Беляев А.В

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Национальный исследовательский

Иркутский государственный технический университет

А.В. Беляев

Инженерный анализ в среде FEMAP

Лабораторный практикум

Учебное пособие

Иркутск 2014

УДК 621.878

ББК 38.623 я73

Б 44

Рекомендовано к изданию учебным советом ИрГТУ

Рецензенты:

Беляев А.В.

Б 44 Инженерный анализ в среде Femap: лабораторный практикум. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2014. с. 134.

В пособии излагаются методические рекомендации к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Инженерный анализ в среде Femap». Пособие предназначено для ознакомления и приобретения практических навыков работы с конечно-элементными программами. Цель пособия - дать обучающимся необходимый минимум знаний и практических навыков при выполнении инженерного анализа в среде «Femap». Этот минимум должен дать возможность студенту самостоятельно выполнять конечно-элементное моделирование и расчет простых задач.

Предназначено для студентов всех инженерных специальностей, изучающих курс «Инженерный анализ в среде Femap», «Анализ систем с распределенными параметрами».

Предназначено для студентов специальности 170900 «Подъемно - транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» и других специальностей технического профиля.

УДК 621.878

ББК 38.623 я73

© Беляев А.В., 2014

© Иркутский государственный

технический университет, 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

Начало работы в Femap............................................................... 9

Интерфейс пользователя........................................................................... 9

Лабораторная РАбота 1. Линейный статический анализ консольной балки............................................................................... 10

Выполнение работы................................................................................ 10

Задание свойств материала..................................................................... 10

Описание свойств конечных элементов.................................................. 11

Генерация конечно-элементной модели................................................. 11

Задание граничных условий................................................................... 12

Создание нагрузки.................................................................................. 13

Выполнение расчета................................................................................ 13

Обработка результатов расчета............................................................. 14

Построение изображения деформированного состояния и....... 15

эпюр моментов........................................................................................ 15

Лабораторная Работа 2. Анализ устойчивости консольной балки............................................................................... 16

Выполнение работы................................................................................ 16

Создание новой нагрузки....................................................................... 16

Выполнение расчета................................................................................ 16

Обработка результатов расчета.............................................................. 17

Построение изображения деформированного состояния..................... 17

Лабораторная работа 3. Моделирование простой балочной конструкции.................................................................. 18

Построение геометрии модели............................................................... 18

Задание свойств материала..................................................................... 18

Задание свойств конечных элементов..................................................... 18

Генерация конечно-элементной сетки..................................................... 20

Задание граничных условий и нагрузки................................................ 21

Анализ конструкции................................................................................ 21

Обработка результатов расчета.............................................................. 22

Лабораторная работа 4. Статический расчет балки 23

Создание геометрии модели................................................................... 23

Задание свойств материала..................................................................... 23

Выбор типа и параметров конечных элементов.................................... 23

Разбиение на конечные элементы........................................................... 24

Задание граничных условий................................................................... 25

Задание нагрузок..................................................................................... 25

Выполнение расчета................................................................................ 26

Отображение результатов расчета......................................................... 26

Лабораторная работа 5. Пластина под воздействием гравитационного нагружения.................................................. 28

Создание геометрической модели.......................................................... 28

Задание свойств материала..................................................................... 31

Описание свойств конечных элементов.................................................. 32

Генерация конечно-элементной сетки..................................................... 32

Задание граничных условий................................................................... 34

Задание нагружения................................................................................ 35

Выполнение конечно-элементного анализа........................................... 35

Обработка результатов расчета............................................................. 36

Модификация изображения модели на экране...................................... 36

Построение изображения деформированного состояния пластины..... 37

Анимация деформированного состояния............................................... 37

Отображение деформаций в виде изолиний.......................................... 37

Лабораторная работа 6. Пластина переменной толщины........................................................................................................................... 38

Выполнение работы................................................................................ 38

Задание свойств материала..................................................................... 38

Описание свойств конечных элементов.................................................. 38

Генерация конечно-элементной сетки..................................................... 39

Задание граничных условий. Создание нагрузки................................. 39

Создание уравнения, описывающего изменение толщины пластины... 39

Лабораторная работа 7. Статический анализ напряженно-деформированного состояния подкрепленной пластины.................................................................................................... 40

Выполнение работы................................................................................ 40

Задание свойств материала..................................................................... 40

