CAE Fidesys 9.0 Руководство пользователя

Пошаговое изменение давления в скважине

Решается задача о нахождении пластической зоны вокруг скважины в динамике с учетом порового давления до появления неустойчивости в виде полос пластических деформаций.

Квадратная пластина значительной ширины и единичной толщины с малым круговым отверстием радиуса a в ее центре подвергается разносторонним равномерным давлениям напряжениями σ1 в направлении оси X1 и σ2 в направлении оси X2 . На боковые грани действует поровое давление, зависящее от времени.

На круглое отверстие действует давление, также зависящее от времени. Требуется рассчитать пластические зоны вокруг скважины в динамикe.

Построение модели

1. Создайте пластинку.

На панели команд выберите модуль построения поверхностной геометрии (Режим — Геометрия, Объект — Поверхность, Действие — Создать).

Из списка геометрических примитивов выберите Прямоугольник. Задайте размеры блока:

• Ширина: 10;

• Высота: 10;

• Расположение: Z-плоскость.

Нажмите Применить.

2. Перемещение к началу координат.

Требуется передвинуть поверхность таким образом, чтобы одна из вершин оказалась в начале координат.

На панели команд выберите модуль построения поверхностной геометрии (Режим — Геометрия, Объект — Поверхность, Действие — Преобразовать).

Из списка операций выберите Переместить.

Задаём параметры перемещения:

• ID поверхности(ей): 1;

• Выбрать метод: Расстояние;

• Расстояние по X: 5;

• Расстояние по Y: 5.

Нажмите Применить.

3. Выбор геометрических объектов.

В стандартной строке находим панель с выбором геометрических объектов.

Нажмите Выбор вершин.

Кликаем на левую нижнюю вершину созданной поверхности и смотрим полученные координаты на Странице Свойств слева. Убеждаемся, что вершина переместилась в начало координат.

4. Создание кругового отверстия.

Требуется сделать вырез в пластине, используя вспомогательный круг.

На панели команд выберите модуль построения поверхностной геометрии (Режим — Геометрия, Объект — Поверхность, Действие — Создать).

Из списка геометрических примитивов выберите Круг.

Задайте размеры блока:

• Радиус: 1;

• Расположение: Z-плоскость.

Нажмите Применить.

5. На панели команд выберите модуль построения поверхностной геометрии (Режим — Геометрия, Объект — Поверхность, Действие — Логические операции).

Из списка логический операций выберите Вычесть.

Задайте параметры логической операции:

• A ID поверхности(ей): 1;

• B ID поверхности(ей): 2.

Нажмите Применить.

Построение сетки

1. Изменение настроек сетки.

Для того, чтобы автоматически строилась четырехугольная сетка, изменим настройки по умолчанию. В стандартной строке выбираем Инструменты – Настройки.

В открывшемся окне в левой колонке выбираем Настройки сетки. На панели Тип элемента по умолчанию ставим Гексаэдр/четырехугольник.

Нажмите Сохранить.

2. На панели команд выберите модуль построения сетки на кривых (Режим — Сетка, Объект — На кривых, Действие — Построение сетки).

Укажите степень измельчения сетки:

• Выбор кривых: 7;

• Выберите способ построения сетки: Сгущение;

• Выберите способ построения сетки: Интервалы и сгущения;

• Изменить количество интервалов;

• Количество интервалов: 70;

• Коэф. сгущения: 1.04;

• Стартовая вершина: 7 (левая вершина на данной кривой).

Нажмите Применить.

Нажмите Построить сетку.

3. На панели команд выберите модуль построения сетки на кривых (Режим — Сетка, Объект — На кривых, Действие — Построение сетки).

Укажите степень измельчения сетки:

• Выбор кривых: 8;

• Выберите способ построения сетки: Сгущение;

• Выберите способ построения сетки: Интервалы и сгущения;

• Количество интервалов: 70;

• Коэф. сгущения: 1.04;

• Стартовая вершина: 6 (нижняя вершина на данной кривой).

Нажмите Применить.

Нажмите Построить сетку.

