Esercitazioni Ansys

Part I

Esercitazioni in ANSYS

Mechanical APDL

1 Introduzione

Tipicamente in ANSYS per si intende il file che contiene tutte le istruzioni

input file

testuali necessarie all’implementazione e risoluzione del problema in esame.

Esso è normalmente composto da 3 parti, corrispondenti a 3 distinti ambienti:

dove viene definito il modello geometrico con tecnica bottom-

preprocessing,

• up o top-down (o mista), viene definita la tipologia di elementi da impiegare

con le relative proprietà del materiale, viene effettuata la discretizzazione del

modello geometrico in elementi finiti e, infine, sono introdotti i vincoli e i carichi.

Quest’ultima operazione può anche essere effettuata nella successiva fase di

Quando la geometria del modello è particolarmente semplice può essere

solution.

conveniente costruire il modello agli elementi finiti definendo direttamente i nodi

e gli elementi (senza, quindi, passare dalla preventiva modellazione geometrica);

dove viene scelto il solutore da utilizzare, definiti eventualmente i

solution:

• controlli di soluzione e risolto infine il problema;

dove vengono elaborati e visualizzati i risultati ottenuti.

postprocessing:

•

Nel seguito, le caratteristiche principale del software verrano esposte attraverso

alcuni esempi dimostrativi. 1

2 Esercitazione 1: modellazione geometrica di una

giunzione tubolare

Si risolva in ANSYS il seguente problema di modellazione geometrica 3D.

Si supponga di voler realizzare tramite il modellatore del programma la struttura

in Figura 1: Figure 1: Cilindri accoppiati.

Si definiscono:

diametro esterno del tubo 1;

d

• 1 diametro esterno del tubo 2;

d

• 2 spessore del tubo 1;

t

• 1 2

spessore del tubo 2;

t

• 2 altezza del tubo verticale, che presenta alla quota il centro della giunzione

h

h

• 2

con il tubo 2;

lunghezza del tubo 2.

l

•

Come primo passo, è consigliato eliminare dalla memoria qualsiasi comando residuo

utilizzando le righe:

––––––––––

finish

/clear

––––––––––

Segue la fase preliminare di definizione dei parametri geometrici.

––––––––––

d1 = 0.1

t1= 0.005

d2 = 0.07

t2 = 0.004

h = 0.2

l = 0.15

––––––––––

In ANSYS non è obbligatorio specificare le unità di misura dei dati numerici. Sta

all’utente mantenere la coerenza dei dati inseriti, in maniera da ritrovare la stessa

coerenza nel risultato dell’analisi.

Si può entrare ora in ambiente di pre-processing.

––––––––––

/prep7

cyl4,0,0,d1/2-t1„d1/2„h

–––––––––– 3

Il comando permette di modellare cilindri o aree circolari con diverse carat-

cyl4,

teristiche. La sintassi è la seguente:

CYL4,XCENTER,YCENTER,RAD1,THETA1,RAD2,THETA2,DEPTH

quindi occorre nell’ordine inserire le coordinata x e y del centro della base, il raggio

esterno del cilindro, l’angolo di partenza della rivoluzione (non necessariamente di

360 ), il raggio interno se esistente, l’angolo di arrivo della rivoluzione, e l’altezza del

◦

cilindro. Sono stati lasciati vuoti i campi relativi ai due angoli, in quanto è richiesta

una rivoluzione completa.

Nell’ambito della modellazione solida in ANSYS, il sistema di riferimento utilizzato

è quello relativo al cosiddetto Il working plane rappresenta un diverso

working plane.

sistema di riferimento rispetto a quello globale, e può essere spostato nello spazio

,

virtuale a seconda delle esigenze di modellazione. Gli assi del working plane sono w

x

w e w . Di default tale sistema di riferimento coincide con quello globale cartesiano.

y z

Si deve tener presente che per molte funzioni in ANSYS, le coordinate richieste dalla

sintassi delle funzioni sono quelle del working plane, infatti nel caso del comando

utilizzato precedentemente, le coordinate da immettere sono relative al working

cyl4

plane. Ciò significa che bisogna porre particolare attenzione al posizionamento del

working plane nello spazio per far sì che la funzione utilizzata produca il risultato

desiderato.

