Jak na výpočty svařovaných konstrukcí

Jak na výpočty svařovaných konstrukcí

Vytvořit výpočetní model MKP pro konstrukce tvořené ohýbanými profily a plechy může být pracné a komplikované. Standartní CAD modely jsou objemové. Pokud bychom chtěli i v MKP analýze pokračovat objemovými modelem, analýza by se stala nesmyslně velkou. Standartní postup je proto přejít do modelu skořepinového, tj. vygenerovat střednicové plochy a tloušťku definovat jako parametr v použitých elementech typu SHELL.

Ansys Mechanical pro tvorbu výpočetního modelu nabízí dvě metodiky, standartní a tzv. Batch Connection. V obou případech začneme tvorbou střednicových ploch. Pro převod z objemového modelu do střednicového s výhodou můžeme použít Ansys SpaceClaim nebo Ansys Discovery Modeling, které obsahují silné nástroje pro automatickou i ruční tvorbu střednicových ploch a jejich dotažení a ořezání tak, abychom získali model, kde se tělesa správně dotýkají všude tam, kde se dotýkali i v objemovém modelu i tam, kde jsou spojena svarem a v původním objemovém modelu byly ponechány technologické mezery. Zároveň automaticky Ansys SpaceClaim i Ansys Discovery přiřadí skořepinám i tloušťky materiálu. Jak model efektivně připravit Vám rádi v TechSoft Engineering poradíme v rámci konzultací nebo školení.

Obr. 1: Původní objemová, upravená střednicová geometrie a sdílená výpočetní síť

U standartního postupu následuje propojení sdílené topologie, tj. vzájemné obtisknutí dotýkajících se hran a ploch a jejich společné sdílení v obou tělesech. Kontrolu provedeme barevným zobrazením hran podle jejich sdílení v jedné, nebo více plochách. Dále geometrie přeneseme do Ansys Mechanical, vhodná je opětovná kontrola sdílené topologie, a po vytvoření výpočetní sítě následuje finální kontrola, zda je model propojený spojenou sítí, tj. má společné výpočetní uzly všude, kde je potřebujeme. Pokud tomu tak není, většinou se vracíme do Ansys SpaceClaim / Discovery, upravíme geometrii a postup opakujeme. Někdy si můžeme postup zjednodušit a spojit výpočetní síť v „nepovedených“ místech dodatečně pomocí funkce Mesh Connection. Je patrné, že tento postup je pracný, vyžaduje preciznost při přípravě geometrie, a i samotné síťování trvá poměrně dlouho, protože pro sdílenou topologii Ansys nevyužívá při síťování paralelizaci.

Proto se nabízí otázka, zda neexistuje efektivnější cesta, jak výpočetní síť vytvořit. Odpovědět je kladná, ano, máme k dispozici výše zmíněnou metodu „Batch Connection“. Hlavní rozdíl se nachází ve zdánlivě drobném detailu, nevytváříme sdílenou topologii, ale necháváme tělesa jako samostatné objekty. Neboli není potřeba na styku obtiskovat tělesa do sebe navzájem, kontrolovat, zda ke sdílení všude, kde potřebujeme, došlo a zda se vše i korektně přeneslo do Ansys Mechanical. K vytvoření sdílené sítě dochází až v průběhu síťování. Pro samotné propojení sítě můžeme definovat různé tolerance pro spojení v různých místech geometrie a spojit tak správně dobře připravenou geometrii, což je doporučeno, tak i střednice, mezi kterými zůstaly mezery vzniklé ať již převodem z objemů na skořepiny, tak i úmyslně modelované v místech svarů. To nám značně redukuje ruční práci na CAD modelu a počet smyček, kdy se vracíme zpět k úpravě geometrie do Ansys SpaceClaim, protože jsme něco přehlédli.

Samotný síťovací proces běží najednou pro celý model a generátor sítě je přednastaven tak, aby vytvořil co nejpravidelnější obdélníkovou síť. Proti standartnímu procesu je i samotná generace sítě násobně rychlejší, využívá paralelizaci procesu a jedná se o zcela jiný, nový generátor. V souhrnu jsme schopni zkrátit čas přípravy modelu podle jeho rozsahu z dní na hodiny a z hodin na desítky minut. 

Další funkcí, kterou metoda Batch Connection nabízí, je práce se svary. Potřebujeme vyhodnocovat detailněji samotné svary? Pracujeme s teplotně ovlivněnou zónou? Pak nechme tyto části vygenerovat Ansys Mechanical. Jak na to? Geometrie v oblastech svarů se záměrně nechává s mezerou. Pokud chceme mít tvorbu svarů více pod kontrolou, doplníme všechny oblasti, kde svary chce generovat, o liniová tělesa, která snadno vytvoříme v Ansys SpaceClaim / Discovery. V opačném případě využijeme existující hrany těles.  Pro jednotlivá místa zvolíme typ svaru, např. koutové provařené, koutové neprovařené, průběžné, přerušované, jeho rozměry a materiál. Ansys Mechanical doplní sám elementy jak samotných svarů, s uživatelem definovaným počtem elementů napříč svarem (1, 2, 3 elementy), tak i označí přiléhající elementy na svařovaných dílech v definované šířce pro vyhodnocení napětí v teplotně ovlivněných oblastech (HAZ). Pro správné nastavení a vizualizaci generovaných svarů existuje sada nástrojů. S výhodou lze využít například hromadnou definici pomocí tabulky. Důležitá je kontrola ještě před generací sítě, zda se všude svary správně vytvoří a pokud jsou někde indikovány problémy, můžeme včas upravit jejich definic.

Obr. 2: Ukázka nastavení svarů bez použití definiční tabulky

Obr. 3: Výpočetní síť s vyznačenými svary   

Pokud jsme Vás zaujali a máte chuť metodu Batch Connection vyzkoušet, rádi Vám pomůžeme. Poskytneme zaškolení nebo připravíme společný ukázkový projekt na Vaší geometrii v rámci konzultací. Jestli modelujete skořepinové konstrukce, metoda Batch Connection bude pro Vás určitě přínosem. Celý proces tvorby sítě jednoznačně zjednoduší a zrychlí. Využívejte plný potenciál softwarů Ansys.