4. На панели команд выберите модуль построения сетки на кривых (Режим — Сетка, Объект — На кривых, Действие — Построение сетки).

Укажите степень измельчения сетки:

• Выбор кривых: 6 1 4 (через пробел);

• Выберите способ построения сетки: Равномерно;

• Установите флаг: Интервал;

• Укажите количество интервалов: 34.

Нажмите Применить.

Нажмите Построить сетку.

5. На панели команд выберите модуль построения поверхностной сетки (Режим — Сетка, Объект — Поверхностная, Действие — Интервалы).

Укажите:

• Автоматический размер;

• Выбор поверхностей: 3.

Нажмите Построить сетку.

Задание материала и свойств блока

1. Создайте материал.

На панели команд выберите модуль задания свойств материала (Режим —Материал, Объект — Управление материалами).

В открывшемся виджете Управление материалами в средней колонке укажите имя материала material. В колонке свойств откройте список Упругость и перетащите название Изотропный материал в колонку Свойства материала.

Задайте следующие параметры:

• Модуль Юнга: 1e+09;

• Коэффициент Пуассона: 0.25.

В левой колонке переходим в раздел Общие и выбираем Плотность. Перетаскиваем мышкой в правую колонку и указываем значение 2650.

• Плотность: 2650.

В левой колонке переходим в раздел Пластичность и выбираем Второй критерий прочности Друкера-Прагера.

• Когезия: 2e+06;

• Угол внутреннеготрения: 20;

• Угол дилатансии: 0.0001.

В левой колонке переходим в раздел Геомеханика – Изотропная модель Био.

• Пористость: 0.25;

• Проницаемость: 1e-12;

• Вязкость жидкости: 0.005;

• Число Био: 0.8;

• Модуль упругости: 1e+09.

Нажмите Применить.

Закройте окно Управление материалами.

2. Создайте блок одного типа материала.

На панели команд выберите модуль управления блоками (Режим — Блоки, Объект — Блок, Действие — Добавить сущность в блок).

Задайте следующие параметры:

• ID блока: 1;

• Список сущностей: Поверхность;

• ID объекта(ов): 3.

Нажмите Применить.

3. Задайте параметры блока.

На панели команд выберите модуль управления блоками (Режим — Блоки, Объект — Блок, Действие — Свойства/параметры блока).

Задайте следующие параметры:

• ID блока(ов): 1;

• Категория: Плоскость;

• Материал: material;

• Система координат: Глобальная декартова;

• Порядок: 2.

Нажмите Применить.

Задание граничных условий

1. Приложите давление на правую боковую кривую.

На панели команд выберите модуль задания граничных условий (Режим — Граничные условия, Объект — Давление, Действие — Создать).

Задайте следующие параметры:

• Список сущностей: Кривая;

• ID объекта(ов): 4;

• Значение: 28e6 (поддерживается экспоненциальный вид числа с использованием латинской буквы “e”).

Нажмите Применить.

2. Приложите давление на правую боковую кривую.

На панели команд выберите модуль задания граничных условий (Режим — Граничные условия, Объект — Давление, Действие — Создать).

Задайте следующие параметры:

• Список сущностей: Кривая;

• ID объекта(ов): 1;

• Значение: 32e6 (поддерживается экспоненциальный вид числа с использованием латинской буквы “e”).

Нажмите Применить.

3. Задайте нагрузку, зависящую от времени, на вырез модели.

На панели команд выберите модуль задания граничных условий (Режим — Граничные условия, Объект — Давление, Действие — Создать). Задайте следующие параметры:

• Список сущностей: Кривая;

• ID объекта(ов): 6;

• Значение: 0.

Нажмите Применить.

4. На панели команд выберите модуль задания зависимостей ГУ (Режим — Зависимость ГУ).

В появившемся окне Зависимость ГУ задайте следующие параметры:

• Название ГУ: Давление 3;

• Выбрать флаг Формула, Вручную;

• В поле ниже ввести (25e6)-0.6e6*t/3600.

Нажмите Применить.

5. Задайте симметричное закрепление.