A questo punto, generato il cilindro 1, per generare il secondo tramite bisogna

cyl4

traslare e ruotare il working plane.

––––––––––

wprota„90 !rotazione working plane di 90 attorno all’asse x

◦

wpoffs„h/2 !traslazione working plane di h

2

––––––––––

Lo spostamento del working plane è stato diviso in due step successivi, dati rispet-

tivamente una rotazione prodotta dal comando e da una traslazione data da

wprota

wpoffs. 4

La sintassi del primo comando è:

WPROTA,THXY,THYZ,THZX

che richiede nell’ordine l’angolo di rotazione desiderate del working plane attorno

agli assi z,x,y.

La sintassi del secondo è:

WPOFFS,XOFF,YOFF,ZOFF

che richiede nell’ordine gli offsets di spostamento lungo gli assi x, y e z.

Alternativamente, invece di traslare il working plane, è possibile assegnare nuove

coordinate per l’origine della geometria. Ciò comunque comporta che venga effettuata

la rotazione del sistema di riferimento.

Si procede quindi con la generazione del secondo cilindro:

––––––––––

cyl4,0,0,d2/2-t2„d2/2„l+d1/2

––––––––––

Infine, si conclude la modellazione eliminando le parti in eccesso e rifinendo la

struttura.

La prima operazione da effettuare è rendere solidali i cilindri, tramite il comando

Esso richiede di indicare i numeri identificativi dei volumi da rendere solidali.

vovlap.

Si ricordi a tal proposito che la numerazione delle entità numeriche è automatica e

progressiva, per cui il comando sarà in questo caso:

––––––––––

vovlap,1,2

––––––––––

Il comando permette in ogni caso di mostrare la numerazione dei volumi.

vlist

L’unione tra le due entità ha prodotto nuovi volumi.

A questo punto si procede all’eliminazione dei volumi da cancellare tramite il

comando vdele:

VDELE,NV1,NV2,NINC,KSWP 5

La sintassi richiede che vengano indicati i volumi da cancellare passando dal vol-

ume al volume con passo Il campo permette di specificare se si

nv1 nv2 ninc. kswp

vogliono o meno eliminare, oltre ai volumi, anche le strutture geometriche gerarchi-

camente inferiori (ma non condivise con altri volumi): 0 per non cancellarle, 1 per

cancellarle.

––––––––––

vdele,3,5,2,1

––––––––––

La geometria è realizzata.

Figure 2: Geometria dei cilindri accoppiati.

File input completo.

––––––––––

finish

/clear

!PARAMETRIZZAZIONE 6

!DEFINIZIONE PARAMETRI GEOMETRICI

d1 = 0.1

t1= 0.005

d2 = 0.07

t2 = 0.004

h = 0.2

l = 0.15

!PRE-PROCESSING

/prep7

!GENERAZIONE TUBO PRINCIPALE

cyl4,0,0,d1/2-t1„d1/2„h

!SPOSTAMENTO WORKING PLANE

wprota„90

wpoffs„h/2

!GENERAZIONE TUBO SECONDARIO

cyl4,0,0,d2/2-t2„d2/2„l+d1/2

!UNIONE VOLUMI

vovlap,1,2

!CANCELLAZIONE VOLUMI ECCEDENTI

vdele,3,5,2,1

––––––––––

NB: Qualsiasi riga di codice preceduta da un punto esclamativo è trascurata dal

compilatore, ciò permette di inserire commenti nello script.

7

3 Esercitazione 2: modellazione geometrica di una

tazza

Si risolva in ANSYS il seguente problema di modellazione geometrica 3D.

