Гармонический анализ (балки)

Рассматривается пример с балочной конструкцией. Задается конструкционное демпфирование.

Модель жестко закреплена в точках A, D, C, F. На середину грани BE приложена сила, зависящая от частоты. При этом стороны конструкции имеют одинаковые длины: AB=BC=DE=EF=BG=EG=2.5 м. Параметры материала: модуль Юнга E = 2e11 Па, коэффициент Пуассона n = 0.3, плотность r = 7800 кг/м3. Задается конструкционное демпфирование 0.1.

Построение модели

1. Создайте конструкцию из балок (линий).

На панели инструментов выберите модуль построения геометрии (Режим — Геометрия, Объект — Кривая, Действие — Создать).

Из списка выпадающего списка выберите Линия.

На панели Построить, используя выберете Расположение и направление Далее, укажите необходимые данные для создания первой линии:

Расположение: 0 0 0 (через пробел);
Направление: 0 1 0;
Длина: 2.5.

Нажмите Применить.

2. Укажите необходимые данные для создания второй линии:

Расположение: 0 2.5 0;
Направление: 0 1 0;
Длина: 2.5.

Нажмите Применить.

3. Укажите необходимые данные для создания третьей линии:

Расположение: 0 2.5 0;
Направление: 1 0 0;
Длина: 2.5.

Нажмите Применить.

4. Укажите необходимые данные для создания четвертой линии:

Расположение: 2.5 2.5 0;
Направление: 1 0 0;
Длина: 2.5.

Нажмите Применить.

5. Укажите необходимые данные для создания пятой линии:

Расположение: 5 0 0;
Направление: 0 1 0;
Длина: 2.5.

Нажмите Применить.

6. Укажите необходимые данные для создания шестой линии:

Расположение: 5 2.5 0;
Направление: 0 1 0;
Длина: 2.5.

Нажмите Применить.

7. Срастите вершины на полученных балках. На панели инструментов выберите модуль построения геометрии (Режим — Геометрия, Объект — Вершина, Действие — Срастить).

Укажите:

ID вершин(ы): all.

Нажмите Применить.

Получилась балочная конструкция.

Построение сетки

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

Укажите следующие параметры:

Выбор кривых: all;
Равномерно;
Примерный размер;
Примерный размер: 0.1.

Нажмите Применить.

Нажмите Построить сетку.

Задание материала и типа элемента

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 material1. В колонке свойств откройте список Упругость и перетащите название Изотропный материал в колонку Свойства материала. Заполните свойства следующим образом:

Модуль Юнга: 2e+11;
Коэффициент Пуассона: 0.3;
Плотность: 7800.

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: Кривая;
ID объекта(ов): all.

Нажмите Применить.

3. Задайте параметры блока.

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

Задайте следующие параметры:

Имя блока: Block 1 (ID 1);
Категория: Балка;
Материал: material1;
Система координат: Глобальная декартова;
Порядок: 1;
ID свойств блока: нажмите на кнопку .

Задайте свойства балки.

Задайте следующие параметры:

Качество сетки сечения: Перетащите ползунок к значению "Точно";
Профиль сечения: Эллипс;
Малая ось (b): 0.1;
Большая ось (a): 0.1.

Нажмите Применить.

Закройте окно Задать свойства балки.

Нажмите Применить.

Задание граничных условий

1. Закрепите вершины A, D, C, F по всем перемещениям и поворотам.

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

Задайте следующие параметры:

Список сущностей: Вершина;
ID объекта(ов): 1 4 9 12 (или выделите мышью вершины, зажимая клавишу Ctrl);
Степени свободы: Закрепить все.

Нажмите Применить.

Нажмите на кнопку для проверки граничных условий.

2. Приложите силу, зависящую от частоты.

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

Задайте следующие параметры:

Список сущностей: Вершина;
ID объекта(ов): 6 (или выделите мышью вершину, как показано на рисунке);
Сила: 1;
Направление: 0 0 -1.

Нажмите Применить.

3. Задайте зависимость от частоты.

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

В появившемся окне Зависимость ГУ выберете в левой колонке граничное условие Сила 1, на панели Формула из выпадающего списка выберете Гармоническая. Введите следующие данные:

Амплитуда: 1e5;
Частота: w;
Фаза: 0.

Нажмите Применить.

Нажмите на кнопку для проверки граничных условий.

Запуск расчёта

1. Задайте тип задачи, которую требуется решить. На панели команд выберите модуль настройки расчёта (Режим — Настройки расчёта, Настройки расчёта — Частотный анализ, Частотный анализ — Общие).

Задайте следующие параметры расчета:

Размерность: 3D;
Число собственных частот: 10;
Наименьшие.
Равномерное с собственными частотами;
Интервал частот: 0.0 - 40.0;
Шаг по частоте: 0.5

Нажмите Применить.

2. Задайте конструкционное демпфирование.

На панели команд выберите модуль настройки расчёта (Режим — Настройки расчёта, Настройки расчёта — Частотный анализ, Частотный анализ — Демпфирование).

Задайте следующие параметры расчета:

Конструкционное демпфирование: 0.1.

Нажмите Применить.

Нажмите Начать расчёт.

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

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

Анализ результатов

1. Сравните результаты, выведенные в командную строку, с результатами, приведенными ниже:

2. 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).

Появится окно FidesysViewer, в котором вы сможете ознакомиться с результатами расчёта.

3. Выберите точку на поверхности с помощью Выбрать точки .

В стандартной строке выберите Фильтры - Алфавитный указатель - Гармонический анализ.

Для фильтра Гармонический анализ в Дереве во вкладке Свойства Нажмите Применить

В появившемся разделе Параметры рядов выберите только Перемещения (Амплитуда)_Z_(блок: 1 точка: 100).

В правой части экрана получен искомый график.

Наведите курcор мыши на один из пиков, тогда во всплывающей надписи отобразится значение амплитуды, соответствующее данной частоте.

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