Описание свойств конечных элементов.................................................. 41

Генерация конечно-элементной сетки..................................................... 41

Задание граничных условий................................................................... 43

Создание нагрузки.................................................................................. 43

Выполнение расчета................................................................................ 44

Построение изображения деформированного состояния..................... 44

Построение изображения напряженного состояния.............................. 45

Лабораторная работа 8. Совместное использование в одной конечно-элементной модели разных типов элементов.................................................................................................. 46

Построение геометрической модели...................................................... 46

Описание свойств конечных элементов.................................................. 46

Генерация конечно-элементной сетки..................................................... 47

Задание граничных условий................................................................... 49

Задание нагружения................................................................................ 49

Обработка результатов расчета............................................................. 50

Лабораторная работа 9. Cтатический анализ напряженно-деформированного состояния ферменной конструкции............................................................................................ 51

Выполнение работы................................................................................ 51

Описание свойств конечных элементов.................................................. 52

Задание граничных условий................................................................... 53

Создание нагрузки.................................................................................. 53

Выполнение расчета................................................................................ 54

Построение изображения деформированного состояния..................... 54

Лабораторная работа 10. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЛОСКОЙ ФЕРМЫ........................................................................................................................... 55

Построение геометрии модели............................................................... 55

Задание свойств материала..................................................................... 55

Описание свойств конечных элементов.................................................. 56

Задание граничных условий................................................................... 57

Задание нагружения................................................................................ 57

Обработка результатов расчета.............................................................. 58

Лабораторная работа 11. Моделирование объемной детали........................................................................................................... 59

Выполнение работы................................................................................ 59

Задание свойств материала..................................................................... 59

Описание свойств конечных элементов.................................................. 59

Создание геометрии модели................................................................... 59

Генерация конечно-элементной сетки..................................................... 60

Лабораторная работа 12. Расчет объемного (Solid) тела на примере статического расчета............................................ 62

Построение геометрической модели...................................................... 62

Задание свойств материала и конечных элементов............................... 64

Генерация конечно-элементной сетки..................................................... 65

Задание нагружения................................................................................ 67

Выполнение конечно-элементного анализа........................................... 67

Обработка результатов расчета............................................................. 67

Лабораторная РАБОТА 13. Расчет сложного объемного (Solid) тела на примере статического расчета прочности трубопровода........................................................................................... 69

Построение геометрической модели...................................................... 69

Задание свойств материала..................................................................... 74

Задание свойств используемых конечных элементов............................ 74

Генерация конечно-элементной сетки..................................................... 74

Задание граничных условий................................................................... 75

Задание нагружения................................................................................ 76

Выполнение конечно-элементного анализа........................................... 77

Обработка результатов расчета............................................................. 77

Работа со слоями..................................................................................... 78

Лабораторная работа 14. Контактная задача расчета посадки деталей с натягом........................................................ 80

Построение геометрической модели...................................................... 80

Задание свойств материала и конечных элементов............................... 86

Генерация конечно-элементной сетки..................................................... 88

Задание граничных условий................................................................... 94

Задание нагружения................................................................................ 97

Выполнение конечно-элементного анализа........................................... 98

Обработка результатов расчета............................................................. 99

Лабораторная РАБОТА 15. моделиРОВАНИЕ контактного взаимодействия технологическОГО бойкА с обрабатываемОЙ деталЬЮ........................................................... 101

Геометрическая модель......................................................................... 101

Задание свойств материала и конечных элементов.............................. 104

Генерация конечно-элементной сетки................................................... 105

Задание граничных условий................................................................. 117

Задание нагружения.............................................................................. 118

Выполнение конечно-элементного анализа........................................ 119

Анализ результатов расчета................................................................. 121

Пластическое деформирование............................................................ 122

Лабораторная РАБОТА 16. моделиРОВАНИЕ КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ уплотнительного кольца и диска притира......................................................................................................................... 124

Геометрическая модель......................................................................... 124

Задание свойств материала и конечных элементов.............................. 130

Генерация конечно-элементной сетки................................................... 132

Задание граничных условий................................................................. 139

Задание нагружения.............................................................................. 143

Обработка результатов расчета............................................................ 145

Упругое деформирование притира и уплотнительного кольца.......... 148

Приложение 1................................................................................ 149

Приложение 2................................................................................ 152