Si supponga di voler realizzare tramite il modellatore del programma la struttura

in Figura 3: Figure 3: Tazza

Si definiscono:

- diametro esterno della parte cilindrica;

d 1

- diametro interno della parte cilindrica;

d 2

- altezza della parte cilindrica;

h 1 8

- diametro esterno all’estremità superiore della parte tronco-conica;

b 1

- diametro interno all’estremità superiore della parte tronco-conica;

b 2

- altezza della parte tronco-conica;

h 1

- diametro del manico;

t

- ingombro del manico;

r

- altezza del centro del manico rispetto al piano d’appoggio .

h /2

1

Come visto in precedenza, il primo passo da effettuare è la pulizia della memoria:

––––––––––

finish

/clear

––––––––––

Si passa ora alla definizione dei parametri geometrici:

––––––––––

d1 = 0.08

d2 = 0.06

b1 = 0.06

b2 = 0.04

h1 = 0.12

h2 = 0.03

t = 0.015

r = 0.05

h = 0.005

––––––––––

Dopo essere entranti nell’ambiente di occorre, tenuto conto del po-

preprocessing,

sizionamento di default del working plane, generare la parte cilindrica della tazza:

––––––––––

/prep7

cyl4,0,0,d2/2„d1/2„h1 9

––––––––––

per la quale si ricorre al comando utilizzato già in precedenza.

cyl4

A questo punto si può procedere con la generazione della parte conica con il co-

mando generando due volumi tronco-conici e successivamente tramite l’operazione

cone,

booleana di sottrazione, eliminare il volume del tronco più piccolo.

La sintassi del comando è:

CONE,RBOT,RTOP,Z1,Z2,THETA1,THETA2

che richiede nell’ordine l’indicazione del raggio della base inferiore, del raggio

della base superiore, le quote delle due basi e gli eventuali angoli di inizio e fine della

rivoluzione.

Quindi, per il tronco di cono più grande:

––––––––––

cone,d1/2,b1/2,h1,h1+h2

––––––––––

mentre per la parte tronco-conica interna:

––––––––––

cone,d2/2,b2/2,h1,h1+h2

––––––––––

A questo punto, si procede con l’operazione di sottrazione. Si ricordi che con il

comando si ha l’opportunità di visualizzare la numerazione dei volumi.

vlist

Il comando per l’operazione di sottrazione è vsbv:

VSBV,NV1,NV2,SEPO,KEEP1,KEEP2

che richiede nell’ordine il volume da cui sottrarre, il volume che deve essere sot-

tratto, la generazione di un’area condivisa o di aree coincidenti all’interfaccia tra i

due volumi, il mantenimento o l’eliminazione dei due volumi.

Il comando sarà in questo caso:

––––––––––

vsbv,2,3„,delete 10

––––––––––

Bisogna ora "saldare" il volume cilindrico ed il volume tronco-conico, operazione

che garantisce la continuità strutturale per l’analisi agli elementi finiti.

Il comando da utilizzare è vglue:

––––––––––

vglue,all

––––––––––

Il comando in generale non può essere utilizzato in questo caso. Si lascia

vovlap

come esercizio il tentativo.

Si genera ora il fondo:

––––––––––

cyl4,0,0,d1/2„„,h

vovlap,all

––––––––––

Per modellare il manico si utilizzerà il comando che permette di generare un toro.

La prima operazione è muovere il working plane:

––––––––––

wprota„90

wpoffs,d1/2,h1/2

––––––––––

A questo punto, si genera il volume col comando torus:

––––––––––

torus,0,t/2,r-t/2

––––––––––

la cui sintassi è:

TORUS,RAD1,RAD2,RAD3,THETA1.THETA2

che richiede il raggio interno (il toro può infatti essere realizzato anche cavo), il

raggio esterno, il raggio di rivoluzione, gli angoli di inizio e fine rivoluzione.

11

L’operazione ha però generato un toro completo, che va sezionato eliminando le

parti superflue. Tramite l’input si visualizza la numerazione dei volumi.

vsel,r,p

Tramite le due righe di codice seguenti, l’operazione è portata a termine:

––––––––––

vovlap,1,6

vdele,8„,1

––––––––––

Figure 4: Tazza realizzata con Ansys Mechanical APDL.

File input completo.