На панели команд выберите модуль задания граничных условий (Режим — Граничные условия, Объект — Перемещение, Действие — Создать).

Задайте следующие параметры:

• Список сущностей: Кривая;

• ID объекта(ов): 7;

• Степени свободы: Y.

Нажмите Применить.

6. Аналогично задайте второе закрепление для прямой 8.

На панели команд выберите модуль задания граничных условий (Режим — Граничные условия, Объект — Перемещение, Действие — Создать).

Задайте следующие параметры:

• Список сущностей: Кривая;

• ID объекта(ов): 8;

• Степени свободы: X.

Нажмите Применить.

7. Задайте поровое давление.

На панели команд выберите модуль задания граничных условий (Режим — Граничные условия, Объект — Поровое давление, Действие — Создать).

Задайте следующие параметры:

• Список сущностей: Кривая;

• ID объекта(ов): 1 4 (в поле ID числа пишутся через пробел);

• Значение: (25e6)-0.6e6*t/3600.

Нажмите Применить.

Запуск расчета

1. Задайте параметры решателя.

На панели команд выберите модуль настройки расчёта (Режим — Настройки расчёта, Настройки расчёта — Временной анализ, Временной анализ —Общие).

Задайте следующие параметры:

• Размерность: 2D;

• Тип плоской задачи: Плоское деформированное состояние;

• Схема: Неявная;

• Максимальное время: 150000;

• Число шагов: 1000;

• Установите флажок в поле Преднагруженная модель;

• В разделе Модели установите флажки на Упругость, Пластичность, Пьезопроводность;

• Установите флажок в поле Задать настройки неявной схемы;

• В поле Затухание алгоритма Ньюмарка введите значение 0.1.

Нажмите Применить.

Нажмите Начать расчёт.

2. В появившемся окне выберите директорию, в которой будет сохранён результат, и введите название файла.

3. В случае успешно проведённого расчёта в консоли отобразится сообщение: Calculation finished successfully at "date" "time".

Анализ результатов

1. Откройте файл с результатами. Это можно сделать тремя способами.

• Нажмите Ctrl+E.

• В главном меню выберите Расчёт → Открыть результаты.

• На панели команд выберите Результаты (Режим — Результаты, Результаты — Открыть результаты).

2. Рассмотрите результаты расчёта в окне FidesysViewer .

Для автоматического применения изменений всех фильтров на панели команд нажмите на соответствующую кнопку Автоматически применять изменения - .

В стандартной строке найдите значок Настройки цветовой карты - .

На панели Дискретизация цвета в поле Число табличных значений поставьте значение 6.

На верхней панели выберите данные результата расчета для отображения. Из первого выпадающего списка выберите Напряжения, из второго – Мизес.

Результаты напряжения Мизеса представлены ниже (по умолчанию представлены результаты для последнего шага расчета в момент времени 150000 с).

Аналогичным образом отобразим остальные результаты.

Достройте модель и рассмотрите пластические деформации на полной пластине. Используем Фильтр – Алфавитный указатель – Отразить. На странице свойств в поле Плоскостью укажем Х. Затем к этому фильтру еще раз применяем фильтр отразить, но в поле Плоскостью укажем Y.

На другой цветовой схеме картина распределения пластических деформаций может быть более выраженной.

Оцените запас прочности

В строке меню выберите Фильтры → Алфавитный указатель → Запас прочности. Выбираем поля для отображения на модели – Запас прочности и Теория Кулона-Мора.

Результат расчета запаса прочности по теории Кулона-Мора

Результат расчета запаса прочности по теории Моги-Кулона

Таким образом, был произведен расчет пластической зоны вокруг скважины в динамике с учетом порового давления до появления неустойчивости в виде полос пластических деформаций.

Использование консольного интерфейса

Построение геометрии, генерацию сетки, задание граничных условий и материалов можно контролировать с помощью консольного интерфейса. Ниже приведён код реализации шагов программного обеспечения, описанных выше. Необходимо только самостоятельно указать полный путь и название сохраняемого файла.

Скрипт для пошагового примера