entity Selection укажите одну внутреннюю поверхность паза и нажмите ОК.
  7. В диалоговом окне задания нагрузок Create Loads on Surfaces в графе FX введите значение минус 1000.
  8. Нажмите ОК, а затем Cancel.
‍Диалоговое окно определения нагрузок на поверхности Create Loads on Surface
‍Сила, равномерно распределенная по внутренней поверхности паза

Создание сетки

Создайте свойство и материал для модели, затем создайте сетку из объемных конечных элементов.

Определение свойства и материала

Создайте свойство Property для объемных элементов:

  1. Model, Property.
  2. В диалоговом окне Element Property Type нажмите кнопку Elem/Property Type и в разделе Volume Elements выберите тип элементов Solid.
  3. Нажмите ОК.
  4. В диалоговом окне Define Property - SOLID Element Type в графе Tittle введите название свойства. Названия могут содержать до 79 символов.
  5. Нажмите ОК.
  6. Перед Вами всплывет подсказка «Material 0 does not Exist, OK to Create?», которая говорит о том, что в модели не был создан материал и предлагает создать его прямо сейчас. Необходимо согласиться, нажав кнопку Yes.
  7. В диалоговом окне Define Material - ISOTROPIC нажмите кнопку Load, чтобы загрузить свойства материала из стандартной библиотеки FEMAP.
  8. Выберите AISI 4340 Steel и нажмите ОК.
  9. В диалоговом окне Define Material - ISOTROPIC нажмите ОК.
  10. В диалоговом окне Define Property - SOLID Element Type нажмите ОК, а затем Cancel.
Диалоговое окно параметров конечных элементов типа Solid
‍Определение констант изотропного материала в диалоговом окне Define Material — ISOTROPIC

Разбейте модель на сетку из объемных конечных элементов:

  1. Mesh, Geometry, Solids (Alt+F12).
  2. В диалоговом окне Automesh Solids нажмите кнопку Update Mesh Sizing и установите Max Angle Tolerance 10 градусов, чтобы улучшить сетку вокруг отверстий под болты. Нажмите ОК.
  3. В диалогом окне Automesh Solids нажмите ОК.
Дополнительные настройки автоматической тетраэдральной сетки Automatic Mesh Sizing
‍Аппроксимация 3-D модели тетраэдральными конечными элементами типа Solid

Рекомендуем прочитать

Анализ осесимметричной модели сосуда под давлением

В этом примере Вы воспользуетесь преимуществами осесимметричности сосуда под давлением и проанализируете конструкцию с помощью осесимметричных элементов.

Расчет балочной модели фермерной конструкции

В этом примере Вы будете использовать стержневые (Rod) и балочные (Beam) элементы для представления фермерной конструкции.

Восстановление дефектов сетки в ручном режиме

В этом примере Вы научитесь восстанавливать поврежденную плоскую сетку, созданную на поверхностях импортированной геометрии. Импорт геометрии в FEMAP весьма надежен. Наилучшим геометрическим форматом для импорта геометрии в FEMAP является формат Parasolid. Также, FEMAP поддерживает импорт файлов в форматах ACIS, IGES, STEP, Pro/Engineer и CATIA.