––––––––––

finish

/clear

!DEFINIZIONE PARAMETRI GEOMETRICI

d1 = 0.08

d2 = 0.06 12

b1 = 0.06

b2 = 0.04

h1 = 0.12

h2 = 0.03

t = 0.015

r = 0.05

h = 0.005

/prep7

!GENERAZIONE PARTE CILINDRICA

cyl4,0,0,d2/2„d1/2„h1

!GENERAZIONE PARTE TRONCO-CONICA ESTERNA

cone,d1/2,b1/2,h1,h1+h2

!GENERAZIONE PARTE TRONCO-CONICA INTERNA

cone,d2/2,b2/2,h1,h1+h2

!SOTTRAZIONE VOLUMI

vsbv,2,3„,delete

!FUSIONE VOLUMI

vglue,all

!GENERAZIONE FONDO

cyl4,0,0,d1/2„„h

vovlap,all

!MOVIMENTAZIONE WORKING PLANE

wprota„90

wpoffs,d1/2,h1/2

!GENERAZIONE MANICO

torus,0,t/2,r-t/2

vovlap,1,6

vdele,8„,1 13

–––––––––– 14

4 Esercitazione 3: elemento asta

Si risolva il problema di analisi strutturale mostrato in Figura 5.

Figure 5: Problema strutturale.

La sezione trasversale di ciascun elemento è rappresentata in Figura 6

Figure 6: Sezione trasversale dell’asta.

Si chiede di determinare, date le forze applicate e i vincoli, la tensione risultante

negli elementi.

Inizialmente, si procede con la definizione dei parametri geometrici e di carico.

–––––––––– 15

l=1.7

h=1.2

d=0.03

t=0.01

E=210e+9

F1=5000

F2=3000

F3=2000

F4=1000

––––––––––

L’unico parametro del materiale di interesse è il modulo di Young, poichè trat-

tandosi di una travatura reticolare, gli elementi possono essere modellati come aste

soggette a sforzo normale.

Nell’ambiente di come prima cosa definiamo la tipologia dell’elemento,

pre-processing

il materiale e le proprietà della sezione.

––––––––––

/prep7

et,1,link180

mp,ex,1,E

sectype,1,link

secdata,3.1416*((d/2)**2-(d/2-t)**2)

––––––––––

Il comando ha la seguente sintassi:

et

ET, ITYPE, Ename, KOP1, KOP2, KOP3, KOP4, KOP5, KOP6, INOPR

dove nel campo ITYPE occorre inserire un numero identificativo dell’elemento,

mentre nel campo Ename viene specificata la tipologia, in questo caso Il

link180.

comando può anche reggere ulteriori in questo caso non utilizzate.

key-options,

Il comando viene usato per definre le proprietà del materiale, con la seguente

mp 16

sintassi:

MP, Lab, MAT, C0, C1, C2, C3, C4

in cui è il modulo di Young, è l’identification number del materiale, è il

ex 1 E

valore della proprietà.

Il comando Sectype:

SECTYPE, SECID, Type, Subtype, Name, REFINEKEY

richiede di inserire un identification number, seguito dal tipo dell’elemento di cui

si sta definendo la sezione.

Invece permette di assegnare il valore dell’area, la sua sintassi sarà:

Secdata

SECDATA, VAL1, VAL2, VAL3, VAL4, VAL5, VAL6, VAL7, VAL8, VAL9,

VAL10, VAL11, VAL12

Si prosegue con la generazione dei nodi. Il comando utilizzato è n

N,NODE,X,Y,Z

che richiede il numero identificativo del nodo e le sue coordinate spaziali.

––––––––––

n,1

n,2,l/2,-h

n,3,l

n,4,3*l/2,-h

n,5,2*l

n,6,5*l/2,-h

n,7,3*l

n,8,7*l/2,-h

n,9,4*l

––––––––––

Per la generazione degli elementi asta, si indicano i nodi di estremità col comando

e. Prima di generare gli elementi, è necessario specificarne il tipo, il materiale e il

17

numero di riferimento della sezione, coi comandi che richiedono

type, mat, secnum,

identification numbers precedentemente definiti. In questo caso tale passaggio può

essere omesso in quanto non si è definita più di una variante per ciascuna delle carat-

teristiche sopraelencate.

––––––––––

type,1

mat,1

secnum,1

e,1,2 $ e,1,3 $ e,2,3 $ e,2,4 $ e,3,4

e,3,5 $ e,4,5 $ e,4,6 $ e,5,6 $ e,5,7

e,6,7 $ e,6,8 $ e,7,8 $ e,7,9 $ e,8,9

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